L'esercitu faciliteghja l'esercitu cumerciali è l'Achievement è Alters Brain Activation in Overweight Children: A Randomized Controlled Trial (2011)

Psiculu di Salute. Manuscrit de l'auteur; dispunibule in PMC u 1 di Ghjennaghju di u 2012.
Publicatu in forma edità finale cum'è:
PMCID: PMC3057917
NIHMSID: NIHMS245691
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astrattu

uggettivu

Stu esperimentu hà pruvatu l'ipotesi chì l'eserciziu migliurà a funzione esecutiva.

Design

Sedentariu, sovrappesu di i zitelli da 7 à 11 anni (N = 171, 56% femine, 61% Neri, M ± SD età 9.3 ± 1.0 anni, indice di massa corporea (IMC) 26 ± 4.6 kg/m2, BMI z-score 2.1 ± 0.4) sò stati randomizzati à 13 ± 1.6 settimane di un prugramma di eserciziu (20 o 40 minuti / ghjornu), o una cundizione di cuntrollu.

Principali misure di risultatu

Ciechi, valutazioni psicologichi standardizati (Cognitive Assessment System è Woodcock-Johnson Tests of Achievement III) valutanu a cognizione è a realizazione accademica. L'imaghjini di risonanza magnetica funzionale hà misuratu l'attività cerebrale durante e funzioni esecutive.

Risposte alla lingua

L'intenzione di trattà l'analisi hà revelatu i benefici di a risposta di a dosa di l'eserciziu nantu à a funzione esecutiva è a realizazione di matematica. L'evidenza preliminare di l'attività di a corteccia prefrontale bilaterale aumentata è a riduzzione di l'attività di a corteccia parietale posteriore bilaterale per l'eserciziu hè stata ancu osservata.

cunchiusioni

In cunfurmità cù i risultati ottenuti in l'adulti anziani, hè stata osservata una mellura specifica in a funzione esecutiva è i cambiamenti di attivazione di u cervellu per l'esercitu. I risultati cognitivi è di rializazioni aghjunghjenu evidenza di a risposta di a dosa, è estendenu l'evidenza sperimentale in a zitiddina. Stu studiu furnisce infurmazioni nantu à un risultatu educativu. In più di a so impurtanza per mantene u pesu è riduce i risichi per a salute durante una epidemia di obesità in a zitiddina, l'attività fisica pò esse un metudu simplice è impurtante per rinfurzà l'aspetti di u funziunamentu mentale di i zitelli chì sò centrali à u sviluppu cognitivu. Questa informazione pò cunvince l'educatori à implementà una attività fisica vigorosa.

Segni: cognizione, eserciziu aerobicu, obesità, antisaccade, fMRI

A funzione esecutiva pare più sensibile cà l'altri aspetti di a cognizione à a furmazione di l'eserciziu aerobicu (Colcombe & Kramer, 2003). A funzione esecutiva custituisce u cuntrollu di surviglianza di e funzioni cognitive per ghjunghje un scopu è hè mediata da i circuiti di a corteccia prefrontale. A pianificazione è a realizazione di sequenze d'azzione chì custituiscenu un cumpurtamentu direttu à u scopu richiede l'attribuzione di l'attenzione è a memoria, a selezzione di a risposta è l'inibizione, l'impostazione di l'ugettivi, l'autocontrollu, l'autosurveglianza è l'usu abile è flessibile di strategie (Eslinger, 1996; Lezak, Howieson, & Loring, 2004). L'ipotesi di a funzione esecutiva hè stata pruposta basata nantu à l'evidenza chì l'eserciziu aerobicu mellora selettivamente a prestazione di l'adulti anziani nantu à e funzioni di funzione esecutiva è porta à aumenti currispundenti in l'attività di a corteccia prefrontale.Colcombe et al., 2004; Kramer et al., 1999). U sviluppu cognitivu è neurale di i zitelli pò esse sensittivi à l'attività fisica (Diamante, 2000; Hillman, Erickson è Kramer, 2008; Kolb & Whishaw, 1998). I cunti teorichi di i ligami trà u cumpurtamentu di u mutore è u sviluppu cugnitivu durante a zitiddina anu variatu da e rete cerebrali ipotetizzate à a custruzzione di rapprisintazioni di percepzioni-azzione.Rakison & Woodward, 2008; Sommerville & Decety, 2006).

Un meta-analisi di studii di l'eserciziu in i zitelli dimustrava a cognizione mejorata cù l'esercitu; in ogni modu, i risultati di prucessi randomizzati eranu inconsistenti (Sibley & Etnier, 2003). Un effettu selettivu di l'esercitu nantu à a funzione esecutiva pò spiegà risultati sperimentali misti ottenuti in i zitelli (Tomporowski, Davis, Miller, & Naglieri, 2008). Studi chì utilizanu funzioni cognitive chì necessitanu a funzione esecutiva dimustranu benefici di l'eserciziu (Davis et al., 2007; Tuckman & Hinkle, 1986), mentri quelli chì utilizanu misure menu sensibili ùn anu micca (Lezak et al., 2004, pp 36, 611-612; per esempiu, Ismail, 1967; Zervas, Apostolos, & Klissouras, 1991). Un rapportu prelimiunale di stu studiu, cù una mostra più chjuca, hà dimustratu un benefiziu di l'esercitu nantu à a funzione esecutiva (Davis et al., 2007). I risultati finali sò presentati quì.

