The acute effect of moderateintensity coordinative activity on cognitive performance and learning

Transkript

1 The acute effect of moderateintensity coordinative activity on cognitive performance and learning Bachelorprojekt af gruppe 12gr637 Mark Jacob Dahl Kenneth Erfurt Christian Hauskov Iversen Alex Handler Laugesen SportsScience, Aalborg Universitet, juni 2012 Vejleder: Shellie Boudreau

2

3 Titel: The acute effect of moderate-intensity coordinative activity on cognitive performance and learning. Semestertema: Videnskabelige metoder i idræt. Projektperiode: til den Projektgruppe: 12gr637 Deltagere: Mark Jacob Dahl Kenneth Erfurt Christian Hauskov Iversen Alex Handler Laugesen Synopsis: The purpose of the present study was to investigate the acute effect of moderate-intensity coordinative activity on cognitive performance and learning. Three 4th grade school classes (N= 66, age 11.1±0.4) were randomly assigned to a moderate-intensity coordinative activity group (MCA, N=22), low-intensity coordinative activity group (LCA, N=22) or inactive control group (INA, N=22). At a baseline session MCA, LCA and INA performed a 10 minutes activity involving a card game, followed by a cognitive assessment test (CAT). One week later, an intervention session consisted of the three activities assigned to the three groups, followed by CAT. The CAT at this session included a training adaption, involving sub-assignments of increasing difficulty. Two days later, a retention session was completed similar to the baseline session. All sessions were performed a.m. during the students normal school day. At the three sessions, the CAT consisted of a short-term memory, a block ordering and a picture completion assignment. The results for the overall cognitive performance in the CAT showed that moderate-intensity coordinative activity does not have an acute positive effect on cognitive performance and learning. In conclusion, the results of the present study did not find that acute bouts of moderate-intensity coordinative activity effects cognitive performance and learning. Vejleder: Shellie Boudreau Oplagstal:7 Sideantal: 58 Bilagsantal og - art: 1stk. CD Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

4

5 The acute effect of moderate-intensity coordinative activity on cognitive performance and learning Mark Jacob Dahl, Kenneth Erfurt, Christian Hauskov Iversen, Alex Handler Laugesen Aalborg University, June 2012 The purpose of the present study was to investigate the acute effect of moderate-intensity coordinative activity on cognitive performance and learning. Three 4 th grade school classes (N= 66, age 11.1±0.4) were randomly assigned to a moderate-intensity coordinative activity group (MCA, N=22), low-intensity coordinative activity group (LCA, N=22) or inactive control group (INA, N=22). At a baseline session MCA, LCA and INA performed a 10 minutes activity involving a card game, followed by a cognitive assessment test (CAT). One week later, an intervention session consisted of the three activities assigned to the three groups, followed by CAT. The CAT at this session included a training adaption, involving subassignments of increasing difficulty. Two days later, a retention session was completed similar to the baseline session. All sessions were performed a.m. during the students normal school day. At the three sessions, the CAT consisted of a short-term memory, a block ordering and a picture completion assignment. The results for the overall cognitive performance in the CAT showed that moderate-intensity coordinative activity does not have an acute positive effect on cognitive performance and learning. In conclusion, the results of the present study did not find that acute bouts of moderate-intensity coordinative activity effects cognitive performance and learning. Keywords: Physical activity, coordinative activity, children, cognitive performance, learning Introduction Participation in physical activity has been associated with benefits for overall health and well-being. Several studies over the past few years have found a positive relationship between physical activity and cognitive performance and achievement outcomes for children. Fedewa & Ahn (2011) presented that physically active children may perform better in school than children who are physically inactive, because physical activity has a significant long-term positive effect on children s performance and cognitive abilities. Additionally, Tomporowski (2003) concluded that physical activity has a positive effect on children s attention, memory and learning, while Ahamed et al. (2007) showed that although physical activity takes time from other lessons, there is no negative effect on children's overall academic performance. Moreover Mahar et al. (2006); Hill et al. (2010); Donnelly & Lambourne (2011) implemented physical activity as short bouts of physical activity during the school day, which resulted in positive effects on cognitive performance and achievement outcomes. Hillman et al. (2011) performed a review of studies with minutes of physical activity, of various intensities ( beats per minute (bpm)) and a variety of activities, and found that physical activity has a positive acute effect on cognitive performance and achievement outcomes. This review included various types of physical activities; coordinative exercises compared to a normal sport lesson (Budde, 2008), aerobic walking (C H Hillman et al. 2009; McNaughten and Gabbard 1993; Gabbard and Barton 1979) aerobic cycling (Schneider et al., 2009; Stroth et al ) aerobic circuit training and team games (Pesce et al. 2009). Additionally, Lambourne & Tomporowski (2010) concluded that physical activity has an acute positive effect 1

6 on attention and long-term memory, while Coles & Tomporowski (2008); Cahill & Alkire (2003); Potter & Keeling (2005) showed improved longterm memory after a delay, if the learning occurs immediately after the physical activity. Thus, several studies have concluded that physical activity, both long-term and acute, has a positive effect on cognitive performance and achievement outcomes, however, other studies have found contradictory findings. Stroth et al. (2009) and Themanson & Hillman (2006) both concluded, after a study based on either a modified or normal version of Eriksen flanker task, that a single bout of physical activity may not produce substantial effects on attention and inhibition, such as response latency and response accuracy. Additionally, Coles & Tomporowski (2008) did not find significant improvements in short-term memory immediately after physical activity. Further investigation is therefore needed to assess the effect of physical activity on school performance and cognition in order to obtain a complete understanding of the impact acute bouts of physical activity on differing parameters of cognitive performance. (Etnier et al. 2006) Numerous studies have suggested and investigated different mechanisms that could underlie the positive effects of physical activity on cognitive performance. One hypothesis is that an increased level of activity in the frontoparietal cortex following physical activity, may influence subsequent cognitive abilities as frontoparietal cortex is considered to be involved in reading and solving math (Hillman, 2008). Lojovich (2010) proposes three major hypotheses to describe the positive correlation between physical activity and cognitive performance: vascular changes, changes in the neurotransmitters and changes in the neurotrophins. The vascular changes results in a better blood flow to the brain, which may be important in respect to learning and memory (Lojovich, 2010). Lojovich (2010) and Molteni et al. (2002) have shown that neurotransmitters are essential for several cognitive functions and that physical activity affects the level of neurotransmitters and the level of receptors and transporters, which may enhance neurotransmitter performance. Sutoo & Akiyama (1996) showed on mice that physical activity caused an increased level of calcium in the serum and brain. This increase in calcium effects the level of certain neurotransmitters, particularly dopamine and noradrenaline, as calcium regulates catecholamine synthesis (Sutoo and Akiyama 1996). Dopamine and noradrenaline are important for coordination of movements, motivation and attention, which can affect arousal (Purves et al. 2008). Furthermore, the level of neurotrophins are affected by physical activity, including the level of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in hippocampus, a brain region essential to longterm memory and learning (Hillman et al., 2008). The increased level of BDNF in hippocampus obtained through physical activity has been shown to have a positive effect on learning in rats (Vaynman et al. 2004). Additionally, physical activity has been shown to have a positive effect on an individual s opportunity to obtain an optimal arousal level, which can enhance performance for a given task (Cooper 1973; Davey 1973; Audiffren 2009). While previous studies mostly focused on the effects of an elevated level of aerobic physical activity, others have investigated the hypothesis that the coordinative aspect of physical activity can affect cognitive performance. Budde et al. (2008) concluded that coordinative physical activity affected cognitive performance significantly more than physical activity alone. This suggests that the coordinative aspect of physical activity might be important to improve cognitive performance, which can be explained with an increased activity in cerebellum during coordinative activities. Cerebellum is known to be involved in varies cognitive aspects such as attention and working memory (Budde et al. 2008). Even though there is evidence that physical activity has a long-term and acute positive effect on cognitive performance and achievement 2

