"Rendere il mondo un luogo più adatto" è il motto modesto di una delle più grandi catene di fitness del mondo, Fitness First . Infatti, in Germania, il numero di membri del club fitness è aumentato da 4,7 milioni di persone nel 2004 a 8,5 milioni di persone nel 2013. La coscienza sociale in relazione alla salute e al benessere sembra essere in crescita e questo è importante dato il nostro educativo culturalmente 'avanzato', l'ambiente lavorativo e il tempo libero in cui sedersi per la maggior parte del giorno hanno avuto la tendenza a sostituire il movimento attivo e il lavoro fisico attivo. Nonostante sforzi coraggiosi per rendere il mondo un posto più adatto, Fitness First e altri dirigenti di club, organizzazioni sportive e funzionari governativi sono senza dubbio consapevoli che solo il 34% dei giovani europei di età compresa tra 11 e 15 anni soddisfa le linee guida del livello di attività fisica raccomandate ( WHO, 2014). Considerando la diminuzione dei livelli di attività fisica nei bambini (YRBS, 2010) e il fatto che i modelli di attività fisica ridotta stabiliti durante l'infanzia possono essere difficili da cambiare man mano che i bambini si sviluppano nell'età adulta (Telama et al., 2005), riteniamo che sia particolarmente importante studiare gli effetti della forma fisica e degli esercizi acuti di esercizio fisico sulla salute fisica e il benessere dei bambini.
I bambini hanno bisogno di almeno 1 ora di attività fisica ogni giorno e, idealmente, attività di rafforzamento muscolare (ad esempio, sit up, push up ed esercizi di resistenza) almeno 3 giorni a settimana. Nei nostri sforzi per rendere il mondo un luogo più adatto, abbiamo recentemente condotto uno studio affascinante con un gruppo di adolescenti. Eravamo interessati all'effetto della forma fisica e degli esercizi acuti di esercizio sulle prestazioni cognitive e sull'attività cerebrale. Una vasta ricerca ha evidenziato i benefici del regolare esercizio fisico per le prestazioni cognitive (Colcombe e Kramer 2003, Royall et al., 2002). Livelli di fitness più elevati nei bambini pre-adolescenti sono stati collegati a prestazioni cognitive superiori (Hillman et al., 2005, 2009). Oltre al livello di forma fisica, è stato riscontrato che esercizi acuti di esercizio fisico (ad es. 20 minuti di ciclismo o corsa) e programmi di allenamento di diverse settimane aumentano le prestazioni cognitive, indipendentemente dai precedenti regimi di esercizio (Zervas et al., 1991, Tuckman and Hinkle 1986, Hinkle ed altri 1993, Davis ed altri 2007).
Tuttavia, meno si sa sui meccanismi biologici ed elettrofisiologici sottostanti associati agli effetti benefici dell'esercizio sulla cognizione. Modelli animali suggeriscono un aumento del flusso sanguigno regionale (Endres et al., 2003), la promozione della vascolarizzazione cerebrale (Pereira et al., 2007), un aumento dei livelli di fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF), nonché un up-regulation di geni associati alla plasticità cellulare (Vaynman e Gomez-Pinilla 2006) possono in parte spiegare gli effetti benefici dell'esercizio sulla performance cognitiva. Siamo stati particolarmente interessati alla firma elettrica del cervello associata agli effetti sia della forma fisica che degli esercizi acuti di esercizio. Nello specifico, abbiamo esaminato l'idea che la forma fisica e gli esercizi acuti di esercizio fisico possono aumentare la coerenza delle dinamiche del cervello elettrico, e questo a sua volta può aiutare a spiegare perché la forma fisica e gli esercizi acuti di esercizio fisico supportino migliori prestazioni cognitive.
In particolare, si ritiene che i neuroni che "sparano insieme collegano" e che il sincrono sparo dei neuroni mediatori l'interazione tra i diversi gruppi neuronali (Schnitzler e Gross 2005). Abbiamo usato metodi elettrofisiologici per misurare la coerenza EEG. Le misure di coerenza EEG possono essere interpretate come il grado di sincronizzazione delle oscillazioni EEG attraverso le regioni del cervello (Nunez, 1981). I cambiamenti nella coerenza dell'EEG in funzione dell'esercizio e della forma fisica acuta possono essere un meccanismo importante alla base degli effetti benefici dell'esercizio sulla performance cognitiva.