In i zitelli, l'attività fisica vigorosa hè stata assuciata cù qualificazioni megliu (Coe, Pivarnik, Womack, Reeves, & Malina, 2006; Taras, 2005), fitness fisicu cù successu accademicu (Castelli, Hillman, Buck, & Erwin, 2007; Dwyer, Sallis, Blizzard, Lazarus, & Dean, 2001; Wittberg, Northrup, Cottrell è Davis, accettatu), è sovrappeso cù risultati più poveri (Castelli et al., 2007; Datar, Sturm è Magnabosco, 2004; Dwyer et al., 2001; Shore et al., 2008; Taras & Potts-Datema, 2005). A cunclusione più forte chì deve esse tirata in quantu à l'effettu di l'attività fisica nantu à i risultati accademichi, in ogni modu, hè chì ùn impedisce micca a realizazione, ancu quandu sguassate u tempu di aula (Dwyer, Coonan, Leitch, Hetzel è Baghurst, 1983; Sallis et al., 1999; Shephard et al., 1984). Perchè u sovrappesu hè un marcatore di inattività cronica (Must & Tybor, 2005), i zitelli in sovrappeso, sedentariu pò esse più prubabile di prufittà di l'eserciziu di i zitelli magri.

L'ipotesi primaria di stu studiu era chì i zitelli sedentariu, sovrappesu assignati à l'eserciziu migliurà più di i zitelli in una cundizione di cuntrollu nantu à a funzione esecutiva, ma micca altri prucessi cognitivi cum'è a resistenza à a distrazione, i prucessi spaziali è logichi, è a sequenza. Una ipotesi secundaria era chì una relazione di risposta di dosa seria osservata trà l'esercitu è ​​​​a cognizione. L'effetti nantu à i risultati accademici sò stati esplorati. Basatu nantu à studii precedenti in adulti chì mostranu cambiamenti in l'eserciziu in a funzione cerebrale, l'effetti nantu à l'attività in i circuiti di a corteccia prefrontale sò stati esplorati cù l'imaghjini di risonanza magnetica funzionale (fMRI) in un sottogruppu di participanti.

Appruntera

Studiu Principale

participanti

I studienti sò stati recrutati da e scole durante u 2003-2006 per una prova di l'esercitu aerobicu nantu à a salute di i zitelli. I zitelli eranu eligibili s'ellu era sovrappeso (≥85th percentile BMI) (Ogden et al., 2002), inattivu (senza un prugramma di attività fisica regulare> 1 hr / wk), è ùn avianu micca cundizione medica chì affettanu i risultati di studiu o limità l'attività fisica. Centu settanta-un zitelli di 7-11 anni sò stati randomizzati (56% femine, 61% Neri, 39% Bianchi, M ± SD età 9.3 ± 1.0 anni, indice di massa corporea (BMI) 26.0 ± 4.6 kg/m2, BMI z-score 2.1 ± 0.4, parent (vale à dire primaire) niveau d'éducation 5.0 ± 1.1, où 1 = moins de 7e année, 2 = 8e ou 9e, 3 = 10e ou 11e, 4 = baccalauréat, 5 = quelques università, 6 = graduate universitariu, 7 = postgraduate). Un zitellu hè statu esclusu da u posttest per via di una hospitalizazione psichiatrica chì hè accaduta dopu a randomizazione. I zitelli sò stati incuraghjiti à posttest indipendentemente da l'aderenza à l'intervenzione. Undici zitelli chì piglianu medicazione per u disordine di deficit d'attenzione sò stati inclusi (è anu pigliatu i so medicazione cum'è di solitu; n = 4 in cuntrollu, n = 4 in dosi bassu, è n = 3 in u gruppu di dosi alta) per maximizà a generalizazione. I zitelli è i genitori anu cumpletu u cunsensu è cunsensu infurmatu scrittu. U studiu hè statu rivedutu è appruvatu da u Cunsigliu di Revisione Istituziunale di u Medical College di Georgia. A prova è l'intervenzione hè accaduta à u Medical College di Georgia. U diagramma di flussu di i participanti hè prisentatu in Fig. 1.

Fig. 1 

Diagramma di flusso di participanti.

Studiu studiu

I zitelli sò stati assignati aleatoriamente da u statisticu à una dosa bassa (20 minuti / ghjornu) o una dosa alta (40 minuti / ghjornu) eserciziu aerobicu, o à un cuntrollu senza eserciziu. A randomizazione hè stata stratificata per razza è sessu. L'assignazioni sò stati dissimulati finu à chì a prova di basa hè stata cumpletata, dopu cumunicata à u coordinatore di studiu, chì hà infurmatu i sughjetti. A cundizione di cuntrollu ùn hà micca furnitu nisun prugramma dopu a scola o trasportu. I cundizioni di l'eserciziu eranu equivalenti in intensità, è sò diffirenti solu in a durazione (ie, gastru di energia). Cinque cohorti anu participatu à u studiu annantu à 3 anni.