7 outcomes, no studies, to our knowledge, have compared the effects of short periods of moderateintensity coordinative activity against lowintensity coordinative activity and a control activity on cognitive performance and learning. Thus, the primary aim of present study was to investigate whether there are acute differences in cognitive performance and learning in students who have completed either 10 minutes of moderate-intensity coordinative activity, 10 minutes of low-intensity coordinative activity or 10 minutes of card games (control). It was hypothesized that students who completed a moderate-intensity coordinative activity would perform better in a cognitive test immediately after exercise and again at a retention test (48 hours after), compared to students who completed a low-intensity coordinative activity or a control activity. three groups, followed by CAT. MCA performed 10 minutes of coordinative activities at a moderate intensity, LCA performed 10 minutes of coordinative activities at a low intensity, while INA was instructed to play a card game for 10 minutes. The CAT at this session included a training adaption. Two days later, the retention session was completed similar to the baseline session. This session investigated which of the three groups could retain the most from the training adaption on the intervention session. All three sessions were conducted at a.m. during a normal school day. The CAT was performed immediately after the designated activities, and consisted of three parts; short-term memory, block ordering and picture completion assignments. All three parts were completed with a pen and paper. Methods Subjects Three 4 th grade school classes (N= 66, age 11,1±0,4) were randomly assigned to a moderateintensity coordinative activity group (MCA, N=22, age 11,0±0,2), low-intensity coordinative activity group (LCA, N=22, age 11,1±0,5) or a inactive group (INA, N=22, age 11,0±0,4), to serve as a control. The school did not stream the parallel classes (e.g. for gender or ability), thus, the students were already randomly assigned to each of the three classes. A written consent regarding study participation was obtained from the student s parents prior to participation. Experimental procedures The present study consisted of a baseline, an intervention and a retention session (see figure 1). At baseline session MCA, LCA and INA performed a 10 minutes activity involving a card game, followed by a cognitive assessment test (CAT). One week later, the intervention session consisted of the three activities assigned to the Figure 1: Illustration of the experimental design. Group activities MCA The activity of the MCA was based on the findings of Budde et al. (2008), which revealed that coordinative activity enhances cognitive 3

8 Figure 2: Examples of the three parts from the CAT. A is an example of an easy short-term memory test. B is an example of an easy block ordering assignment. C is an example of an easy picture completion assignment. performance significantly more than a normal sport lesson without specific coordinative requests. Thus, it was ensured that the activities of MCA were coordinative. The intended intensity of the psychical activity was beats per minute (bpm). This pulse interval was used, as Hillman et al. (2011) found positive effects on cognitive abilities from physical activity within this interval. The students of the MCA were divided into subgroups of three. The students of each subgroup were placed at three of the corners in 3x4 m square, leaving one corner empty. One student was given a beanbag, and was instructed to run towards a student next to an empty corner, and half-way there, throw the beanbag towards set student. When the beanbag was thrown, the student was instructed to sprint to the empty corner in order to maintain the pulse interval. The student, who had just caught the beanbag, would then do the same and throw the beanbag to the third student in the group. The students were instructed to run on the spot while waiting in the corner, in order to ensure a sufficient level of intensity. This continued throughout the 10 minutes of activities, while the students were instructed to throw and catch the beanbag in various ways every 45 seconds, in order to increase the level of coordinative difficulty. LCA Group LCA also used beanbags, but was instructed to stand still. The students of LCA were divided into subgroups of two. The students of each subgroup were placed in front of each other with a length of 4 m. One student was given a beanbag, and was instructed to throw it to the other student. The throws and catches were similar to those of group MCA. Thus, the only difference between group MCA and LCA, was the level of physical activity. The intensity of the LCA activity was intended to be below 120 bpm. INA INA played a card game (fish) to which they were familiar with. The same activity was used at baseline session and retention session for MCA, LCA and INA. This activity was neither coordinative nor physically demanding. The INA activity maintained the students pulse at resting state. Cognitive Assessment Test A CAT of the students was performed by administering: a short-term memory test, block ordering test and a picture completion test. The students completed each CAT together as a class in their normal classroom. The short-term memory test and the block ordering test were delivered using an easily viewable slideshow, while the picture completion test was given on paper. The answers to the CATs were recorded on paper (at a catalogue) and collected upon the completion of all three CATs. The three different assignments are comparable to those used in the WAIS-III test. All students were familiarized to the CATs execution prior to every test day. The 4

9 training adaption, included in the CAT at the intervention session, consisted of a larger number of assignments than were used in the baseline CAT and retention CAT. The extra subassignments increased in difficulty to let the students learn how best to solve the assignments. The highest difficulty level was similar to that of the baseline CAT and retention CAT. Short-term memory The short-term memory test is a simple recall test. The students were shown a string of consonants of differing length (3-7 letters). Each string was shown to the students for five seconds, after which they were asked to turn a page in their test catalog, and then write the letters in order as they could remember them. The score was based on two finalizing series of 7 consonants, for which the students scored one point per correct letter. If the order or a consonant was incorrect, either a half or one point would be subtracted. See figure 2A for an example Block ordering The block ordering test assessed the ability to perform perceptual organization and mental rotation of images to arrange them in order to produce a predefined pattern. The students were shown 6 small squares, each with an assigned letter (a-f) and one larger block composed of 16 small squares. The students were then instructed to make the pattern matching the larger block in using the smaller squares (see figure 2B for an example). The pattern was constructed by using the corresponding letters of the small squares and inserting these letters, rather than drawing the pattern. The score was only given for the last subassignment, which consisted of 16 small squares. One point was given for each correct square. Picture completion The picture completion test required to perform a visual search of a picture and identify a missing detail. In this test, the students were presented with 8 pictures in which a detail was removed. The missing detail could be a chair leg, a sun reflection, a shadow or any detail breaking a pattern in the picture. The pictures were presented in increasing difficulty and the missing detail was considered to be, through logic, detectable. The students should indicate the missing detail with a circle around it. One point was awarded for each correct answer. See figure 2C for an example. Statistical analysis A two-way repeated measures ANOVA mixed model were used to analyze the data for any significant differences between groups and testsessions. Significance was set at P=0.05, and oneway ANOVA and post hoc Tukey HSD test was performed when significant results occured. The analysis was performed in IBM SPSS Statistics 19. The students could not obtain the same amount of points in the three parts in the cognitive assessment test used to determine their overall cognitive performance score. Thus, to assess the overall score, the three parts were given equal weight and converted to a scale of the maximum possible score. All data are expressed as mean ± standard deviation (SD), unless stated otherwise. If a student had not completed one of more tests, this persons results was excluded. To investigate the effects of the activities further, the students from the three groups were split into two groups based on their performance at baseline. Students, who had a lower overall score than 60 at baseline, were characterized as low performers, and the remaining students were characterized as high performers. Results At the study onset there were 66 students, however, 17 students were excluded from the data-analysis as they did not participate in all sessions and subsequently only data from 49 students were included in the analysis. At baseline, the students were inquired about their current level of physical activity. The majority of 5

10 Table 1: Student statistics. *Proportion which are sufficiently active according to the recommendations of the World Health Organization. **Proportion which stated to be physically active within two hours prior to intervention. Figure 3: Proportion(in percent) of correct answers for all sub-assignments in the intervention CAT. MCA and LCA and 20% of INA stated that they were active at a level that satisfies the recommendations of the World Health Organization (WHO, 2012). At the intervention session, the students were asked whether or not they had performed physical activity 2 hours prior to the intervention, which the majority of MCA, LCA and INA had. The increasing difficulty during the training adaptation in the CAT at the intervention and in all the picture completion assignments was confirmed by the results from the intervention. Figure 3 shows that a declining number of students from MCA, LCA and INA were able to solve the sub-assignments. Mean results from the CAT can be seen in table 2 and an illustration can be seen in figure 4. The results from the short-term memory assignment showed no effect of the activities (F=1.41, P=0.254), no effect of test day (F=1.06, P=0.35) and no interaction effect (F=1.39, P=0.245). Table 2: Results from the cognitive assessment test. The block ordering assignment showed no significant effect of the activities (F=0.04, P= 0.958). There were significant gains in performance across the test days for all groups (F=70.46, P<0.001), Post-hoc analysis revealed that there was significant improvements from 6

11 Figure 4: Mean number of correct answers for all sessions. baseline to intervention test (F=75.06, P<0.001) and from intervention-to retention test (F=9.88, P=0.003). There was however, no significant interaction between test day and group (F=1.00, P=0.411). The picture completion assignment revealed no effect of the intervention (F=0.35, P=0.705), no effect of test-day (F=0.63, P=0.535), but an interaction effect between group and test-day (F=2.77, P=0.032). The post-hoc analysis showed a significant worsened effect between test-days for INA from intervention to retention (F= 8.65, P= 0.011). Additionally, it was found in the posthoc analysis that INA performed significantly higher in the intervention than MCA and LCA (F=3.60, P=0.035). The students overall cognitive performance(figure 5) in the tests showed a significant effect of testday (F=6.92, P=0.020), however, there was no effect of group (F=0.09, P=0.912) and interaction between group and test-day (F=1.26, P=0.292). Figure 5: Overall cognitive performance for all sessions The post-hoc test showed an effect between baseline and intervention (F=7.25, P=0.010), but no difference between intervention and retention test (F=0.862, P=0.358). Low and high performers Additionally, the effects of the activities on initially low and initially high performers were assessed (see figure 6). The students from the three groups were split into two groups based on their performance at baseline. Students, who had a lower overall score than 60 at baseline, were Figure 6: Overall results for initially high and low performers. 7

