"Die Welt zu einem fitteren Ort machen" ist das bescheidene Motto einer der weltgrößten Fitnessketten, Fitness First . Tatsächlich ist die Zahl der Fitnessclub-Mitglieder in Deutschland von 4,7 Millionen im Jahr 2004 auf 8,5 Millionen im Jahr 2013 gestiegen. Das soziale Bewusstsein in Bezug auf Gesundheit und Fitness scheint zuzunehmen, was angesichts unserer kulturell "fortgeschrittenen" Bildung wichtig ist. Berufs- und Freizeiteinrichtungen, in denen das Sitzen den größten Teil des Tages verbracht hat, hat eher aktive Bewegung und aktive körperliche Arbeit abgelöst. Trotz tapferer Bemühungen, die Welt zu einem fitteren Ort zu machen, sind sich Fitness First und andere Clubmanager, Sportorganisationen und Regierungsbeamte sicher, dass nur 34% der europäischen Jugendlichen zwischen 11 und 15 Jahren die empfohlenen Richtlinien für körperliche Aktivitäten einhalten ( WHO, 2014). In Anbetracht des Rückgangs der körperlichen Aktivität bei Kindern (YRBS, 2010) und der Tatsache, dass sich Muster reduzierter körperlicher Aktivität in der Kindheit nur schwer ändern können, wenn Kinder sich im Erwachsenenalter entwickeln (Telama et al., 2005), glauben wir, dass dies besonders ist wichtig, um die Auswirkungen der körperlichen Fitness und akute körperliche Belastung auf die körperliche Gesundheit und das Wohlbefinden von Kindern zu untersuchen.
Kinder benötigen mindestens 1 Stunde körperliche Aktivität pro Tag und idealerweise muskelstärkende Aktivität (z. B. Sit-ups, Liegestütze und Widerstandsübungen) mindestens 3 Tage pro Woche. In unseren Bemühungen, die Welt zu einem fitteren Ort zu machen, haben wir kürzlich eine faszinierende Studie mit einer Gruppe von Teenagern durchgeführt. Wir waren interessiert an der Wirkung von körperlicher Fitness und akuter Sportaktivität auf kognitive Leistungsfähigkeit und Gehirnaktivität. Umfangreiche Untersuchungen haben die Vorteile von regelmäßiger Bewegung für die kognitive Leistungsfähigkeit aufgezeigt (Colcombe und Kramer 2003, Royall et al. 2002). Höhere Fitness-Niveaus bei präadoleszenten Kindern wurden mit überlegenen kognitiven Leistungen in Verbindung gebracht (Hillman et al., 2005, 2009). Zusätzlich zum Fitnesslevel haben akute Trainingseinheiten (z. B. 20 Minuten Radfahren oder Laufen) und Trainingsprogramme über mehrere Wochen die kognitive Leistung unabhängig von vorherigen Trainingsregimen erhöht (Zervas et al. 1991, Tuckman und Hinkle 1986, Hinkle ua 1993, Davis et al. 2007).
Es ist jedoch weniger über die zugrunde liegenden biologischen und elektrophysiologischen Mechanismen bekannt, die mit den positiven Auswirkungen von körperlicher Bewegung auf die Wahrnehmung verbunden sind. Tiermodelle weisen auf eine Zunahme des regionalen Blutflusses hin (Endres et al. 2003), eine Förderung der Hirnvaskularisation (Pereira et al. 2007), eine Erhöhung der Gehalte an im Gehirn abgeleiteten neurotrophen Faktoren (BDNF) sowie eine Hochregulation Gene, die mit zellulärer Plastizität assoziiert sind (Vaynman und Gomez-Pinilla 2006), erklären zum Teil die positiven Auswirkungen von körperlicher Bewegung auf die kognitive Leistungsfähigkeit. Wir waren besonders an der elektrischen Signatur des Gehirns interessiert, die mit den Auswirkungen sowohl der körperlichen Fitness als auch der akuten Trainingsanfälle verbunden ist. Insbesondere haben wir die Idee untersucht, dass körperliche Fitness und akute Sportübungen die Kohärenz der elektrischen Gehirndynamik erhöhen können, was wiederum erklären könnte, warum körperliche Fitness und akute Trainingseinheiten eine bessere kognitive Leistungsfähigkeit unterstützen.
Bemerkenswerterweise wird angenommen, dass Neuronen, die "zusammen fusionieren", das synchrone Feuern von Neuronen die Interaktion zwischen verschiedenen neuronalen Assemblies vermittelt (Schnitzler und Gross 2005). Wir verwendeten elektrophysiologische Methoden, um die EEG-Kohärenz zu messen. EEG-Kohärenzmessungen können als Grad der Synchronisation von EEG-Oszillationen über Gehirnregionen interpretiert werden (Nunez, 1981). Veränderungen in der EEG-Kohärenz als eine Funktion von akuter Übung und Fitness können ein wichtiger Mechanismus sein, der den positiven Auswirkungen von körperlicher Bewegung auf die kognitive Leistungsfähigkeit zugrunde liegt.