Intervenzione di l'eserciziu aerobicu

I zitelli assignati à l'eserciziu sò stati trasportati à un prugramma di eserciziu dopu à a scola ogni ghjornu di scola (rapportu studiente: istruttore circa 9: 1). L'enfasi era nantu à l'intensità, u divertimentu è a sicurità, micca a cumpetizione nè l'aumentu di e cumpetenze. L'attività sò stati selezziunati basatu annantu à a facilità di capiscitura, divertenti è suscitando movimenti vigorosi intermittenti, è includenu ghjochi di corsa, salti di corda, è basketball è football mudificati (Gutin, Riggs, Ferguson è Owens, 1999). U manuale di u prugramma hè dispunibule nantu à dumanda. I monitori di freccia di u core (S610i; Polar Electro, Oy, Finland; 30 second epoch) sò stati utilizati per osservà a dosa. A frequenza cardiaca media di ogni zitellu durante e sessioni hè stata registrata ogni ghjornu, è i punti attribuiti per mantene una media> 150 battiti per minutu. I punti sò stati scambiati per premii settimanali. I zitelli assignati à a cundizione d'alta dosa cumplettanu duie volte di 20 minuti ogni ghjornu. I zitelli in a cundizione di dosi bassu compie un bout di 20 minuti, è dopu un periodu di 20 minuti d'attività sedentaria (per esempiu, ghjochi di tavola, ghjochi di carte, disegnu) in una altra stanza. Nisun tutore hè statu furnitu durante stu periodu. Ogni sessione principia cù cinque minuti di riscaldamentu (attività cardiovascular moderata, stretching staticu è dinamicu). Bouts finìu cù una pausa d'acqua, una luce rinfrescante l'attività cardiovascular, è un stretching staticu.

Duranti a 13 ± 1.6 simane di intervenzione (13 ± 1.5, 13 ± 1.7 in cundizzioni di dosi bassa è alta, rispettivamente), l'assistenza era 85 ± 13% (85 ± 12, 85 ± 14). A freccia media di u core era di 166 ± 8 battiti per minutu (167 ± 7, 165 ± 8). I zitelli anu ottinutu una freccia cardiaca media> 150 battiti per minutu in a maiò parte di i ghjorni (87 ± 10% in generale; 89 ± 8, 85 ± 12 in cundizioni di dosi bassa è alta, rispettivamente). A durata di u periodu d'intervenzione, l'assistenza media, a freccia cardiaca è a proporzione di u tempu chì u scopu di a freccia cardiaca hè stata ottenuta eranu simili in e cundizioni d'eserciziu, è u tempu trà a basa è u posttest era simile in tutte e cundizioni sperimentali (19 ± 3.3, 18 ±). 2.6, 18 ± 2.5 settimane in cundizzioni di cuntrollu, bassa è alta dose, rispettivamente).

Measures

Una batteria psicologica standardizata hà valutatu a cognizione è a realizazione in basa è posttest. A maiò parte di i zitelli (98%) sò stati evaluati da u stessu teste, à u stessu tempu di u ghjornu, è in a stessa stanza in basa è posttest. Testers ùn anu micca cunnisciutu di a cundizione sperimentale di u zitellu. I punteggi standard sò stati analizati. In tuttu, 5 cohorts furnì dati per a cognizione è 4 cohorts per a realizazione. I mezi sò caduti in a gamma normale (Table 1).

Table 1 

Praguea è successub punteggi (M ± SE) per gruppu à a basa è u posttest, è i medii aghjustatu à u post

Una teoria standardizzata basata (Das, Naglieri, & Kirby, 1994; Naglieri, 1999) valutazione cognitiva cù eccellenti qualità psicometriche, u Sistema di Evaluazione Cognitiva, hè stata utilizata (Naglieri & Das, 1997). U Sistema di Evaluazione Cognitiva hè statu standardizatu nantu à una grande mostra rappresentativa di i zitelli di 5-17 anni chì currispondenu strettamente à a pupulazione di i Stati Uniti nantu à una quantità di variabili demografici (per esempiu, età, razza, regione, ambientazione di a cumunità, classificazione educativa è educazione parentale). Hè fortemente correlata cù u successu accademicu (r = .71), ancu s'ellu ùn cuntene elementi cum'è realizazione (Naglieri & Rojahn, 2004). Hè cunnisciutu per risponde à intervenzioni educative (Das, Mishra, & Poole, 1995), è dà differenze razziali è etniche più chjuche cà i testi di intelligenza tradiziunali, rendendu più appropritatu per a valutazione di i gruppi svantaggiati (Naglieri, Rojahn, Aquilino, & Matto, 2005).

U Sistema di Evaluazione Cognitiva misura l'abilità mentale di i zitelli definite nantu à a basa di quattru prucessi cognittivi interrelati: Pianificazione, Attenzione, Simultanea è Successiva. Ciascuna di e quattru scale hè cumpostu di trè sottotesti. Solu a scala di pianificazione misura a funzione esecutiva (vale à dì, generazione di strategia è applicazione, autoregulazione, intenzionalità è utilizazione di a cunniscenza; affidabilità interna). r = .88). A scala di pianificazione hà una fiducia megliu cà i testi neuropsiculogichi di a funzione esecutiva (Rabbitt, 1997). E scale restante misuranu altri aspetti di u funziunamentu cognitivu, è cusì ponu determinà se l'effetti di l'eserciziu in i zitelli sò più forti per a funzione esecutiva chì per altri prucessi cognitivi. I testi di Attenzione necessitanu una attività cognitiva focalizzata, selettiva è resistenza à a distrazione (affidabilità interna r = .88). I sottotesti simultanei implicanu dumande spaziali è logichi chì cuntenenu cuntenutu non verbale è verbale (affidabilità interna r = .93). I travaglii Successivi necessitanu analisi o ricurdamentu di stimuli disposti in sequenza, è furmazione di soni in ordine (affidabilità interna r = .93). I risultati preliminari di sta misura sò stati publicati (Davis et al., 2007). Un zitellu hè stata amministrata erroneamente a versione di 8 anni di a prova à a basa di basa quandu u zitellu avia 7 anni.