12 characterized as low performers, and the remaining students were characterized as high performers. The low performers of MCA, LCA and INA, as assessed at baseline, all improved significantly in block ordering assignment between baseline and intervention (F= 51,12, P<0,001) and intervention and retention (F=5,02, P=0,038). There was no effect of the activities on the low performers in either short-term memory assignment or picture completion assignment, however, the overall cognitive performance score showed an effect of test day with an improvement from baseline to intervention for MCA, LCA and INA (F=21.63, P<0.001). For the high performers, the overall score of MCA was significantly higher at baseline when compared to LCA and INA (F=4.70, P=0.019). There was a significant effect of test day (F=5.20, P=0.009) and an effect of interaction (F=3.23, P=0.020). The post-hoc analysis showed that INA improved significantly between baseline and intervention (F=8.78, P=0.016), but worsened between intervention and retention (F=5.10, P=0.05). Discussion Findings of the present study demonstrated that moderate-intensity coordinative activity does not have an acute positive effect on cognitive performance and learning. The results for the overall cognitive performance showed an effect between baseline and intervention for MCA, LCA and INA, which is mainly due to improvements in the block ordering assignment. In the three session assignments; short term memory, block ordering and picture completion, there was no positive correlation between neither moderate-intensity coordinative activity, nor low-intensity coordinative activity, and performance. First, CAT is evaluated after which the parameters that may have an influence on the findings will be discussed. CAT evaluation The increasing difficulty during the training adaptation and in picture completion was confirmed by the results, as the students performed better on the earlier trials as compared to the later trials. In respect to training adaption, this was important as it was intended to let the students adapt an optimal approach to solving the assignments through a slowly increasing difficulty level. The increasing difficulty of the picture completion assignment was applied so that various levels of performance could be assessed. However, the results from the block ordering assignments suggests that the difficulty level might not have been sufficiently high as 41% of the students were able to score 16 points (maximum) in this assignment at retention. Learning The CAT at intervention; short-term memory assessment, block ordering assignment and picture completion assessment, increased in difficulty as intended. This was verified by the results, as a declining number of students from MCA, LCA and INA were able to solve the sub-assignments. The increasing difficulty in the sub-assignments was used to ensure that the students learned during the training adaption at the intervention. The results show that this is the case, as the overall score of the CAT was improved between baseline and intervention, however, it is unclear whether this improvement have been significant simply because the students had learned from the test at baseline. Improvements between sessions were significant in the block ordering assignments, while the results from the short-term memory assessment and picture completion assignment did not improve between test days. As such, the improvements in the overall cognitive performance between test days are mainly due to improvements in the block ordering assignment. The results from the short-term memory assessment and picture completion test, shows that the performance in these cannot be improved 8

13 over a training adaptation-period of this duration. Thus, these tests may not be ideal to assess learning with a single intervention-day. As the results from the block ordering assignment did not show any effect of the intervention or interaction effect, the results reveals that there was no effect of either moderate-intensity coordinative activity or low-intensity coordinative activity on learning, compared with INA. However, these results are based solely on the block ordering assessment, and may not reflect other forms of learning which means it is difficult to assess the effect on learning in general. The results, however, indicate that the ability to learn an assignment involving perceptual organization and mental rotation, such as block ordering, was not immediately affected by moderate-intensity or coordinative activity. While there were no gains in performance across sessions for the picture completion assessment in general for the three groups, INA improved significantly from baseline to intervention. This could be the result of a negative effect from the intervention of MCA and LCA, which suggests that these groups are negatively affected by moderate-intensity and coordinative activity on visual search and logic. If this is the case, it might be a result of a non-optimal level of arousal from the intervention. INA performed significantly lower at retention compared to intervention, which makes it unlikely that, the improvements in performance between baseline and intervention was a result of permanent changes in performance. However, as the picture completion assignments are difficult to compare between sessions, it could be, that INA s performance is steady, while MCA and LCA is affected negatively in a picture completion assessment, which might actually be easier compared to the baseline and retention assessment. However, it could be suggested that some elements not controlled by the study-design, have affected the results of INA at intervention. Other studies have found improvements in longterm memory following physical activity, while others have found higher levels of BDNF which has been linked to learning in rats (Vaynman, Ying, and Gomez-Pinilla 2004). However, the results of the present study found no lasting effect of the training adaption period between physically active and inactive students. Cognitive performance Except for the students in INA being significantly better at picture completion, no significant differences were found as a result of the exercise interventions between MCA, LCA and INA. Possible explanations why the performance was unaffected by the activities at the intervention are proposed and include; short term memory, perceptual organization and visual logical search is not affected by moderate-intensity coordinative activity, the level of physical activity among students is already sufficient, the intensity of the physical activity were not sufficiently high and the novelty effect could have affected the arousal level. The results of this study could not show that short-term memory was affected by physical activity, which is consistent with Coles & Tomporowski (2008). However, the scope of the short-term memory test used in this study may not be adequate to assess relatively small effects of moderate-intensity coordinative activity on shortterm memory, which means that small effects cannot be ruled out. The same case can be argued for visual logical search of the picture completion test and the perceptual organization and mental rotation of the block ordering assignments. A large portion of the students (92%) were however physically active two hours prior to the intervention. As the duration of the effect of acute physical activity has not been studied thoroughly, it is unclear whether the students were already positively affected by physical activity. The intervention may therefore have been masked, and as a result no differences between the three groups would be apparent. In addition, 30 of the 49 students stated that they were physically active 7 9

14 hours or more during the week. This finding suggests that a large number of the students that participated in this study met the World Health Organizations recommendations on the amount of children s physical activity per week (WHO, 2012). Therefore, it is possible that the MCA, who in general already is very physically active, could not be affected positively by the intervention in respect of cognitive performance. If this is the case, the results of this study cannot assess the effect of a single bout of acute physical activity of an otherwise inactive group, which might be significant. However, the results suggest that 10 minutes of physical activity during the school day, is not necessary, if the students are physically active in general and during their recess. Hill et al. (2010) proposed that the reason why they did not find acute effects of physical activity in the first week of assessments was that the novelty effect of their test increased the arousal level of the students, thereby cancelling the effects of physical activity on arousal level. As the present study only had one intervention, this might also have affected the results of this cognitive performance test. Thus, the students of LCA and INA could have obtained an optimal arousal level as a result of the novelty effect. This could have been avoided by having a longer testing period, which slowly decreases the effect of novelty. Furthermore the intensity and the duration of the activities might have influenced the results as other studies have shown results at higher intensity and longer duration (see Hillman, 2011 for a review). The intensities of the physical activities on the intervention day may need to be higher or the duration of the activities longer in order to detect differences between the three groups cognitive performance and learning. The intensity for the students in MCA was bpm, whereas LCA and INA were to be considerably lower. The studies included in Hillman et al. 2011, which showed positive effects on cognitive abilities, had higher intensities or a longer duration than 10 minutes of physical activity. Two of the studies in the review were Schneider et al. (2009), in which the intensity was 165 bpm and a duration of 15 minutes, and Caterino and Polak (1999) who s heart rate was not measured, but consisted of aerobic walking, which is assumed to be similar to the intensity in the present study (137 bpm), and 15 minutes of duration. Both studies found a positive effect of the intervention. Therefore, a higher intensity or a longer duration than the present study s activities is perhaps needed to find an effect of physical activity on cognitive performance and learning, because the results of the present study indicates that a pulse rate of an average of 137 bpm during 10 minutes, is not sufficient. In addition it might be discussed whether the present study s use of coordinative activities had a greater acute effect on cognitive performance and learning, compared to alternative physical activities such as running. Budde et al. (2008) found a positive effect of physical coordinative activities on concentration and attention, compared to a normal sport lesson. The activities had a pulse rate of 120 bpm for 10 minutes. Thus, the findings suggest that coordinative activities were the reason for the significant differences and that several small coordinative activities implemented during the school day could lead to additional gains in cognitive performance. The results from this present study however, does not support the findings of Budde et al. (2008). In conclusion, the results of the present study does not support the hypothesis that acute bouts of physical coordinative activity effects cognitive performance and learning. Practical applications In this study no positive correlations between physical activity and cognitive performance and learning were found. However, in consideration that this study used a single intervention of 10 minutes of moderate intensity, it cannot be ruled 10

