Para entender por qué el ejercicio aeróbico promueve las Funciones Cognitivas Superiores o Funciones Ejecutivas (FE) de los niños, se deben abordar varias preguntas: Primero, ¿qué es la FE, cómo es apoyada por el cerebro y cómo se desarrolla normalmente? y, ¿cuál es la evidencia experimental de que el ejercicio aeróbico afecta la FE de los niños?
FE es un término general que abarca los procesos cognitivos responsables de organizar y controlar el comportamiento dirigido a objetivos (Banich, 2009). Las FE constan de tres componentes fundamentales: inhibición, memoria de trabajo y flexibilidad cognitiva (Diamond, 2006; Miyake et al., 2000). Se cree que estos tres componentes están vinculados por algunos procesos subyacentes comunes, pero se emplean de manera diferente en función de la tarea en cuestión para guiar el comportamiento.
A la luz de este marco teórico, diferentes tareas requieren diferentes componentes de las Funciones Ejecutivas (FE). Por ejemplo, el experimento del flanqueador de Eriksen (1974) consistía en solicitar a los niños que inhiban su concentración cuando se presenten distractores, como presionar un botón correspondiente a la dirección de una flecha (p. ej., > > < > >). Otro tipo de experimentos, como el de Tomporowski (2008), consistía en presentar una serie de números que contienen los dígitos 1 y 3 se presentan en la pantalla de una computadora (por ejemplo, «1 1 1» o «3»). A los niños se les pregunta «¿Cuántos?» o «¿Qué número?» y, por lo tanto, necesita cambiar entre dos procesos cognitivos: identificar el número y contar cuántos números se presentan en la pantalla.
Entonces… ¿Cuál es la evidencia científica que relaciona el ejercicio aeróbico con el desarrollo de las Funciones Ejecutivas (FE)?
Se han realizado estudios sobre el ejercicio y la cognición, Tuckman y Hinkle (1986) compararon los efectos de un programa de carreras aeróbicas de 12 semanas con una clase de educación física estándar en niños de cuarto, quinto y sexto grado. El programa de carrera constaba de varios ejercicios de carrera que se volvieron cada vez más exigentes desde el punto de vista fisiológico a lo largo del programa. Las comparaciones del funcionamiento cognitivo posterior a la prueba revelaron que el programa de carrera aeróbica no influyó en las habilidades perceptivo-motoras ni en la coordinación visomotora, pero sí mejoró la creatividad de los niños según lo evaluado por la Prueba de usos alternativos.
En particular, esta prueba evalúa el pensamiento flexible y divergente al pedirles a los niños que nombren tantos usos apropiados de objetos nombrados (p. ej., martillo). En un estudio posterior, Hinkle et al. (1993) examinaron los efectos de un programa similar de carrera aeróbica en niños de octavo grado. En comparación con el grupo de control, los niños asignados a carreras aeróbicas se desempeñaron mejor en la prueba Torrance de pensamiento creativo. Al igual que la Prueba de usos alternativos, esta medida de creatividad evalúa la flexibilidad y el pensamiento divergente. Aunque no son medidas puras de EF, se cree que las tareas de creatividad aprovechan EF (Delis et al., 2007) y, por lo tanto, estos resultados respaldan la noción de que EF es sensible a los efectos del ejercicio aeróbico crónico (Tomporowski, Davis, Miller, et. al., 2008).
En estudios más recientes, como el de Davis et al. (2007) se proporciona evidencia de que las FE son sensibles al entrenamiento aeróbico. Los niños con sobrepeso (P85 percentil de IMC, de 7 a 11 años) completaron una intervención de ejercicio aeróbico que incluía juegos aeróbicos grupales (p. ej., juegos de carrera, baloncesto modificado y fútbol). Los niños fueron asignados aleatoriamente a una de tres condiciones de tratamiento: control sin ejercicio, dosis de ejercicio de 20 minutos o dosis de ejercicio de 40 minutos. Los niños de los grupos de 20 y 40 minutos pasaron un tiempo equivalente en las instalaciones de investigación y recibieron la misma atención. El funcionamiento cognitivo se evaluó a través del Sistema de Evaluación Cognitiva (CAS; Naglieri & Das, 1997). Como se predijo, el entrenamiento aeróbico solo tuvo efecto en las tareas que requerían EF. Además, el entrenamiento aeróbico tuvo un efecto marginalmente positivo sobre el rendimiento en matemáticas. Estas ganancias cognitivas se complementaron con una mayor activación de PFC, pero una menor activación parietal, en una submuestra de niños que usaban un paradigma antisacádico fMRI (Davis et al., en prensa). Tanto para los datos conductuales como para los de resonancia magnética funcional, se realizaron comparaciones con niños de control que no recibieron atención ni intervención de ningún tipo. Así, estos hallazgos indican que la participación en el entrenamiento aeróbico influye en la FE y en las redes neuronales subyacentes, pero no descarta que otras formas de ejercicio también puedan influir en la FE.