U successu accademicu di i zitelli hè statu misuratu cù duie forme intercambiabili di i Testi Woodcock-Johnson di Achievement III (McGrew è Woodcock, 2001) chì sò stati compensati casualmente. I gruppi di Lettura larga è Matematica larga eranu i risultati d'interessu. Centu quaranta-un zitelli in 4 cohorts furnì dati di realizazione.

Analisi statistica

Intenzione di trattà l'analisi di e differenze di gruppu testate di covarianza nantu à a cognizione è a realizazione in u posttest, aghjustendu per u puntu di basa. L'analisi sò state realizate utilizendu l'ultima osservazione purtata imputazione per i zitelli 7 chì ùn anu micca furnitu dati posttest. E covariate (cohorte, razza, sessu, educazione di i genitori) sò state incluse s'elli eranu ligati à a varià dipendente. E scale di Pianificazione, Simultanea, Attenzione è Successive, è ancu i gruppi di Lettura larga è Matematica larga, sò stati esaminati. A priori cuntrasti pruvendu una tendenza lineale, è paragunendu u gruppu di cuntrollu à i dui gruppi di eserciziu, sò stati realizati, cù cuntrasti ortogonali quadratici è bassu versus altu dosi. A significazione statistica hè stata valutata à α = .05. L'analisi significativi sò stati ripetuti escludendu i zitelli 11 chì piglianu medicazione per u disordine di deficit d'attenzione, è escludendu 18 sette anni, chì per via di a so età sò stati amministrati una versione ligeramente diversa di u Sistema di Evaluazione Cognitiva. Una dimensione di mostra di 62 sugetti per gruppu hè stata stimata per furnisce 80% di putenza per detectà una diferenza trà gruppi di 6.6 unità.

Substudiu FMRI

participanti

Vinti zitelli in l'ultima cohorte di l'studiu anu participatu à un studiu pilotu di fMRI cumpostu di basa (cuntrollu n = 9, esercitu n = 11) è posttest (cuntrollu n = 9, esercitu n = 10) scans cerebrali. I zitelli mancini è quelli chì portavanu occhiali sò stati esclusi. Una sessione di posttest in u gruppu di eserciziu hè stata rifiutata. Ùn ci era micca differenze significative in e caratteristiche trà stu sottumessu (9.6 ± 1.0 anni, 40% femine, 40% Black, BMI 25.3 ± 6.0, BMI). z-score 1.9 ± 0.46) è u restu di a mostra. Gruppi di eserciziu di dosi bassa è alta (14 ± 1.7 wks exercise) sò stati colapsati per l'analisi fMRI.

Disegnu è Prucedura

L'imaghjini sò stati acquistati nantu à un sistema MRI GE Signa Excite HDx 3 Tesla (General Electric Medical Systems, Milwaukee, WI). I stimuli visuali sò stati presentati cù l'occhiali compatibili MRI (Resonance Technologies, Inc., Northridge, CA), è i muvimenti di l'ochji sò stati monitorati cù un sistema di seguimentu di l'ochju chì permette à l'investigatore di vede chì i sughjetti eranu svegliati è impegnati in u compitu. I sughjetti portavanu tappi per l'orechja è i so capi sò stati ristretti cù un cuscinu di vacuum. Prima di l'acquisizione di dati MRI, l'omogeneità magnetica hè stata ottimisata utilizendu una prucedura di shimming automatizata chì determina i valori di shim d'ordine bassu eseguendu i minimi quadrati di e carte di u campu magneticu è applicà automaticamente i valori shim d'ordine bassu cum'è correnti offset di corrente diretta in u X, Forme d'onda gradienti Y e Z. L'imaghjini funzionali sò stati ottenuti utilizendu una sequenza d'imaghjini planari di eco gradiente spoiled (tempu di ripetizione (TR) 2800 ms, tempu di eco (TE) 35 ms, angolo di flip 90 °, campu di vista (FOV) 280 × 280 mm.2, matrice 96 × 96, 34 slices, slice thickness 3.6 mm). In seguitu, l'imaghjini strutturali sò stati ottenuti utilizendu una sequenza di eco di gradiente veloce tridimensionale (TR 3 ms, TE 9.0 ms, flip angle 3.87 °, FOV 20 × 240 mm).2, matrice 512 × 512, 120 slices, slice thickness 1.3 mm). L'imaghjini strutturali di alta risoluzione sò stati usati per nurmalizà l'imaghjini funziunali in un spaziu stereotassicu standard per l'analisi (Talairach & Tournoux, 1988).