15 out that a higher intensity than 137 bpm or a longer duration than 10 minutes would have affected the cognitive assessment test. Future research could investigate which intensity and duration is needed to obtain a positive effect from physical activity on cognitive performance. Additionally, cognitive performance includes a vast range of abilities, of which the present study only investigated a minor segment. Other studies have investigated additional aspects of cognition, but further research is needed to attain a complete picture of the potential effects of acute physical activity and coordinative activity on cognition. Acknowledgements The authors are grateful to those who participated and gave their time and effort for this study. References Ahamed, Yasmin, Heather Macdonald, Katherine Reed, Patti-Jean Naylor, Teresa Liu-Ambrose, and Heather McKay School-based physical activity does not compromise children s academic performance. Medicine and science in sports and exercise 39 (2) (February): Audiffren, Michel Acute exercise and psychological functions: a cognitive-energetic approach. In Exercise and Cognitive Function, ed. Terry McMorris, Phillip D. Tomporowski, and Michel Audiffren, Hoboken, NJ , USA: John Wiley & Sons, Ltd. Budde, Henning, Claudia Voelcker-Rehage, Sascha Pietrabyk-Kendziorra, Pedro Ribeiro, and Günter Tidow Acute coordinative exercise improves attentional performance in adolescents. Neuroscience letters 441 (2) (August 22): Cahill, Larry, and Michael T Alkire Epinephrine enhancement of human memory consolidation: interaction with arousal at encoding. Neurobiology of learning and memory 79 (2) (March): Coles, Kathryn, and Philip D Tomporowski Effects of acute exercise on executive processing, short-term and long-term memory. Journal of sports sciences 26 (3) (February 1): Cooper, C. J Anatomical and physiological mechanisms of arousal with specific reference to the effects of exercise. Ergonomics 16 (5): Davey, C. P Physical exertion and mental performance. Ergonomics 16 (5): Donnelly, Joseph E, and Kate Lambourne Classroom-based physical activity, cognition, and academic achievement. Preventive medicine 52 (1) (June 1): S Etnier, Jennifer L, Priscilla M Nowell, Daniel M Landers, and Benjamin a Sibley A meta-regression to examine the relationship between aerobic fitness and cognitive performance. Brain research reviews 52 (1) (August 30): Fedewa, Alicia L, and Soyeon Ahn The Effects of Physical Activity and Physical Fitness on Children s Achievement and Cognitive Outcomes: A Meta- Analysis. Research Quarterly for Exercise and Sport 82 (3): Gabbard, Carl, and Joel Barton Effects of physical activity on mathematical computation among young children. Journal of Psychology 103: Hill, Liam, Justin H G Williams, Lorna Aucott, June Milne, Jenny Thomson, Jessie Greig, Val Munro, and Mark Mon-Williams Exercising attention within the classroom. Developmental medicine and child neurology 52 (10) (October): Hillman, C H, M B Pontifex, L B Raine, D M Castelli, E E Hall, and a F Kramer The effect of acute treadmill walking on cognitive control and academic achievement in preadolescent children. Neuroscience 159 (3) (March 31): doi: /j.neuroscience Hillman, Charles H, Kirk I Erickson, and Arthur F Kramer Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition. Nature Reviews Neuroscience 9: Hillman, Charles H, Keita Kamijo, and Mark Scudder A review of chronic and acute physical activity participation on neuroelectric measures of brain health and cognition during childhood. Preventive medicine 52 (1) (June 1): S21-8. doi: /j.ypmed Lambourne, Kate, and Phillip Tomporowski The effect of exercise-induced arousal on cognitive task performance: a meta-regression analysis. Brain research 1341 (June 23): Lojovich, Jeanne M The Relationship Between Aerobic Exercise and Cognition : Is Movement Medicinal? Health (San Francisco) 25 (3):

16 Mahar, Matthew T, Sheila K Murphy, David a Rowe, Jeannie Golden, a Tamlyn Shields, and Thomas D Raedeke Effects of a classroom-based program on physical activity and on-task behavior. Medicine and science in sports and exercise 38 (12) (December): McNaughten, Dennis, and Carl Gabbard Physical exertion and immediate mental performance of sixthgrade children. Perceptual and Motor Skills 77 (3f): Vaynman, Shoshanna, Zhe Ying, and Fernando Gomez- Pinilla Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition. The European journal of neuroscience 20 (10) (November): WHO - Physical activity and young people, World Health Organization, viewed 15. april 2012, ng_people/en/index.html Molteni, Raffaella, Zhe Ying, and Fernando Gomez-Pinilla Differential effects of acute and chronic exercise on plasticity-related genes in the rat hippocampus revealed by microarray. European Journal of Neuroscience 16 (6) (September): Pesce, Caterina, Claudia Crova, Lucio Cereatti, Rita Casella, and Mario Bellucci Physical activity and mental performance in preadolescents: Effects of acute exercise on free-recall memory. Mental Health and Physical Activity 2 (1) (June): Potter, Douglas, and Denis Keeling Effects of moderate exercise and circadian rhythms on human memory. Sleep Rochester 2 (1973): Purves, Dale, George J. Augustine, David Fitzpatrick, William C. Hall, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara, and S. Mark Williams Principles of cognitive neuroscience. 3. ed. Sinauer Associates, Inc. Schneider, Stefan, Tobias Vogt, Johanna Frysch, Petra Guardiera, and Heiko K Strüder School sport-- a neurophysiological approach. Neuroscience letters 467 (2) (December 25): Stroth, Sanna, Sabine Kubesch, Katrin Dieterle, Martin Ruchsow, Rüdiger Heim, and Markus Kiefer Physical fitness, but not acute exercise modulates event-related potential indices for executive control in healthy adolescents. Brain research 1269 (May 7): Sutoo, Den etsu, and Kayo Akiyama The Mechanism by Which Exercise Modifies Brain Function. Physiology and Behavior 60 (1): Themanson, J R, and C H Hillman Cardiorespiratory fitness and acute aerobic exercise effects on neuroelectric and behavioral measures of action monitoring. Neuroscience 141 (2) (August 25): Tomporowski, Phillip D Effects of acute bouts of exercise on cognition. Acta psychologica 112 (3) (March):

17

18

19 Forord Følgende bachelorprojekt er udarbejdet af projektgruppe 12gr637 i forbindelse med idrætsuddannelsens 6. semester på Aalborg Universitet. Semesteremnet for projektperioden, fra den til den , har været Videnskabelige metoder i idræt og projekttitlen på dette projekt er The acute effect of moderate-intensity coordinative activity on cognitive performance and learning. Projektgruppe 12gr637 vil benytte lejligheden til at takke lærerne og de elever der deltog i forsøget, for deres medvirken og samarbejdsvilje under interventionen og de dertilhørende aktiviteter og test. Endvidere skal der rettes en tak til Shellie Boudreau for vejledning til udarbejdelsen af forsøgsdesign, manuskript, og arbejdsblade.

20 Litteratur Diskussion Resultater Metode Baggrund Læsevejledning Følgende arbejdsblade er skrevet på dansk og indeholder en mere uddybende beskrivelse af teorien og metoderne beskrevet i manuskriptet. Ydermere indeholder de resultatbehandling og diskussion. Opbygningen af arbejdsbladene foregår gennem fem kapitler, se nedenstående efterfulgt af kildeliste og bilag. Kapitlerne vil være opdelt i afsnit med dertilhørende underafsnit. Kildehenvisninger er angivet efter Havard-metoden, hvor kilder angives ved forfatterens efternavn, efterfulgt af udgivelsesåret. Kildehenvisninger af internetadresser er angivet med forsidens internetadresse og derefter linkets overskrift. Der benyttes desuden fodnoter i arbejdsbladene til yderligere forklaringer af ord eller personer/kilder. Endvidere henvises der undervejs i metodeafsnittet til de projektets gennemførte kognitive test og foreviste slideshows, der kan findes på arbejdsbladenes vedlagte CD. Kapitel 1: Problemanalyse og hypoteser Problemanalyse og opstillede hypoteser. Kapitel 2: Teori Beskrivelse af teori Kapitel 3: Metode Beskrivelse af de anvendte metoder. Kapitel 4: Resultatbehandling Præsentation af resultaterne. Kapitel 5: Diskussion, metodekritik Diskussion og metodekritik af de anvendte metoder. Kapitel 6: Litteraturliste og appendiks Litteratur i alfabetisk rækkefølge og appendiks oversigt