MECANISMOS CEREBRALES QUE EXPLICAN LA RELACIÓN ENTRE EL EJERCICIO FÍSICO Y LAS FUNCIONES COGNITIVAS SUPERIORES
Demandas cognitivas del movimiento motor complejo
La ejecución de movimientos motores complejos regulan circuitos neuronales asociados con FE. Diamond (2000) revisó varias áreas de investigación que sugerían un vínculo neural estrecho entre el cerebelo y una coactivación sustancial del mismo, fundamental para el movimiento complejo y coordinado, y la PFC dorsolateral (DL-PFC), fundamental para la FE. Diamond concluyó que el cerebelo parece ser importante para las funciones cognitivas complejas, así como para las funciones motoras complejas; asimismo, la DL-PFC parece ser importante tanto para funciones motoras complejas como para funciones cognitivas complejas (ver también Serrien, Ivry, & Swinnen, 2007). Más recientemente, Diamond (2009) argumentó que el cerebro, y la mente por extensión, opera en un modo predeterminado global, y que tanto las actividades cognitivas como las motoras que se basan en un procesamiento no automático y selectivo requieren la anulación esforzada de ese valor predeterminado. Como ejemplo de esto, Diamond ofrece la ejecución de tareas de coordinación bimanuales, durante las cuales el individuo hace diferentes cosas con cada mano simultáneamente. Por lo tanto, la ejecución de movimientos motores complejos parece ser una tarea inherentemente cognitivamente atractiva, mientras que la ejecución de ejercicios repetitivos más simples, como caminar una vez que el niño los ha dominado, puede no serlo tanto, ya que se basa en un modo global predeterminado de operación. Además, la investigación con animales indica que la actividad motora compleja induce cambios morfológicos
cambios en el cerebro mientras que la actividad motora simple no lo hace. En roedores y primates no humanos, la ejecución de movimientos motores complejos promueve el crecimiento neuronal en el hipocampo, el cerebelo y las cortezas cerebrales en mayor medida que los movimientos motores repetitivos (Carey et al., 2005; Jones, Hawrylak, Klintsova y Greenough, 1998).
Cambios neuroquímicos, relajación y crecimiento
El ejercicio aeróbico también induce cambios neuroquímicos inmediatos (Meeusen, Piacentini y De Meirleir, 2001) que pueden preparar al sistema nervioso central para la adquisición de habilidades simultáneas o posteriores. En un modelo de isquemia en roedores, el ejercicio aeróbico inmediatamente anterior al entrenamiento de habilidades motoras condujo a una mayor recuperación de habilidades que el entrenamiento de habilidades o el ejercicio solo (Ploughman, Attwood, White, Doré y Corbett, 2007). También hubo una expresión marginalmente mayor de ARNm BDNF en la condición de ejercicio más entrenamiento de habilidades motoras, lo que sugiere que la regulación positiva de los factores de crecimiento puede ser la base del efecto de preparación. Un estudio con humanos sugiere además que el ejercicio tiene un efecto de preparación inmediato (Winter et al., 2007). En este caso, el aprendizaje fue superior después de un esfuerzo de carrera corto e intenso en comparación con una carrera más larga moderadamente intensa o un período de relajación. Este efecto conductual se complementó con aumentos en los niveles periféricos de BDNF y monoaminas (dopamina, norepinefrina y epinefrina) que predijeron la retención del material aprendido (ver también Ferris, Williams y Shen, 2007). Un segundo estudio en humanos examinó si la participación simultánea en el ejercicio y una tarea cognitiva conduce a una interacción entre la respuesta bioquímica central y periférica (McMorris, Collard, Corbett, Dicks y Swain, 2008). Los autores estaban interesados en los aumentos agudos inducidos por el ejercicio en las concentraciones de dopamina y norepinefrina que pueden ayudar al rendimiento cognitivo. Aunque los resultados no indicaron claramente que la combinación de ejercicio y una tarea EF desafiante aumente los niveles neuroquímicos más que el ejercicio repetitivo solo, hubo evidencia de que cuanto mayor sea la respuesta de la norepinefrina a la combinación de ejercicio y EF, mayor será el beneficio de la tarea EF. actuación. Estos impulsos neuroquímicos inmediatos pueden mejorar transitoriamente la respuesta neuronal a tareas desafiantes. Ya discutido, Hillman et al. (2009) informaron que la caminata aguda en cinta rodante da como resultado una mayor amplitud de P3 en niños preadolescentes, lo que probablemente representa una mayor asignación de atención. Por lo tanto, el ejercicio no solo induce cambios morfológicos duraderos con el tiempo, sino que también estimula cambios químicos inmediatos que conducen a un mayor estado de alerta que puede mejorar el rendimiento cognitivo. En consecuencia, tanto el ejercicio agudo como el crónico pueden facilitar la FE pero a través de diferentes vías fisiológicas.
Relación movimiento-atención en la primera infancia
Robertson y sus colegas (Friedman, Watamura y Robertson, 2005; Robertson, Bacher y Huntington, 2001; Robertson y Johnson, 2009; Robertson, Johnson, Masnick y Weiss, 2007) han examinado el acoplamiento segundo a segundo de compromiso y desvinculación del movimiento y la atención visual en bebés pequeños. Esta investigación sugiere que la actividad física puede ayudar a desbloquear la atención sostenida del bebé, permitiendo que la atención cambie a otro estímulo (Robertson et al., 2001; Robertson et al., 2007). La integración de movimiento y atención que ocurre durante los primeros meses de vida puede ser significativa para la atención y el desarrollo cognitivo posteriores. En un estudio longitudinal, Friedman et al. (2005) encontraron que la variación en el acoplamiento movimiento-atención en la primera infancia se correlacionó significativamente con los informes de los padres sobre hiperactividad y falta de atención 8 años después. Dado que los problemas de falta de atención en la infancia (es decir, TDAH) se han relacionado con la disfunción ejecutiva (Barkley, 1997) y que las diferencias individuales en la atención durante la infancia predicen habilidades posteriores de FE (Sethi, Mischel, Aber, Shoda y Rodríguez, 2000), el movimiento temprano El acoplamiento de la atención de tal manera que la actividad motora se suprime durante la atención sostenida probablemente sea una base fundamental para el desarrollo posterior de las FE.