U travagliu antisaccade

I dati di l'imaghjini funzionali sò stati acquistati mentre i sughjetti cumpletanu una altra misura di a funzione esecutiva, un compitu antisaccade (McDowell et al., 2002). A prestazione antisaccade curretta richiede l'inhibizione di una risposta prepotente à un cue visuale è a generazione di una risposta à u locu di l'immagine speculare di quella cue (latu oppostu, a stessa distanza da a fissazione cintrali). Dopu un periodu di fissazione iniziale (25.2 sec), un paradigma di bloccu alternava trà basale (N = 7 blocchi; 25.2 sec di una croce presentata à a fissazione centrale) è sperimentale (N = 6 blocchi; 25.2 sec cunzistenti di 8 prucessi antisaccade, 48 prucessi totali) cundizioni (5.46 minuti di tempu di esecuzione; 117 volumi; i primi 2 volumi sò stati omessi da l'analisi per cuntà a stabilizazione di magnetizazione). Duranti i sughjetti di basa sò stati urdinati à fighjà à a croce. Duranti i prucessi antisaccade, i sughjetti sò stati urdinati per fighjà una croce cintrali finu à ch'ella si sparse, è dopu un cue in a periferia signalava i sughjetti per fighjà u più prestu pussibule à u locu di l'immagine speculare di u cue, senza fighjà u cue stessu. I sughjetti avianu duie sessioni di pratica separate prima di ogni sessione di scanner per assicurà chì anu capitu l'istruzzioni. U persunale chì interagisce cù i zitelli durante a scansione ùn era micca cunnisciutu di l'assignazione di u zitellu.

Analisi di l'imagine

L'analisi sò state realizate cum'è in dati publicati previamente da u nostru laboratoriu (Camchong, Dyckman, Austin, Clementz è McDowell, 2008; Camchong, Dyckman, Chapman, Yanasak è McDowell, 2006; Dyckman, Camchong, Clementz è McDowell, 2007; McDowell et al., 2002) cù u software AFNI (Cox, 1996). In breve, per ogni sessione, i volumi sò stati registrati à un voluminu rappresentativu per correggerà u muvimentu di a testa minore (è 6 regressori sò stati calculati: 1 ognunu per a) rotazione, è b) u muvimentu di a testa di traduzzione in ognuna di 3 piani). Un 4 mm di larghezza piena à a mità di filtru gaussianu massimu hè statu appiicatu à ogni dataset. Per ogni voxel, u percentualità di cambiamentu in u segnu dipendente di u livellu di l'ossigenazione di sangue da a basa hè stata calculata per ogni puntu di tempu. U cambiamentu percentuale risultante in u tempu hè stata detrended per a deriva lineale è correlata cù una funzione di riferimentu trapezoidale chì modella a basa (fissazione) è e cundizioni sperimentali (antisaccade), utilizendu i 6 paràmetri di muvimentu cum'è regressori di rumore. I dati sò stati trasfurmati in un spaziu standardizatu basatu annantu à l'Atlas di Talairach è Tournoux (Talairach & Tournoux, 1988), è ricampionatu à 4 × 4 × 4 mm voxels.

Per identificà i circuiti neurali chì sustene a prestazione antisaccade (Fig. 2), i dati sò stati colapsati in gruppi è punti di tempu per l'analisi di varianza. Per pruteggiri contra i falsi pusitivi, un metudu di soglia di cluster derivatu da simulazioni di Monte Carlo (basatu nantu à a geometria di l'inseme di dati) hè statu applicatu à u F mappa (Ward, 1997). Basatu nantu à sti simulations, a famiglia sàviu alfa à p = .05 hè stata cunservata cù un voxel individuale thresholded at p = .0005 è una dimensione di cluster di 3 voxels (192 µL). U clustering risultatu F mappa hè stata utilizata per identificà u cambiamentu di signale dipendente di u nivellu di ossigenazione di sangue regiunale.

Fig. 2 

Viste assiali chì mostranu u livellu di l'ossigenazione di sangue dipendente per centu u cambiamentu di signale assuciatu à u rendiment antisaccade da l'analisi di un campione à trè livelli differenti in u cervellu. Dati da 39 sessioni (20 zitelli à basa, 19 à posttest) sò ...
Analisi di a regione di interessu

Per ogni regione corticale chì mostrava attività significativa in u clustered F mappa (campu oculare frontale, campu ocular supplementare, corteccia prefrontale, corteccia parietale posteriore), una sfera (radius 8 mm, simile à Kiehl et al., 2005; Morris, DeGelder, Weiskrantz, & Dolan, 2001) hè stata posizionata à u centru di massa, cù l'attività bilaterale colapsata in l'emisferi. I cambiamenti di u segnu di u percentuali mediu à a basa è u posttest sò stati calculati per ogni regione d'interessu per ogni participante, è i punti di differenza analizati. A causa di distribuzione non normale di i valori di a regione di interessu, e cundizioni sperimentali sò stati paragunati cù u Mann-Whitney U prova (esatta probabilità 2-tailed).