21 Indholdsfortegnelse 1 Problemanalyse Børns fysiske aktivitetsniveau Fysisk aktivitet og kognition Hypoteser Teori Begrebsdefinition Fysisk aktivitet Sundhedsmæssig effekt af fysisk aktivitet Officielle anbefalinger til fysisk aktivitet for børn og unge Fysisk aktivitets effekt på hjernen Vaskulære ændringer Neuroplasticitet Neurotrofiner Neurotransmittere Arousal Hukommelse At teste børn Metode Forsøgspersoner Forsøget Miljø Randomisering Aktiviteter Måling af intensitet Testdagenes opbygning Møde med folkeskolen Pilotforsøg Præsentation Anvendte aktiviteter ved intervention Test af kognitiv præstation Testen og dens indhold... 19

22 3.3.2 De tre opgaver, deres instruktion, point og tidsfrist Testenes opbygning Præsentation og gennemførelse af test Resultatbehandling Statistik Resultater Korttidshukommelse Blokmønster Billedfuldendelse Samlet kognitiv præstation Gruppering af elever med lavt og højt præstationsniveau Elevernes fysiske aktivitet Diskussion Indlæringen ved de tre opgaver Resultatforskelle imellem de tre grupper Resultater for elever med lavt og højt præstationsniveau Ingen effekt af interventionen Intensitet og varighed på interventionsdagen Nyhedseffekt og arousal niveau Antallet af interventionsdage Koordinative aktiviteter Elevernes fysiske aktivitet forud for intervention Elevernes vanlige mængde fysiske aktivitet Metodekritik Begrænsning af elevernes fysiske aktivitet Testmiljøet Testene Udvikling imellem test Sværhedsgraden af opgaverne Litteraturliste Appendiksoversigt over CD... 42

23 1 Problemanalyse 1.1 Børns fysiske aktivitetsniveau Børns niveau af fysisk aktivitet har gennem de seneste år ændret sig i takt med samfundets udvikling, hvor en øget institutionalisering, ændrede legemønstre og transportformer har medført at kroppen generelt bruges mindre, hvilket har resulteret i et lavere niveau af fysisk aktivitet. Dette har blandt andet medført en negativ udvikling i børns BMI-tal og konditionsniveau. Konsekvenserne af denne negative udvikling er en dårligere sundhedstilstand, hvilket giver varsel om en fremtid med flere livsstilsrelaterede sygdomme (Sundhedsstyrelsen 2008). Tendensen til børns faldende niveau af fysisk aktivitet ses også i de danske folkeskoler, som ellers har muligheden for at påvirke børnene i en tidlig alder med mere fysisk aktivitet, og endda over en længerevarende periode. Fysisk aktivitet er dog ikke i tilstrækkelig grad en del af skoledagen for børnene (Sundhedsstyrelsen 2008), til trods for at flere studier har vist, at fysisk aktive børn ofte ender med også at være fysisk aktive som voksne (Fedewa & Ahn, 2011). Sådanne studier viser, at der bør gøres en ekstra indsats for at fremme fysisk aktivitet hos børn, og dermed vende den negative udvikling i sundhedstilstanden. Endvidere har flere studier vist, at fysisk aktivitet ikke blot forbedrer sundhedstilstanden og dermed mindsker risikoen for livsstilssygdomme, men at fysisk aktivitet også har betydning for børns kognitive evner og indlæringsmæssige udbytte i skolen. 1.2 Fysisk aktivitet og kognition Det er veldokumenteret at børn, der er fysisk aktive, klarer sig bedre i skolen end børn der ikke er fysisk aktive regelmæssigt. Inaktive og overvægtige børns kognitive evner og koncentrationsevne forringes af deres livsstil, hvilket taler for at igangsætte flere tiltag i forhold til børns fysiske aktivitet i og uden for skolen. (Fedewa & Ahn, 2011) Fedewa & Ahn, 2011 konkluderede i en meta-analyse af studier med fokus på den langsigtede effekt af fysisk aktivitet, at denne har en signifikant effekt på børns præstationer og kognitive evner, hvor aerob fysisk aktivitet havde den største indvirkning på kognitive evner sammenlignet med styrketræning. Den samme effekt er blevet påvist hos voksne forsøgspersoner (Coles & P. D. Tomporowski, 2008). Flere studier har i en længere periode implementeret fysisk aktivitet i korte perioder i løbet af skoledagen (Mahar et al., 2006; Hill et al., 2010; Donnelly & Lambourne, 2011), og vist, at det har en positiv effekt på en række kognitive funktioner. Ahamed et al., 2007 har desuden vist, at der ikke er nogen negativ effekt på præstationen i andre fag, selvom en del af tiden fra disse fag i stedet benyttes til idræt. Udover den langsigtede positive effekt af fysisk aktivitet, er det også påvist, at fysisk aktivitet har en akut effekt på kognitive evner; Lambourne & Tomporowski, 2010 fandt en akut positiv effekt af fysisk aktivitet på koncentrationen og langtidshukommelsen, og Hillman et al fandt at fysisk aktivitet har en akut og fordelagtig effekt på kognition. Hypotesen i studierne der har undersøgt fysisk aktivitets akutte effekt på kognitive evner er, at fysisk aktivitet har en akut effekt på hjernen umiddelbart efter endt fysisk aktivitet (Audiffren 1

24 2009). Til dette har Sibley & Etnier 2003 overordnet identificeret to brede hovedkategorier; fysiologiske og læringsudviklingsmæssige ændringer, som årsag til en bedre hjernefunktion og den deraf følgende bedre kognitive præstation efter fysisk aktivitet. De fysiologiske ændringer er eksempelvis en øget blodgennemstrømning i hjernen, strukturelle ændringer i hjernen, ændringer i neurotransmittere (Lojovich 2010) og optimalt arousalniveau (Lambourne and Tomporowski 2010). De læringsudviklingsmæssige ændringer er baseret på Piagets teorier, der kobler bevægelse og kognitiv udvikling sammen, med fokus på at mennesket, og især børn, som aktivt skabende er agerende i udvikling af egne erfaringer (Sibley and Etnier 2003). Det er således gennem ovenstående studier allerede påvist, at fysisk aktivitet kan have en længerevirkende, og akut, positiv effekt på flere kognitive evner. I tillæg til dette viste Budde et al. 2008, at fysisk aktivitet der udfordrer koordinationen havde en større akut positiv effekt, sammenlignet med fysisk aktivitet ikke indeholdende koordination. Koordinative aktiviteter kan dermed have en akut positiv effekt på flere kognitive evner, der er essentielle for at få et indlæringsmæssigt udbytte af undervisningen i folkeskolen. Således kan dette bruges som et argument for ikke blot at udvide den obligatoriske idræt i folkeskolen, men også at overveje, hvordan fysisk aktivitet kan struktureres i løbet af skoledagen, for at udnytte den mulige positive effekt af akut fysisk aktivitet. 1.3 Hypoteser Med udgangspunkt i ovenstående problemanalyse, vil dette projekt undersøge, om der er forskel i specifikke aspekter af kognitiv præstation (korttidshukommelse, perceptuel organisering og visuel og logisk organisering) og udbyttet af et indlæringsforløb hos elever, der enten har gennemført 10 minutters koordinativ aktivitet af moderat intensitet, 10 minutters koordinativ aktivitet af lav intensitet eller 10 minutters kortspil(kontrol gruppe). Dette giver følgende hypoteser: Elever der gennemfører koordinativ aktivitet af moderat intensitet forud for en kognitiv test, vil præstere bedre i denne, sammenlignet med elever der har gennemført koordinativ aktivitet af lav intensitet eller aktiviteten kortspil. Elever der gennemfører koordinativ aktivitet af moderat intensitet vil forbedre deres kognitive præstation, fra intervention- til retentionstest som følge af et indlæringsforløb, mere, end elever der har gennemført koordinativ aktivitet af lav intensitet eller aktiviteten kortspil. Det ønskes endvidere undersøgt om koordinativ aktivitet af lav intensitet resulterer i bedre kognitiv præstation end aktiviteten kortspil. 2