Il nostro studio ha utilizzato il seguente metodo. Durante una lezione di educazione fisica regolarmente programmata, il livello di forma fisica di 30 studenti è stato valutato attraverso prestazioni fisiche massimali individuali su una cyclette. Gli studenti (di età compresa tra 13 e 14 anni) sono stati quindi classificati in due gruppi: "in forma" e "non idonei". Nelle due settimane successive ogni studente è venuto in laboratorio due volte per eseguire un test cognitivo mentre il loro EEG è stato misurato. Una sessione di misurazione EEG ha seguito un periodo di 20 minuti di esercizio a intensità moderata e uno ha seguito un periodo di riposo di 20 minuti.
L'attività di performance cognitiva utilizzata nel nostro studio era una versione modificata del compito di Erikson Flanker (Eriksen ed Eriksen 1974, Ruchsow et al., 2005). Nella versione Go / NoGo dell'attività, i partecipanti rispondono a specifiche lettere di destinazione presentate sullo schermo di un computer (B e U), ma trattengono la risposta ad altre lettere (D e V). Le lettere a fianco sono o congruenti e indicano una risposta compatibile alla lettera di destinazione, o sono diverse e indicano una risposta incompatibile.
Abbiamo osservato che sia i livelli di forma fisica che l'esercizio fisico acuto hanno avuto un effetto sulla rapidità con cui i ragazzi hanno risposto al compito di Erikson Flanker e sul numero di errori commessi. Più specificamente, gli adolescenti più allenati erano significativamente più veloci dopo 20 minuti di esercizio, relativi a 20 minuti di riposo. Inoltre, gli adolescenti non idonei hanno commesso più errori durante gli esperimenti NoGo relativi alle prove Go, dopo 20 minuti di riposo. Infine, rispetto ai loro coetanei più allenati, i partecipanti non idonei avevano livelli più alti di alfa inferiore, alfa superiore e beta coerenza nella condizione di riposo per prove no-go, probabilmente indicando una maggiore allocazione di risorse cognitive alle richieste del compito. I livelli più alti di coerenza alfa sono di particolare interesse alla luce del suo ruolo riportato nell'inibizione e nell'attenzione particolare.
Un'interpretazione dei nostri risultati è che il gruppo non idoneo stava esercitando una quantità maggiore di sforzo rispetto al gruppo adatto. Livelli di fitness più elevati possono aver facilitato una maggiore efficienza corticale, in particolare quando il compito del flanker è stato eseguito dopo la condizione di riposo, con meno risorse cognitive necessarie per mantenere le prestazioni rispetto a individui non idonei. È interessante notare che abbiamo scoperto che le differenze di gruppo erano meno pronunciate dopo un periodo di esercizio, il che suggerisce che l'esercizio acuto potrebbe migliorare l'efficienza delle prestazioni cognitive in individui meno in forma. Questa interpretazione è coerente con la scoperta che gli adolescenti non idonei, ma non in forma, avevano tassi di errore più elevati per NoGo rispetto alle prove Go dopo un periodo di riposo, mentre in seguito all'esercizio acuto non c'erano differenze nei tassi di errore tra i gruppi.
Complessivamente, gli adolescenti non idonei possono svolgere compiti cognitivi allo stesso livello dei partecipanti idonei in determinate condizioni (condizione di esercizio, prove Go). Tuttavia, in situazioni in cui le richieste attentive sono elevate, livelli di coerenza relativamente più alti sono stati associati a tassi di errore più elevati nel gruppo non idoneo. I risultati suggeriscono che la forma fisica e l'esercizio acuto possono migliorare la cognizione aumentando la funzionalità del sistema attenzionale nell'adolescenza. Il presente studio sottolinea quindi l'importanza dei programmi di intervento che forniscono l'esercizio fisico per gli adolescenti, che può migliorare l'attenzione e le prestazioni cognitive a scuola e nella vita di tutti i giorni.
Usciamo e giochiamo e rendiamo il mondo un posto più adatto!
Michael Hogan (Twitter), Méadhbh Brosnan (LinkedIn) e Nicola Hohensen (tra Berlino, Germania e Galway, Irlanda!).