Risposte alla lingua

Dati psicometrici

U sessu hè stata ligata à a pianificazione posttest (picciotti, 101.3 ± 12.1 versus ragazze, 105.2 ± 12.7, t = -2.0, p = .044) è Attenzione (99.8 ± 12.2 vs 107.5 ± 12.5, t = -4.1, p < .001) punteggi. Race hè stata ligata cù posttest Simultaneous (Biancu, 109.3 ± 13.6 vs. Neru, 104.0 ± 10.9, t = 2.9, p = .004) è Broad Math (109.0 ± 9.3 versus 102.0 ± 10.1, t = 4.2, p < .001) punteggi. L'educazione di i genitori hè stata correlata cù a pianificazione posttest (r = .18, p = .02), Lettura larga (r = .27, p = .001) è Matematica larga (r = .27, p = .001) punteggi. Queste covariate sò state incluse in l'analisi currispundenti.

Un significativu statisticamente a priori U cuntrastu lineale hà indicatu un benefiziu di a risposta di a dosa di l'esercitu nantu à a funzione esecutiva (ie Pianificazione, Fig. 3; L = 2.7, intervallu di cunfidenza (IC) à 95% 0.6 à 4.8, t(165) = 2.5, p = .013). U a priori U cuntrastu paragunendu u gruppu di cuntrollu à i gruppi di eserciziu era ancu significativu, chì mostra chì l'esposizione à a dosa bassa o alta di u prugramma di eserciziu hà risultatu in puntuazioni di pianificazione più altu.L = -2.8, CI = -5.3 à -0.2, t(165) = 2.1, p = .03). Cum'è previstu, ùn sò stati rilevati effetti nantu à e scale Attention, Simultaneous, o Successive. Per u cluster Broad Math, un statisticamente significativu a priori U cuntrastu lineale hà indicatu un benefiziu di a risposta di dosa di l'eserciziu nantu à a realizazione di matematica (Fig. 3; L = 1.6, IC 0.04 à 3.2, t(135) = 2.03, p = .045). U cuntrastu paragunendu e cundizioni di eserciziu à a cundizione di cuntrollu ùn era micca statisticamente significativu (p = .10). Nisun effetti sò stati rilevati nantu à u cluster Broad Reading.

Fig. 3 

Funzione esecutiva (Pianificazione) in u posttest aghjustatu per u sessu, l'educazione di i genitori, è u puntu di basa, è i risultati di matematica (SE) in u posttest aghjustatu per a razza, l'educazione di i genitori è u puntu di basa, chì mostra l'effetti di a risposta di a dosa di l'esercitu aerobicu ...

I cundizzioni di dosi bassa è alta ùn sò micca diffirenti, è ùn sò micca rilevati tendenzi quadratichi. In più di u puntu di basa, l'unicu covariate significativu in l'analisi di a cognizione o di rializazioni eranu sessu in l'analisi di Attenzione (p <.001) è corsa per Broad Math (p = .03). I risultati eranu simili quandu escludenu i zitelli cun disordine di deficit d'attenzione (cuntrasti lineari nantu à a pianificazione, t(154) = 2.84, p = .005, Matematica larga, t(125) = 2.12, p = .04) è i zitelli di 7 anni (Pianificazione, t(147) = 2.92, p = .004, Matematica larga, t(117) = 2.23, p = .03).

Dati di Neuroimaging

U signale dipendente di u nivellu di l'ossigenazione di u sangue di l'antisaccade (collapsendu in u gruppu è u puntu di u tempu) revelò un circuitu saccadic corticale (cumpresu i campi di l'ochji frontali, i campi oculari supplementari, a corteccia parietale posteriore è a corteccia prefrontale); Fig. 2), chì hè ben definitu in l'adulti (Luna et al., 2001; Sweeney, Luna, Keedy, McDowell è Clementz, 2007). L'analisi di a regione d'interessu anu dimustratu differenze di gruppu in i cambiamenti di signale da a basa à u posttest chì eranu significativi in ​​duie regioni: corteccia prefrontale bilaterale (centru di massa in coordinate Talairach (x, y, z): right = 36, 32, 31; left = - 36, 32, 31) è a corteccia parietale posteriore bilaterale (right = 25, -74, 29; left = -23, -70, 22). In particulare, u gruppu di eserciziu hà dimustratu una crescita di l'attività di corteccia prefrontale bilaterale (Fig. 4, panel manca; U = 20, p = .04) è attività diminuite in a corteccia parietale posteriore bilaterale (Fig. 4, pannellu drittu; U = 18, p = .03) paragunatu à i cuntrolli. L'analisi di e regioni d'interessu di e regioni mutore (campi oculari frontali è supplementari) ùn anu micca mostratu differenze significative trà i gruppi.

Fig. 4 

Boxplots per cundizione sperimentale chì mostra u cambiamentu in l'attivazione da a basa à u posttest. Pannellu di manca: corteccia prefrontale. Pannellu drittu: corteccia parietale posteriore.

Articulu discussione

L'esperimentu hà pruvatu l'effettu di circa 3 mesi di eserciziu aerobicu regulare nantu à a funzione esecutiva in i zitelli sedentariu, sovrappesu chì utilizanu valutazioni cognitive, misure di realizazione è fMRI. Stu approcciu multifaceted hà revelatu evidenza convergente chì l'eserciziu aerobicu hà migliuratu u rendiment cognitivu. Più specificamente, e valutazioni standardizzate, cecu, dimustranu benefici specifichi di risposta di dosa di l'esercitu nantu à a funzione esecutiva è a realizazione di matematica. L'attività di a corteccia prefrontale aumentata è a riduzzione di l'attività di a corteccia parietale posteriore per via di u prugramma di eserciziu sò stati osservati.