25 2 Teori Følgende kapitel beskriver den anvendte teori, der er benyttet som baggrundsviden for projektet. Kapitlet består af følgende afsnit: Begrebsdefinition, Fysisk aktivitet, Fysisk aktivitets effekt på hjernen, Vaskulære ændringer, Neuroplasticitet, Neurotrofiner, Neurotransmittere, Arousal, Hukommelse og At teste børn. 2.1 Begrebsdefinition Før disse teoriafsnit påbegyndes, gives der nedenstående definitioner på begreberne kognition, læring og retention, da disse begreber er anvendt i projektets hypoteser. Hermed kan definitionerne på disse begreber være med til at give en bedre forståelse for projektets opstillede hypoteser, samt for teori-, metode-, resultatbehandlings- og diskussionsafsnittene. Kognition er overordnet defineret som de muligheder et individ har for at opnå og bevare kundskab, for at oprette sanseindtryk, huske, fantasere, vurdere og resonere. Kognition hænger tæt sammen med læring, da begge begreber bygger på en nødvendighed til at tilegne sig viden og lægge en strategi, der tillader individet at udvide sin nuværende kapacitet, for at kunne løse et problem. Hvert individ har et stort antal forskellige kognitive strukturer at trække på i en bestemt situation. Resultatet af dette er en variation i de udvalgte kognitive strategier, det enkelte individ benytter sig af i en given situation. (Hilling 2003) Læring er modtagelsen af ny information, hvorved at lære er at udvikle kompetencer, der gør en i stand til at løse eller udføre bestemte opgaver på en ny måde eller til at løse nye opgaver (Center for organisatorisk Læring 2001). Retention er evnen til at huske eller genkalde hvad der er blevet lært eller oplevet, dvs. hukommelsen af læring. Retention afhænger derfor af tidligere modtaget information eller oplevelser, samt konteksten og den opfattede betydning af disse informationer og oplevelser. (Purves et al. 2008) 3

26 2.2 Fysisk aktivitet World Health Organization (WHO) definerer betegnelsen fysisk aktivitet som: Any bodily movement produced by skeletal muscles that requires energy expenditure (WHO 2012). Benyttes denne definition, dækker fysisk aktivitet over både bevidst, målrettet, regelmæssig og ustruktureret aktivitet. Fysisk aktivitet kan opdeles i tre grundelementer, der beskriver formen af den fysisk aktivitet som bliver udført; intensitet, varighed og hyppighed. (Pedersen and Andersen 2011) Sundhedsmæssig effekt af fysisk aktivitet Fysisk aktivitet har en positiv effekt på fysisk og psykisk sundhed, for begge køn, uanset alder, herunder en reduceret risiko for flere kroniske sygdomme. Disse virkninger er ikke begrænset til forebyggelse eller hindring af sygdomme, men styrker også hjerte og kredsløb, forøger eller vedligeholder knoglernes styrke samt forbedrer den fysiske kondition, muskelstyrke og livskvalitet. Helbredsvirkningerne ved at være fysisk aktiv er vist ved risikonedsættelse af følgende: hjertekarsygdomme, slagtilfælde, type 2-diabetes, knogleskørhed, overvægt, forhøjet blodtryk og forhøjet kolesteroltal, samt forebyggelse af kræftformerne i tyktarm og bryst. Fysisk aktivitet har derudover en effekt på psykiske elementer i form af livsglæde, overskud, social trivsel, selvtillid og handlekompetencer. Endvidere fremmer fysisk aktivitet glæde og forebygger stress og depression. (Pedersen and Andersen 2011) Officielle anbefalinger til fysisk aktivitet for børn og unge Der bliver løbende udformet anbefalinger om fysisk aktivitet for børn og unge (5-17 år), baseret på den seneste tilgængelige viden om helbredseffekten af en fysisk aktiv livsstil. De nuværende anbefalinger fra Sundhedsstyrelsen er, at alle børn og unge bør være fysisk aktive mindst 60 minutter af moderat intensitet, helst alle ugens dage. De 60 minutter kan opdeles i mindre perioder i løbet af dagen, dog skal den fysiske aktivitet have en varighed på minimum 10 minutter, før den kan tælle med i en optælling af antal minutters fysisk aktivitet på en dag. Det anbefales ydermere, at alle børn mindst tre gange om ugen er fysisk aktive ved høj intensitet af 20 til 30 minutters varighed, for at opnå de positive effekter af fysisk aktivitet på kroppen (Pedersen and Andersen 2011) 4

27 2.3 Fysisk aktivitets effekt på hjernen Overordnet viser litteraturen, at fysisk aktivitet er fordelagtigt for hjernens funktion igennem hele livet. Hillman et al konkluderede i et review, at en kortvarig mængde af fysisk aktivitet har en indflydelse på den kognitive præstation. I reviewet er der inkluderet studier, der har benyttet fysisk aktivitet af minutters varighed med intensiteter mellem 120 og 165 beats per minut (bpm), samt forskellige former for fysisk aktivitet, bl.a. ergometercykling, løb, studs med bolde, gang, aerobt arbejde og holdspil. Derudover konkluderer Tomporowski, 2003, at fysisk aktivitet har indflydelse på børns koncentration, hukommelse og indlæring. Sammenhængen mellem fysisk aktivitet og kognitiv præstation undersøges fortsat, men der er imidlertid allerede nu underbyggede teorier der søger at beskrive sammenhængen. Lojovich, 2010 peger på tre overordnede hypoteser som de fysiologiske årsager til positiv kognitiv præstation efter fysisk aktivitet: vaskulære ændringer, ændring af neurotransmitterne og et ændret niveau af neurotrofiner, der er relateret til neuroplasticitet. Lambourne & P. Tomporowski, 2010 fremsætter desuden hypotesen at fysisk aktivitet har en positiv effekt på arousalniveau. Disse hypoteser vil blive beskrevet i de følgende afsnit Vaskulære ændringer Blodtilførslen til hjernen er afgørende for at denne kan fungere optimalt og målet med cerebralcirkulationen er overordnet at imødekomme hjernens metaboliske behov og opretholde homøostase. (Purves et al. 2008) Under fysisk aktivitet opretholdes den samlede blodtilførsel til hjernen (cerebral blood flow). Imidlertid sker der væsentlige ændringer i, hvortil blodet i hjernen strømmer hen. Den lokale mængde af blod kan øges med 30 % lokalt under fysisk aktivitet, og øges særligt i regionerne prefrontal og frontal lobe, og dele af parietal lobes. Denne effekt er dog midlertidig og er kun blevet målt under den fysiske aktivitet. (Lojovich 2010) Det er derfor uklart om det skulle have nogen effekt umiddelbart efter den fysiske aktivitet, men der findes dog studier der har vist en vedvarende effekt på cerebralcirkulationen som følge af fysisk aktivitet. En gruppe ældre voksne deltog i et træningsprogram bestående af gang i en periode på 6 måneder, og efterfølgende var det muligt at påvise en øget blodtilførsel til frontal gyrus og superior parietal cortex og en formindsket blodtilførsel til anterior cingulate cortex. I forbindelse med denne ændring, var det muligt at påvise signifikante forbedringer i deltagernes præstation i en opmærksomhedsopgave. (Hillman, Erickson, and Kramer 2008) Angiogenesis Angiogenesis er dannelsen af nye blodkar dannet ud fra allerede eksisterende blodkar. Angiogenesis foregår mestendels under hjernens udvikling, men flere studier har påvist en øget koncentration af blodkar i primary motor cortex og hippocampus som følge af fysisk aktivitet. Da hippocampus spiller en afgørende rolle i forbindelse med konsolidering af sanseinformation fra korttidshukommelse til langtidshukommelse, kan den øgede densitet af blodkar i hippocampus, som følge af fysisk aktivitet, være en af årsagerne til at fysisk aktivitet i flere studier har vist sig at have en positiv effekt på indlæringen og langtidshukommelsen. (Lojovich 2010) 5