Unsere Studie verwendete die folgende Methode. Während eines regelmäßig stattfindenden Sportunterrichts wurde die körperliche Fitness von 30 Schülern durch individuelle maximale Trainingsleistung auf einem stationären Fahrrad beurteilt. Die Schüler (im Alter zwischen 13 und 14) wurden dann in zwei Gruppen eingeteilt – "fit" und "unfit". In den folgenden zwei Wochen kam jeder Student zweimal ins Labor, um einen kognitiven Test durchzuführen, während sein EEG gemessen wurde. Eine EEG-Messsitzung folgte einer 20-minütigen Übung mit mäßiger Intensität und einer folgte eine 20-minütige Ruhezeit.
Die in unserer Studie verwendete kognitive Leistungsaufgabe war eine modifizierte Version der Erikson-flanker-Aufgabe (Eriksen und Eriksen 1974, Ruchsow et al. 2005). In der Go / NoGo-Version der Aufgabe antworten die Teilnehmer auf bestimmte Zielbriefe, die auf einem Computerbildschirm (B und U) angezeigt werden, aber sie halten die Antwort auf andere Buchstaben (D und V) zurück. Die flankierenden Buchstaben sind entweder kongruent und zeigen eine kompatible Antwort auf den Zielbuchstaben an, oder sie sind unterschiedlich und zeigen eine inkompatible Antwort an.
Wir beobachteten, dass sowohl die Fitness als auch die akute körperliche Aktivität sich darauf auswirkten, wie schnell die Teenager auf die Aufgabe von Erikson flanker reagierten und wie viele Fehler sie machten. Genauer gesagt, die trainierten Teenager waren nach 20 Minuten Training signifikant schneller, verglichen mit 20 Minuten Pause. Außerdem machten unfähige Teenager nach 20 Minuten Pause mehr Fehler während der NoGo-Tests im Vergleich zu den Go-Tests. Schließlich hatten untaugliche Teilnehmer im Vergleich zu ihren fitteren Kollegen im Ruhezustand für No-Go-Studien höhere Kohärenzniveaus von niedrigerem Alpha, höherem Alpha und besserem Beta, was möglicherweise auf eine größere Zuteilung kognitiver Ressourcen an die Aufgabenanforderungen hinweist. Die höheren Grade der Alphakohärenz sind von besonderem Interesse angesichts ihrer berichteten Rolle bei der Inhibition und der mühsamen Aufmerksamkeit.
Eine Interpretation unserer Ergebnisse ist, dass die ungeeignete Gruppe einen größeren Aufwand als die Fit-Gruppe ausübte. Ein höheres Fitnessniveau mag eine größere kortikale Effizienz begünstigt haben, insbesondere wenn die Flankentätigkeit nach dem Ruhezustand durchgeführt wurde, wobei weniger kognitive Ressourcen benötigt wurden, um die Leistung im Vergleich zu untauglichen Individuen aufrechtzuerhalten. Interessanterweise fanden wir heraus, dass Gruppenunterschiede nach einer Trainingseinheit weniger ausgeprägt waren, was darauf hindeutet, dass akutes Training die kognitive Leistungseffizienz bei weniger trainierten Personen verbessern könnte. Diese Interpretation steht im Einklang mit der Feststellung, dass untaugliche, aber nicht passende Jugendliche im Vergleich zu Go-Studien nach einer Ruhezeit höhere Fehlerraten für NoGo aufwiesen, während nach akuter Belastung keine Unterschiede in den Fehlerraten zwischen den Gruppen auftraten.
Insgesamt können unfähige Jugendliche kognitive Aufgaben auf dem gleichen Niveau durchführen, wie sie unter bestimmten Bedingungen an die Teilnehmer angepasst sind (Trainingszustand, Go-Test). In Situationen, in denen die Aufmerksamkeitsanforderungen hoch sind, wurden jedoch relativ höhere Kohärenzniveaus mit höheren Fehlerraten in der ungeeigneten Gruppe gekoppelt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass körperliche Fitness und akutes Training die Wahrnehmung verbessern können, indem sie die Funktionalität des Aufmerksamkeitssystems in der Adoleszenz erhöhen. Die vorliegende Studie hebt daher die Bedeutung von Interventionsprogrammen für Jugendliche hervor, die die Aufmerksamkeit und kognitive Leistungsfähigkeit in der Schule und im Alltag verbessern können.
Lass uns raus und spielen und die Welt zu einem fitteren Ort machen!
Michael Hogan (Twitter), Méadhbh Brosnan (LinkedIn) und Nicola Hohensen (irgendwo zwischen Berlin, Deutschland und Galway, Irland!).
Verweise
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