Perché i bambini in forma aerobica hanno competenze matematiche migliori?

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Un nuovo studio del Beckman Institute dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign rivela che i bambini di 9 e 10 anni che sono in forma aerobica tendono ad avere una sostanza grigia nel cervello più significativamente più sottile rispetto ai loro coetanei "di basso livello". È interessante notare che il diradamento dello strato più esterno delle cellule cerebrali nel cervello è associato a migliori abilità matematiche, secondo i ricercatori.

Lo studio di agosto 2015, "Il ruolo del fitness aerobico nello spessore corticale e nel raggiungimento della matematica nei bambini preadolescenti", appare sulla rivista PLOS ONE .

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Cerebrum (latino per cervello) in rosso.
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Il nuovo studio rileva una correlazione – ma non una causa diretta – tra fitness cardiorespiratorio e assottigliamento della sostanza grigia corticale nel cervello. Il diradamento della materia grigia è anche noto come "potatura neurale", che è un aspetto importante della neuroplasticità durante lo sviluppo del cervello e durante la vita di una persona.

Questo studio offre anche la prima prova diretta che il fitness migliora le prestazioni aritmetiche su test standardizzati aiutando lo sviluppo di strutture cerebrali che contribuiscono al raggiungimento della matematica. Ancora una volta, gli scienziati sottolineano di aver identificato una correlazione, ma sono necessarie ulteriori ricerche per identificare una relazione causale.

Laura Chaddock-Heyman, ha guidato la ricerca con il collega Beckman Institute per il direttore della scienza e della tecnologia Art Kramer e il professore di kinesiologia e salute della comunità Charles Hillman. Precedenti studi hanno dimostrato che il diradamento della sostanza grigia è associato a migliori capacità di ragionamento e pensiero. In un comunicato stampa, Chaddock-Heyman ha dichiarato:

La perdita di sostanza grigia durante lo sviluppo infantile è parte di una sana maturazione. L'assottigliamento della materia grigia è la scultura di un cervello sano e completamente formato. La teoria è che il cervello sta potando le connessioni non necessarie e rafforzando le connessioni utili.

Mostriamo, per la prima volta, che la forma fisica aerobica può svolgere un ruolo in questo diradamento corticale. In particolare, scopriamo che i bambini di 9 e 10 anni di taglia più alta mostrano una diminuzione dello spessore della sostanza grigia in alcune aree che si sa cambiano con lo sviluppo, in particolare nei lobi frontali, temporali e occipitali del cervello.

Questi risultati supportano ed estendono la ricerca sui cambiamenti nell'organizzazione della superficie corticale durante lo sviluppo del bambino. I nuovi dati suggeriscono che le differenze individuali nella fitness aerobica possono influenzare le aree del cervello modificando significativamente lo spessore corticale durante lo sviluppo e forse durante la vita di una persona.

Materia grigia e materia bianca lavorano insieme per ottimizzare la funzione cerebrale

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La materia grigia ospita i neuroni in specifiche regioni del cervello. La materia bianca crea linee di comunicazione tra varie regioni del cervello. Nel 2014, Chaddock-Heyman e altri hanno riscontrato che livelli più elevati di fitness aerobico nei bambini sono associati a una migliore integrità della sostanza bianca. Il team ha identificato che l'esercizio migliora le microstrutture della sostanza bianca nel cervello. L'integrità della sostanza bianca è legata alla conduzione neurale più rapida tra regioni cerebrali e prestazioni cognitive superiori.

In due distinti studi del 2014, pubblicati nello stesso mese, i ricercatori di Beckman hanno riferito che l'attività fisica migliorava l'integrità della materia bianca di bambini di età compresa tra 9 e 10 anni e anche in partecipanti "di basso livello" di età compresa tra 60 e 78 anni. Ho scritto su questi risultati in un post del blog di Psychology Today , "Perché l'attività fisica è così buona per il tuo cervello?"

Sulla base delle più recenti scoperte sul diradamento della materia grigia e delle scoperte dello scorso anno sull'integrità della materia bianca, ieri ho mandato un'email a Laura Chaddock-Heyman per chiederle di una possibile connessione tra tutti questi risultati.

La mia domanda era: "Credi che la sana potatura neurale della materia grigia corticale e il miglioramento dell'integrità della materia bianca stiano lavorando insieme per migliorare le funzioni cognitive e la matematica nei bambini più in forma?" Chaddock-Heyman ha risposto via e-mail:

In effetti, è probabile che sia una combinazione di molte differenze nella struttura e nella funzione del cervello di bambini con un livello di adattamento superiore e inferiore che potrebbero portare a differenze nelle prestazioni cognitive e accademiche. Gran parte del nostro lavoro di risonanza magnetica fornisce indizi sul motivo per cui i bambini più in forma possono superare i loro coetanei più in forma nei test cognitivi e accademici.