Riferimenti
Colcombe SJ, Kramer AF (2003) Effetti del fitness sulla funzione cognitiva degli anziani: uno studio meta-analitico. Psychol Sci 14 (2): 125-130. doi: 10.1111 / 1467-9280.t01-1-01430
Davis CL, Tomporowski PD, Boyle CA, Waller JL, Miller PH, Naglieri JA et al (2007) Effetti dell'esercizio aerobico sul funzionamento cognitivo dei bambini sovrappeso: uno studio controllato randomizzato. Res Q Exerc Sport 78 (5): 510-519. doi: 10,5641 / 193250307X13082512817660
Endres M, Gertz K, Lindauer U, Katchanov J, Schultze J, Schrock H et al (2003) Meccanismi di protezione da ictus da attività fisica. Ann Neurol 54 (5): 582-590.doi: 10.1002 / ana.10722
Eriksen BA, Eriksen CW (1974) Effetti di lettere sonore sull'identificazione di una lettera di destinazione in un'attività non di ricerca. Percept Psychophys 16: 143-149. doi: 10,3758 / BF03203267
Hillman CH, Castelli D, Buck SM (2005) Il fitness aerobico e la funzione neurocognitiva nei bambini sani preadolescenti. Esercizio sportivo Med Sci 37: 1967-1974. doi: 10,1249 / 01.mss.0000176680.79702.ce
Hillman CH, Pontifex MB, Raine LB, Castelli DM, Hall EE, Kramer AF (2009) L'effetto del tapis roulant acuto che cammina sul controllo cognitivo e sui risultati scolastici nei bambini preadolescenti. Neuroscienze 3: 1044-1054
Hinkle JS, Tuckman BW, Sampson JP (1993) La psicologia, la fisiologia e la creatività degli esercizi aerobici della scuola media. Elem Sch Guid Couns 28 (2): 133-145
Nunez P (1981) Campi elettrici del cervello: la neurofisica dell'EEG. Oxford University Press, New York. Doi: 10,1063 / 1,2915,137 mila
Pereira AC, Huddleston DE, Brickman AM, Sosunov AA, Hen R, McKhann GM e altri (2007) Un correlato in vivo di neurogenesi indotta da esercizio nel giro dentato adulto. Proc Natl Acad Sci USA 104 (13): 5638-5643. doi: 10.1073 / pnas.0611721104
Royall DR, Lauterbach EC, Cummings JL, Reeve A, Rummans TA, Kaufer DI et al (2002) Funzione di controllo esecutivo: una revisione delle sue promesse e sfide per la ricerca clinica. Una relazione della commissione per la ricerca della American Neuropsychiatric Association. J Neuropsychiatry Clin Neurosci 14 (4): 377-405. doi: 10,1176 / appi.neuropsych.14.4.377
Ruchsow M, Spitzer M, Grön G, Grote J, Kiefer M (2005) Elaborazione degli errori e impulsività nelle normali: prove da potenziali legati all'evento. Brain Res Cogn Brain Res 24 (2): 317-325
Schnitzler A, Gross J (2005) Comunicazione oscillatoria normale e patologica nel cervello. Nat Rev Neurosci 6: 285-296. doi: 10.1038 / nrn1650
Telama R, Yang X, Viikari J, Välimäki I, Wanne O, Raitakari O (2005) Attività fisica dall'infanzia all'età adulta: uno studio di monitoraggio di 21 anni. American Journal of Preventive Medicine 28 (3): 267 – 273
Tuckman BW, Hinkle JS (1986) Uno studio sperimentale sugli effetti fisici e psicologici dell'esercizio aerobico sugli scolari. Health Psychol 5 (3): 197-207. doi: 10,1037 // 0278-6133.5.3.197
Vaynman S, Gomez-Pinilla F (2006) La vendetta del "sit": come lo stile di vita influisce sulla salute neuronale e cognitiva attraverso sistemi molecolari che interfacciano il metabolismo energetico con la plasticità neuronale. J Neurosci Res 84: 699-715. doi: 10.1002 / jnr.20979
Zervas Y, Apostolos D, Klissouras V (1991) Influenza dello sforzo fisico sulle prestazioni mentali con riferimento alla formazione. Percept Mot Skills 73: 1215-1221. doi: 10,2466 / pms.1991.72.3c.1215