Warum haben aerobisch angepasste Kinder bessere mathematische Fähigkeiten?

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Eine neue Studie des Beckman Institute an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign zeigt, dass 9- und 10-jährige Kinder, die aerob sind, eine signifikant dünnere graue Substanz im Großhirn haben als ihre "low-fit" Altersgenossen. Interessanterweise ist die Ausdünnung der äußersten Schicht der Gehirnzellen im Großhirn mit besseren mathematischen Fähigkeiten verbunden, so die Forscher.

Die August-2015-Studie "Die Rolle der aeroben Fitness bei kortikaler Dicke und mathematischer Leistung bei vorschulischen Kindern" erscheint in der Zeitschrift PLOS ONE .

Cerebrum (lateinisch für Gehirn) in rot.

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Die neue Studie findet eine Korrelation, nicht aber eine direkte Ursache, zwischen der kardiorespiratorischen Fitness und der Ausdünnung der kortikalen grauen Substanz im Großhirn. Das Ausdünnen der grauen Substanz wird auch als "neurales Beschneiden" bezeichnet, was ein wichtiger Aspekt der Neuroplastizität während der Entwicklung des Gehirns und während der gesamten Lebensspanne einer Person ist.

Diese Studie bietet auch den ersten direkten Beweis, dass Fitness die arithmetische Leistung bei standardisierten Tests verbessert, indem sie die Entwicklung von Gehirnstrukturen unterstützt, die zur Leistung von Mathematik beitragen. Wieder betonen die Wissenschaftler, dass sie eine Korrelation identifiziert haben, aber mehr Forschung ist notwendig, um eine kausale Beziehung zu identifizieren.

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Laura Chaddock-Heyman, führte die Forschung mit Beckman Institut für Wissenschaft und Technologie Direktor Art Kramer und Kinesiologie und Community Health Professor Charles Hillman. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Ausdünnung der grauen Substanz mit besseren Denk- und Denkfähigkeiten verbunden ist. In einer Pressemitteilung sagte Chaddock-Heyman:

Der Verlust der grauen Substanz während der Entwicklung des Kindes ist Teil einer gesunden Reifung. Die Ausdünnung der grauen Substanz ist die Bildung eines vollständig geformten, gesunden Gehirns. Die Theorie besagt, dass das Gehirn unnötige Verbindungen abbaut und nützliche Verbindungen stärkt.

Wir zeigen zum ersten Mal, dass aerobe Fitness bei dieser kortikalen Ausdünnung eine Rolle spielen kann. Insbesondere stellen wir fest, dass die höher sitzenden 9- und 10-Jährigen eine Abnahme der Dicke der grauen Substanz in einigen Bereichen zeigen, von denen bekannt ist, dass sie sich mit der Entwicklung verändern, insbesondere in den Stirn-, Schläfen- und Hinterhauptslappen des Gehirns.

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Diese Ergebnisse unterstützen und erweitern die Forschung zu Veränderungen der kortikalen Oberflächenorganisation während der Entwicklung des Kindes. Die neuen Daten deuten darauf hin, dass individuelle Unterschiede in der aeroben Fitness die Hirnareale beeinflussen können, indem sie die kortikale Dicke während der Entwicklung und möglicherweise während der gesamten Lebensspanne einer Person signifikant verändern.

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Die graue Substanz beherbergt die Neuronen in bestimmten Hirnregionen. Weiße Materie schafft Kommunikationslinien zwischen verschiedenen Gehirnregionen. Im Jahr 2014 fanden Chaddock-Heyman et al., Dass höhere aerobe Fitness bei Kindern mit einer verbesserten Integrität der weißen Substanz verbunden ist. Das Team erkannte, dass Bewegung die Mikrostrukturen der weißen Substanz im Gehirn verbessert. Die Integrität der weißen Substanz ist mit einer schnelleren neuralen Leitung zwischen Hirnregionen und einer überlegenen kognitiven Leistung verbunden.

In zwei separaten Studien von 2014, die im selben Monat veröffentlicht wurden, berichteten die Beckman-Forscher, dass körperliche Aktivität die Integrität der weißen Substanz von körperlich gesunden Kindern im Alter von 9 bis 10 Jahren sowie von "Low-Fit" -Teilnehmern im Alter von 60 bis 78 Jahren verbesserte Ergebnisse in einem Blogpost von Psychology Today , "Warum ist körperliche Aktivität so gut für Ihr Gehirn?"

Basierend auf den neuesten Erkenntnissen zur Ausdünnung der grauen Substanz, gepaart mit den Erkenntnissen aus dem letzten Jahr über die Integrität der weißen Substanz, schrieb ich gestern an Laura Chaddock-Heyman, um sie nach einem möglichen Zusammenhang zwischen all diesen Befunden zu fragen.