I bambini più in forma hanno volumi cerebrali strutturali maggiori nell'ippocampo e nello striato dorsale, due regioni sottocorticali critiche per la memoria e l'apprendimento (Chaddock et al., 2010a, b), nonché schemi di attivazione cerebrale più efficienti (mediante risonanza magnetica funzionale [fMRI ] e potenziali misure [ERP] legate agli eventi) durante i compiti di controllo dell'attenzione e dell'interferenza (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), relativo ai pari inferiori.

I bambini con una maggiore predisposizione mostrano anche una maggiore integrità strutturale (tramite anisotropia frazionaria, misurata mediante imaging del tensore di diffusione) in tratti di sostanza bianca che trasportano informazioni in tutto il cervello (Chaddock-Heyman et al., 2014). Il presente studio aggiunge differenze di fitness nello spessore corticale a questa lista.

Conclusione: l'esercizio fisico e l'idoneità fisica possono migliorare le prestazioni accademiche

L'ultima scoperta pionieristica del Beckman Institute arricchisce la nostra comprensione della plasticità cerebrale infantile e suggerisce che il miglioramento delle abilità matematiche è legato alla fitness aerobica. La correlazione tra fitness aerobico e rendimento scolastico evidenzia l'importanza di un'attività fisica regolare durante e dopo la scuola. In un comunicato stampa, il co-autore Charles Hillman ha dichiarato,

Questi risultati arrivano in un momento importante. Le opportunità di attività fisica durante la giornata scolastica vengono ridotte o eliminate in risposta a mandati per un maggiore tempo accademico. Dato che i tassi di inattività fisica sono in aumento, aumenta la necessità di promuovere l'attività fisica. Le scuole sono le migliori istituzioni per attuare tali pratiche di comportamento sanitario, a causa del numero di bambini che raggiungono su base giornaliera.

Questi risultati forniscono ulteriori prove del fatto che un aumento dei livelli di fitness aerobico può migliorare le funzioni cognitive e la plasticità cerebrale, con esiti potenzialmente significativi correlati al rendimento scolastico di un bambino.

Chaddock-Heyman, Hillman e Kramer continueranno a esplorare le differenze nel cervello dei bambini più in forma e più in forma durante lo sviluppo infantile. Attualmente stanno cercando di identificare le relazioni causali tra fitness aerobico, cambiamenti nella struttura e nella funzione del cervello e migliori prestazioni accademiche.

Art Kramer ha concluso: "Un importante passo successivo in questa ricerca è stabilire una relazione causale tra cambiamenti cerebrali, cambiamenti nella forma fisica e cambiamenti nella cognizione e nei risultati scolastici – qualcosa che stiamo attualmente facendo con uno studio longitudinale dei bambini che partecipano ad un'attività fisica programma di allenamento."

Ho anche chiesto a Chaddock-Heyman se ci fossero piani per esplorare il ruolo che la struttura e la funzione del cervelletto (latino per il piccolo cervello ) potrebbero giocare nel legame tra attività fisica, fitness aerobico e rendimento scolastico. Ha risposto, "Sarebbe interessante per il lavoro futuro esaminare come la struttura del cervelletto preveda anche le abilità dentro e fuori la classe."

Se vuoi leggere di più su questo argomento, controlla i post del mio blog Psychology Today :

  • "Perché l'inattività fisica drena il cervello umano?"
  • "I bambini fisicamente in forma hanno poteri cerebrali potenziati"
  • "Vuoi migliorare la tua funzione cognitiva? Vai a scalare un albero! "
  • "Un altro motivo per staccare la televisione"
  • "Perché l'attività aerobica migliora la funzione cognitiva?"
  • "Migliori abilità motorie legate a punteggi accademici superiori"
  • "Gli scienziati scoprono perché l'esercizio ti rende più intelligente"
  • "Un pensiero troppo cristallizzato riduce l'intelligenza fluida"
  • "Le attività fisiche possono migliorare l'intelligenza dei fluidi?"
  • "L'attività fisica aumenta la forza del cervello"
  • "La povertà infantile ha impatti dannosi sulla struttura cerebrale"
  • "Perché i bambini ricchi hanno punteggi di test standardizzati più alti?"
  • "In che modo l'idoneità fisica migliora la funzione cerebrale?"

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