In riassuntu, sti risultati sò cunsistenti cù quelli in l'adulti in quantu à i cambiamenti di cumportamentu è di l'attività cerebrale dimustrabili per l'esercitu (Colcombe et al., 2004; Pereira et al., 2007). Aghjunghjenu ancu evidenza di risposta di dosa, chì hè particularmente rara in prucessi di eserciziu cù i zitelli (Strong et al., 2005), è furnisce infurmazioni impurtanti nantu à un risultatu educativu. A cundizione di dosi altu risultatu in u puntu di pianificazione mediu 3.8 punti, o un quartu di una deviazione standard (σ = 15), più altu chè a cundizione di cuntrollu. A demugrafia ùn hà micca cuntribuitu à u mudellu. I risultati simili sò stati ottenuti quandu i zitelli cù u disordine di deficit d'attenzione o i zitelli di 7 anni sò stati esclusi. Per quessa, i risultati ponu esse generalizati à u sovrappeso Negru o biancu da 7 à 11 anni.

A funzione esecutiva si sviluppa in a zitiddina, è hè cruciale per u cumpurtamentu adattativu è u sviluppu (Best, Miller, & Jones, 2009; Eslinger, 1996). In particulare, a capacità di regulà u so cumpurtamentu (per esempiu, inibisce risposte inappropriate, ritardà a gratificazione) hè impurtante per un zitellu per riesce in a scola elementaria (Blair, 2002; Eigsti et al., 2006). Stu effettu pò avè implicazioni impurtanti per u sviluppu di u zitellu è a pulitica educativa. A scuperta di a rializazioni di matematica migliurata hè notevule, postu chì nisuna struzzione accademica hè stata furnita, è suggerisce chì un periodu di intervenzione più longu pò esse risultatu in più benefiziu. U migliuramentu osservatu nantu à a realizazione era specificu à a matematica, senza benefiziu per a lettura.

Ipotisemu chì l'attività fisica vigorosa regulare prumove u sviluppu di i zitelli per via di l'effetti nantu à i sistemi cerebrali chì sò sottumessi à a cognizione è u cumpurtamentu. I studii in animali mostranu chì l'eserciziu aerobicu aumenta i fatturi di crescita, cum'è u fattore neurotroficu derivatu di u cervellu, chì porta à un aumentu di l'approvvigionamentu di sangue capillare à a corteccia è a crescita di novi neuroni è sinapsi, risultatu in un apprendimentu è un rendimentu megliu.Dishman et al., 2006). Studi di cohorte sperimentali è pruspettivi realizati cù l'adulti dimustranu chì l'attività fisica regulare à longu andà altera a funzione di u cervellu umanu.Colcombe et al., 2004; Weuve et al., 2004). Un esperimentu randomizatu è cuntrullatu hà revelatu chì 6 mesi di eserciziu aerobicu hà purtatu à un rendimentu cognitivu migliuratu in l'adulti anziani (Kramer et al., 1999). Un documentu impurtante riporta evidenza chjara per l'impattu di l'eserciziu aerobicu nantu à l'attività cerebrale in l'adulti in dui studii chì utilizanu tecniche fMRI: Un paragone trasversale di individui di alta qualità à bassa fitta hà dimustratu chì l'attività di a corteccia prefrontale era ligata à a forma fisica, è un esperimentu hà dimustratu chì 6 mesi di eserciziu aerobicu (caminu) in sedentariu di 55 à 77 anni anu aumentatu l'attività di a corteccia prefrontale è hà purtatu à migliurà in una prova di funzione esecutiva (Colcombe et al., 2004). Curiosamente, una meta-analisi ùn hà micca truvatu supportu per a fitness aerobica cum'è mediatore di l'effettu di l'attività fisica nantu à a cognizione umana (Etnier, Nowell, Landers, & Sibley, 2006). Cusì, invece di esse mediati da i benefici cardiovascular, i cambiamenti cognitivi dovuti à l'esercitu pò esse un risultatu direttu di l'estimulazione neurale da u muvimentu. Mentre chì u casu hè statu fattu chì l'attività fisica pò influenzà a funzione cognitiva di i zitelli direttamente via cambiamenti in l'integrità neurale, ci sò altre spiegazioni plausibili, cum'è l'impegnu in u scopu direttu, implicazione mentale sforzu (Tomporowski et al., 2008).