Meine Frage lautete: "Glauben Sie, dass die gesunde neurale Beschneidung der kortikalen grauen Substanz und die Verbesserung der Integrität der weißen Substanz zusammenarbeiten, um die kognitive Funktion und Mathematikleistung bei Kindern zu verbessern, die fit sind?" Chaddock-Heyman antwortete per E-Mail:

In der Tat ist es wahrscheinlich eine Kombination von vielen Unterschieden in der Struktur und Funktion der Gehirne von Kindern mit einem höheren Fit und niedrigerem Fit, die zu Unterschieden in der kognitiven und akademischen Leistung führen könnten. Ein großer Teil unserer MRT-Arbeit liefert Hinweise darauf, warum besser sitzende Kinder bei kognitiven und akademischen Tests besser abschneiden als ihre weniger leistungsfähigen Altersgenossen.

Höherpassende Kinder haben ein größeres strukturelles Gehirnvolumen im Hippocampus und im dorsalen Striatum, zwei subkortikale Regionen, die für Gedächtnis und Lernen wichtig sind (Chaddock et al., 2010a, b), sowie effizientere Gehirnaktivierungsmuster (mittels funktioneller Magnetresonanztomographie [fMRI ] und ereignisbezogene potentielle [ERP] -Messgrößen) während der Aufmerksamkeits- und Interferenzkontrollaufgaben (Chaddock, Erickson et al., 2012; Chaddock-Heyman et al., 2013; Hillman, Buck, Themanson, Pontifex, & Castelli, 2009; Pontifex et al., 2011; Tomporowski, Davis, Miller & Naglieri, 2008; Voss et al., 2011), im Vergleich zu Peers mit niedrigerer Fitness.

Kinder mit einer höheren Körpergröße zeigen auch eine größere strukturelle Integrität (über fraktionelle Anisotropie, gemessen mit Hilfe der Diffusionstensor-Bildgebung) in weißen Hirnsubstanzen, die Informationen im gesamten Gehirn tragen (Chaddock-Heyman et al., 2014). Die vorliegende Studie fügt dieser Liste Fitnessunterschiede in der kortikalen Dicke hinzu.

Schlussfolgerung: Bewegung und körperliche Fitness können die akademische Leistung verbessern

Die neueste bahnbrechende Entdeckung aus dem Beckman-Institut bereichert unser Verständnis der Plastizität von Kindern im Gehirn und legt nahe, dass verbesserte mathematische Fähigkeiten mit aerober Fitness verbunden sind. Die Korrelation von aerober Fitness und schulischer Leistung unterstreicht die Wichtigkeit regelmäßiger körperlicher Aktivität während und nach der Schule. In einer Pressemitteilung erklärte Co-Autor Charles Hillman,

Diese Erkenntnisse kommen zu einem wichtigen Zeitpunkt. Bewegliche Aktivitätsmöglichkeiten während des Schultages werden reduziert oder beseitigt als Reaktion auf Mandate für eine erhöhte akademische Zeit. Angesichts der Tatsache, dass die Bewegungsmangelraten steigen, besteht ein erhöhter Bedarf an körperlicher Aktivität. Die Schulen sind die besten Einrichtungen, um solche Praktiken des Gesundheitsverhaltens umzusetzen, da sie täglich viele Kinder erreichen.

Diese Ergebnisse liefern einen zusätzlichen Beweis dafür, dass eine erhöhte aerobe Fitness die kognitive Funktion und die Plastizität des Gehirns verbessern kann, mit möglicherweise signifikanten Ergebnissen im Zusammenhang mit den schulischen Leistungen eines Kindes.

Chaddock-Heyman, Hillman und Kramer werden weiterhin die Unterschiede in den Gehirnen von Kindern mit einem höheren Fit und niedrigeren Fit während der Entwicklung ihrer Kindheit untersuchen. Sie suchen derzeit nach kausalen Beziehungen zwischen aerober Fitness, Veränderungen in der Struktur und Funktion des Gehirns und einer verbesserten schulischen Leistung.

Art Kramer schloss: "Ein wichtiger nächster Schritt in dieser Forschung ist es, einen kausalen Zusammenhang zwischen Gehirnveränderungen, Veränderungen der körperlichen Fitness und Veränderungen in Kognition und Schulleistungen herzustellen – etwas, das wir derzeit mit einer Längsschnittstudie von Kindern an einer körperlichen Aktivität machen Trainingsprogramm."

Ich fragte Chaddock-Heyman auch, ob es Pläne gäbe, die Rolle zu untersuchen, die die Struktur und Funktion des Kleinhirns (lateinisch für kleines Gehirn ) in der Verbindung zwischen körperlicher Aktivität, aerober Fitness und schulischer Leistung spielen könnten. Sie antwortete: "Es wäre für die zukünftige Arbeit interessant zu untersuchen, wie die Struktur des Kleinhirns auch Fähigkeiten innerhalb und außerhalb des Klassenzimmers vorhersagt."

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