28 Fysisk aktivitet kan øge mængden af vaskulær endothelial growth factor(vegf) og insulin-like growth factor (IGF1), hvilke begge er med til at stimulere angiogenesis. Forsøg med unge rotter har vist at forøgelsen af disse stoffer efter fysisk aktivitet, fører til dannelsen af nye blodceller. (Hillman, Erickson, and Kramer 2008) Effekten af angiogenesis og ændringerne i cerebralcirkulationen er muligvis en del af forklaringen på effekten af fysisk aktivitet. Dog mangler effekten at blive undersøgt gennemgående, for bedre at kunne vurdere hvor meget angiogenesis betyder. Men det er en mulighed at angiogenesis, en langsigtet forøgelse af cerebralcirkulation og en bedre iltudnytning tilsammen kan have en indvirkning på hjernefunktionen. (Lojovich 2010) Neuroplasticitet Neuroplasticitet dækker over hjernens evne til at gennemgå fysiologiske ændringer, som følge af ændringer i adfærd, miljø eller neurale processer. Disse ændringer kan ske på flere niveauer, lige fra små cellulære ændringer som følge af læring, til store ændringer, der er involveret i kortikale ændringer som følge af skader. (Pascual-Leone et al. 2011) Neuroplasticitets rolle er i dag anerkendt som essentiel for en sund udvikling, indlæring, hukommelse og genoptræning efter hjerneskade. Der er fundet bevis for at mange aspekter af hjernen forbliver foranderlige hele livet, selv ind i voksenalderen. Neurovidenskabelig forskning viser, at erfaring kan ændre både hjernens fysiske struktur (anatomi) og funktionelle organisation (fysiologi). (Pascual-Leone et al. 2011) Det er blevet fremsat at de gavnlige aspekter af fysisk aktivitet har en direkte positiv effekt på selve hjernens struktur, hvorimod effekten tidligere mentes at være på hjernens generelle sundhed. For at undersøge denne hypotese, igangsatte Cotman & Berchtold, 2002 et dyreforsøg, hvor den fysiske aktivitet blev isoleret som den uafhængige variabel. I forsøget blev der fokuseret på hjerneafledt neurotrofine faktorer (brain derived neurotrophic factor - BDNF). Resultaterne var overraskende: forhøjet niveau af BDNF mrna i hippocampus, en stærkt plastisk struktur, som normalt er forbundet med højere kognitiv funktion. Ændringer i mrna-niveauet blev fundet i neuroner, især i den tandede gyrus (DG), hilus og CA3-regionen. De viste sig inden for få dage i både han og hun rotterne, og blev opretholdt efter flere ugers træning. (Cotman & Berchtold, 2002) Disse fund vil blive beskrevet yderligere i afsnit Forsøg med mennesker har ligeledes vist at fysisk aktivitet og adfærdsmæssig stimulation kan opretholde eller forbedre hjernens plasticitet. (Cotman & Berchtold, 2002) Neurotrofiner Neuroners overlevelse har vist sig i høj grad at afhænge af den celle de sender signal til (målcellen). Neuroner er fra deres fødsel programmeret til at dø, hvilket kaldes apoptosis, men denne proces kan stoppes såfremt neuronerne opnår synapse-kontakt med et tilstrækkeligt antal målceller. For at stoppe apoptosen vil målcellen sende proteiner af familien neurotrofiner til neuronen. Der findes flere forskellige typer af neurotrofiner, heriblandt BDNF og nerve-growth factor der har vist sig at blive fremkaldt i hippocampus under fysisk aktivitet. Fælles for dem alle er, at de har til formål at sikre overlevelse, differentiering og vækst for de neuroner, der har en funktion i forhold til at sende signal til målceller. Derfor er deres funktion afgørende for opbygningen af et funktionsdygtigt nervesystem, som er tilpasset optimalt til de funktioner kroppen og hjernen skal være i stand til at 6

29 udføre. Dog har forøgelsen af nerve-growth factor vist sig at være kortvarig og mindre robust end BDNF ændringen, hvormed det tyder på at BDNF er bedre til at fremkalde de langsigtede fordele ved fysisk aktivitet på hjernen (Cotman and Berchtold 2002). BDNF har betydning for neuroner i hippocampus, cortex, striatum og cerebellum, både under udviklingen af nervesystemet og i forbindelse med ældning, hvor neuronerne skal modstå skader og degenerering.(purves et al. 2008; Cotman and Berchtold 2002) Hippocampus er et område i tindinge-lappen der har stor betydning for dannelsen af langtidshukommelsen og læring, og derfor formodes det at de positive effekter, der er set på langtidshukommelsen i forbindelse med fysisk aktivitet, til dels kan skyldes en øget koncentration af BDNF. Dette bakkes op af studier der viser, at der er en sammenhæng mellem niveauet af BDNF i hippocampus og hukommelsen og indlæringen hos rotter (Hillman, Erickson, and Kramer 2008). Vaynman et al har påvist at den øgede koncentration af BDNF er afgørende for at der ses en forbedret indlæring hos rotter efter fysisk aktivitet. Ved at benytte en Morris water maze(morris vandlabyrint) til at teste dyrenes evne til at lære og genkalde placeringen af en platform, fandt man at en kort mængde fysisk aktivitet forud for øvelsen, forbedrede dyrenes præstation signifikant, sammenlignet med en inaktiv kontrolgruppe. Samtidig blev der observeret et øget niveau af BDNF, der ledte forskerne til den hypotese at netop BDNF-niveauet er en afgørende faktor i forbindelse med indlæringen. Dette blev påvist ved at blokere BDNF med en immunoadhesin chimera 1 (TrkB- IgG) hos den aktive gruppe, hvilket udlignede forskellene mellem den aktive og den inaktive gruppe. Under fysisk aktivitet opstår der en øget koncentration af BDNF, og derfor kan dette være en medvirkende faktor til en langsigtet positiv effekt på hjernens sundhed og derved på en persons kognitive evner. Studier har påvist, at der er en øget koncentration af BDNF, efter akut fysisk aktivitet, i mennesker, mens andre studier har påvist øgede niveauer af BDNF hos dyr. (Gold et al. 2003) Knaepen et al viste i et review, der har undersøgt sammenhængen mellem fysisk aktivitet og BDNF, at 69 % af de forsøg der var foretaget med raske forsøgspersoner viste et øget niveau af BDNF. Det blev endvidere konkluderet at denne effekt var forbigående og derved kun til stede umiddelbart efter fysisk aktivitet. To af de inkluderede studier havde undersøgt effekten af styrketræning på BDNF, men havde ikke kunnet påvise en effekt. Dette indikerer at den fysiske aktivitet skal være af aerob karakter, for at der opnås en effekt på niveauet af BDNF. (Knaepen et al. 2010) Yderligere har Ferris et al undersøgt sammenhængen mellem intensiteten af den fysiske aktivitet og effekten på BDNF. Forsøgspersonerne lå enten på en intensitet svarende til 20 % under eller 10 % over den ventilatoriske grænseværdi. I undersøgelsen kunne der kun påvises et ændret BDNF niveau ved en intensitet på 10 % over den ventilatoriske tærskelværdi, hvilket viser at det er afgørende at den fysiske aktivitet har et vist niveau af intensitet, for at have en effekt på niveauet af BDNF. (Ferris, Williams, and Shen 2007) Neurotransmittere Neurotransmittere er et biokemisk signalmolekyle, der findes i de synaptiske vesikler, der er membranbundne organeller. Neurotransmittere udskilles fra den presynaptiske membran til den 1 Efterligner BDNF-receptoren, TrkB-IgG, således BDNF molekylerne bindes selektivt. 7

30 postsynaptiske membran. Dette sker ved at et aktionspotentiale når den presynaptiske terminal hvor neurotransmitterne bliver indkapslet i synaptiske vesikler. Disse transmittere frigives til den synaptiske kløft mellem den pre- og postsynaptiske membran. Transmitterne bindes derefter i den postsynaptiske membran til en gruppe af proteiner der kaldes transmitter receptorer og signalet sendes videre. (Purves et al. 2008) Sutoo & Akiyama, 1996 har undersøgt sammenhængen mellem fysisk aktivitet og niveauet af neurotransmittere. Dette blev belyst igennem et forsøg hvor mus løb med en hastighed på 20 meter per minut i mellem 15 og 120 minutter, og fandt at kalciumniveauet steg med 7-18 % og dopaminniveauet med 31 % for de aktive mus, sammenlignet med stillesiddende kontrolindivider. Da kalcium er med til at regulere catecholamin syntesen, betød den øgede koncentration af kalcium at niveauet af dopamin og noradrenalin også steg (Sutoo and Akiyama 1996). Disse neurotransmittere har vist at have en signifikant betydning for kognitiv præstation. (Lojovich 2010) Dopamin kan findes i flere hjerneregioner, men er særligt koncentreret i corpus striatum, der har stor betydning for koordinationen af bevægelser. Det formodes desuden at dopamin spiller en rolle for motivation og belønning. Noradrenalin påvirker forhjernen og er derigennem med til at regulere søvn, vågenhed og opmærksomhed. (Purves et al. 2008) Derved kan denne neurotransmitter forbindes med arousal teorien. Det er imidlertid ikke udelukkende koncentrationen af neurotransmittere, der ændres ved fysisk aktivitet. Der vil også opstå en ændring af neurotransmitternes receptorer og transportører. Molteni et al fandt at mus efter 3 og 7 dages fysisk aktivitet havde et forøget niveau af NR-2A, en NMDA receptor i hippocampus. Mængden af EAAC1, der er en glutamanergic transporter der fjerner ekstracellulær glutamate fra synapsen, var ligeledes øget efter 3 dage. Disse ændringer er blevet observeret, men det er endnu uklart, hvilken effekt ændringerne i receptorer og transportører har. Det formodes dog at spille en rolle i forbindelse med neurobeskyttelse før skade eller sygdom.(molteni, Ying, and Gomez-Pinilla 2002) Arousal Arousalniveauet er et udtryk for, hvor opmærksom og vågen et individ er, og er derfor et element der kan påvirke et individs præstation i en kognitiv test. Yerkes & Dodson 1908 har observeret, at der en omvendt U-formet sammenhæng mellem arousalniveau og præstation (Se ). Derved skal forstås, at der eksisterer et optimalt arousalniveau for ethvert individs præstation, og at et individ der er over eller under dette optimale arousalniveau ikke vil præstere optimalt. (Audiffren 2009) 8