Stu studiu hà limitazioni. I risultati sò limitati à una mostra di i zitelli di 7 à 11 anni di età neri è bianchi in sovrappeso. I zitelli magri è quelli di altre etnie o gruppi d'età ponu risponde in modu diversu. Ùn hè micca cunnisciutu se i benefici cognitivi persistanu dopu un periodu di detraining. Se i benefici s'acumulanu cù u tempu, però, questu seria impurtante per u sviluppu di u zitellu. Ci ponu esse periodi sensittivi durante i quali l'attività mutore eserciterebbe un effettu particularmente forte nantu à u cervellu (Knudsen, 2004). Resta da esse determinatu se altri tipi di eserciziu, cum'è a furmazione di forza o a natazione, sò ancu efficaci. I participanti è u staffu di l'intervenzione ùn puderanu micca esse cecu à a cundizione sperimentale o l'ipotesi di studiu; in ogni modu, i materiali di reclutamentu anu enfatizatu i benefici per a salute fisica piuttostu cà quelli cognitivi. Un'altra limitazione hè chì l'usu di una cundizione di cuntrollu senza intervenzione ùn permette micca à u prucessu per escludiri alcune spiegazioni alternative (per esempiu, l'attenzione di l'adulti, u piacè). I cambiamenti psicologichi ponu accade in i zitelli chì participanu à l'eserciziu per via di l'interazzione suciali chì si trovanu durante e sessioni piuttostu cà per l'eserciziu. per se. U mudellu di risposti di a dosa di i risultati smentisce sta spiegazione, però, perchè i dui gruppi di eserciziu passanu uguali tempu in u stabilimentu di ricerca cù istruttori è pari.

U studiu ùn hà micca truvatu una diffarenza trà i gruppi di dosi di eserciziu. Questu ùn hè micca cunflittu cù a risposta di a dosa, chì mostra chì l'intervenzione di l'eserciziu hà causatu una migliione di a cognizione (Hill, 1965). Siccomu u cuntrastu lineale hà dimustratu un effettu graduatu di u trattamentu, un paraguni di dosi in coppia pone una quistione di seguitu, se una dosa specifica hè superiore à l'altru (Ruberg, 1995). A prova di u benefiziu di a dosa-risposta à a realizazione era significativa, ma a paraguni di u gruppu di cuntrollu à i dui gruppi di eserciziu ùn era micca, chì furnisce un sustegnu parziale à l'ipotesi chì l'eserciziu migliurà a realizazione di matematica.

I risultati fMRI sò limitati da una piccula dimensione di mostra è ùn furnisce micca una prova di risposta di dosa, chì li rende più sottumessi à spiegazioni alternative. Tuttavia, i cambiamenti specifichi sò stati osservati, è a direzzione di i cambiamenti sferenti in e regioni prefrontali è parietali, argumentendu contru à una tendenza glubale in l'attività cerebrale. Ancu se a prestazione antisaccade è a so attività cerebrale di sustegnu cambianu cù l'età (Luna et al., 2001), questu hè un improbabile cunfundimentu perchè i gruppi eranu di età simili.

Questi dati spirimintali offrenu evidenza chì un vigoroso prugramma di eserciziu aerobicu dopu à a scola hà migliuratu a funzione esecutiva in a moda di a risposta di dosa trà i zitelli in sovrappeso; Fattori suciali pò avè cuntribuitu à questu effettu. I cambiamenti in i mudelli di attivazione cerebrale currispondenti sò stati osservati. Questi risultati furniscenu ancu un sustegnu parziale di un benefiziu per u rendiment di matematica. L'assignazione di e cundizioni hè stata randomizzata è e valutazioni di u risultatu cecu, minimizendu u preghjudiziu potenziale o cunfusione. I zitelli in sovrappeso custituiscenu avà più di un terzu di i zitelli di i Stati Uniti è sò sovrarappresentati trà e pupulazioni svantaggiate. In più di a so impurtanza per riduce i risichi per a salute durante una epidemia di obesità in a zitiddina (Ogden et al., 2006), l'attività aerobica pò esse un metudu impurtante per rinfurzà l'aspetti di u funziunamentu mentale di i zitelli chì sò cintrali à u sviluppu cognitivu (Welsh, Friedman è Spieker, 2006).

Acknowledgements

CA Boyle, C. Creech, JP Tkacz, è JL Waller assistitu cù a cullizzioni di dati è l'analisi. Supportatu da NIH DK60692, DK70922, Medical College of Georgia Research Institute, una borsa di Iniziativa Biomedica di u Statu di Georgia à u Centru Georgia per a Prevenzione di l'Obesità è i Disordini Relativi, è un finanziamentu ponte da u Medical College di Georgia è l'Università di Georgia.

Footnotes

Disclaimer di l'editore: U manoscrittu seguitu hè u manoscrittu finale accettatu. Ùn hè micca passatu à a copia di u litturamentu finale, à a verifica di i fatti è à a correzzione richiesta per a publicazione formale. Ùn hè micca a versione definitiva autenticata da l'editore. L'American Psychological Association è u so Council of Editors declina ogni responsabilità o responsabilità per errori o omissioni di sta versione manoscritta, qualsiasi versione derive da stu manoscritte da NIH, o da altre parti terze. A versione publicata hè dispunibule à www.apa.org/pubs/journals/hea

Cuntribuentale Informazioni

Catherine L. Davis, Georgia Prevention Institute, Pediatria, Medical College of Georgia.

Phillip D. Tomporowski, Dipartimentu di Kinesiologia, Università di Georgia.

Jennifer E. McDowell, Dipartimentu di Psicologia, Università di Georgia.

Benjamin P. Austin, Dipartimentu di Psiculugia, Università di Georgia.

Patricia H. Miller, Dipartimentu di Psiculugia, Università di Georgia.

Nathan E. Yanasak, Dipartimentu di Radiologia, Medical College di Georgia.

Jerry D. Allison, Dipartimentu di Radiologia, Medical College di Georgia.

Jack A. Naglieri, Dipartimentu di Psiculugia, Università George Mason.

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