31 Figur 1: Illustrerer den omvendte U-formede sammenhæng mellem arousalniveau og præstation. (Weinberg and Gould 2011) En ændring af kroppens arousalniveau forekommer, når en stimulus, som f.eks. fysisk aktivitet, frembringer en målbar, fysiologisk eller adfærdsmæssig ændring. Arousalniveauet kan ændres, når et individ oplever en stimulus, der er overraskende, kompleks eller hidtil ukendt. Dette sker, fordi der afsættes ledige ressourcer til en given opgave, når der forekommer en stimulus. Denne ændring er ofte forbundet med øget aktivitet i den retikulære formationsdel af hjernen, hvilket beskæftiger sig med flere kropsfunktioner, blandt andet opmærksomhed og bevidsthed. Til en hvilken som helst ændring i arousalniveauet, kan der dog afsættes for få eller for mange ledige energiske ressourcer til en given opgave, hvilket bruges som en af forklaringerne bag den suboptimale præstation ved for højt eller lavt arousalniveau. (Audiffren 2009) Regulering af en persons arousalniveau kan blandt andet ske igennem fysisk aktivitet, hvortil Lambourne & Tomporowski 2010 beskriver at fysisk aktivitet, udført af forsøgspersoner før eller under en given opgave, kan have en positiv effekt på forsøgspersonernes mulighed for at opnå optimalt arousalniveau til den givne opgave. Det blev påvist at det øgede arousalniveau, der fulgte den fysiske aktivitet, havde en positiv indvirkning på en række kognitive parametre, heriblandt hukommelse og genkaldelse(lambourne and Tomporowski 2010). Studier der har forsket i forholdet mellem fysisk aktivitet og kognition har bl.a. benyttet teorier om arousal, som forklaring. Fælles for disse teorier, er antagelse om at kognitiv præstation er afhængig af fordelingen af hjernens energiske ressourcer til at imødekomme en given opgaves krav, og at disse ressourcer kan påvirkes af fysisk aktivitet. Mens arousal har været centrum for en række studier, men de anvendte metoder til at manipulere deltagernes arousal har ikke været ensartet. Derved kræver emnet yderligere undersøgelse, før fysisk aktivitets effekt på arousal kan fastlægges klart. (Lambourne and Tomporowski 2010) Hukommelse Hukommelse kan defineres som hjernens evne til at lagre den information, der er indhentet via sanseorganerne. Hukommelsen kan ikke siges at være lokaliseret et bestemt sted i hjernen. I stedet er lagringen af information i hukommelsen en proces der foregår i et større netværk over hele hjernen. (Sand et al. 2008) Hukommelsen kan opdeles i korttidshukommelsen, der lagrer information i en afgrænset periode, og langtidshukommelsen der kan lagre information igennem et helt liv. (Sand et al. 2008) Korttidshukommelse Korttidshukommelsen er kendetegnet ved at lagre information i perioder på få sekunder (Sand et al. 2008). Korttidshukommelsen har en begrænset kapacitet, hvilket George A. Miller var blandt de 9

32 første til at undersøge. George A. Miller konstaterede i sin tid, at det magiske tal i forhold til korttidshukommelsen er 7, hvilket vil sige at korttidshukommelsen, for den gennemsnitlige person, er i stand til at lagre 7±2 elementer af information. Senere undersøgelser har dog vist at dette gennemsnit kan være lavere. (Purves et al. 2008) Der er en vis usikkerhed omkring hvilke konkrete processer, der lagrer korttidshukommelsen i hjernen. En hypotese er at informationen lagres ved udtømning af transmittere. Når neuronerne er aktive vil deres lager af neurotransmittere udtømmes, hvilket kortvarigt giver et spor efter aktivteten. Dette spor vil dog hurtigt forsvinde som en konsekvens af at neurotransmittere igen bliver optaget. (Purves et al. 2008) Enkelte studier har tidligere konkluderet, at korttidshukommelsen ikke er forbedret umiddelbart efter fysisk aktivitet hos voksne (Coles and Tomporowski 2008) Langtidshukommelse Langtidshukommelsen er defineret ved at være langvarig og have en stor, næsten ubegrænset, kapacitet. Langtidshukommelse er den information, hjernen har lagret der er dage eller år gamle. (Bear, Connors, and Paradiso 2006) Der arbejdes med to modeller for hvordan information lagres i langtidshukommelsen, og det er sandsynligt at begge disse modeller har deres gyldighed. Modellerne kan ses illustreret i.figur 2. Figur 2: Illustrerer to modeller af hvordan information lagres i korttidshukommelse. Af Figur 2 øverst kan det ses at noget information, i første omgang lagres i korttidshukommelsen, men gennem konsolidering, eksempelvis bevidst gentagelse af informationen, kan blive lagret i langtidshukommelsen. Figur 2 nederst viser, at det er muligt at informationen med det samme bliver lagret i langtidshukommelsen, men dette er der imidlertid fortsat uklarhed omkring. (Bear, Connors, and Paradiso 2006) Overordnet skelnes der mellem to typer af langtidshukommelse; deklarativ og non-deklarativ hukommelse. Den deklarative hukommelse er den del af hukommelsen der lagrer fakta, der kan forstås som den viden vi bevidst kan genkalde. Et eksempel kunne være Danmarks hovedstad. Nondeklarativ hukommelse lagrer derimod information der ikke umiddelbart kan genkaldes bevidst og dækker over procedural hukommelse, herunder bevægelse, vaner og adfærd. Generelt vil non- 10

33 deklarativ hukommelse være sværere at indarbejde, men til gengæld glemmes informationen ikke så nemt, som det er tilfældet med deklarativ hukommelse. (Bear, Connors, and Paradiso 2006) Langtidshukommelsen er modsat korttidshukommelsen, afhængig af produktionen af nye proteiner, hvilken foregår i cellekroppen (Purves et al. 2008). Derudover er BDNF, som er beskrevet nærmere i afsnit 2.3.3, vigtig i forhold til at fastholde information i langtidshukommelsen. Fysisk aktivitet har vist sig at have en positiv indvirkning på visse aspekter af langtidshukommelsen. Flere studier har således vist, at der en forbedret langtidshukommelse efter en forsinkelse, hvis indlæringen sker umiddelbart efter fysisk aktivitet (Coles & Tomporowski, 2008;Cahill & Alkire, 2003; Potter & Keeling, 2005) Søvns effekt på langtidshukommelse Selvom der findes en opdeling af langtidshukommelse i deklarativ og non-deklarativ hukommelse, vil de fleste test af kognitiv præstation stille krav til begge typer af hukommelse. Begge typer af langtidshukommelse vil være afhængig af den efterfølgende nats søvn, efter for eksempel en test, da det har vist sig at søvn har stor betydning i forbindelse med konsolideringen af ny viden. Det har i særdeleshed vist sig at søvn har betydning for forstærkelsen af indlæringen, mens stabiliseringen af hukommelsen i højere grad foregår i de vågne stadier. (Purves et al. 2008) Deklarativ hukommelse har vist sig at være særligt afhængig af REM (rapid eye movement) søvn, mens non-deklarativ hukommelse i højere grad er afhængig af NREM (non rapid eye movement søvn), nærmere bestemt slow-wave sleep. (Born, Rasch, and Gais 2006) 11

34 2.4 At teste børn Testning af børn er en samarbejdssituation mellem børn og en testleder, hvor begge parter må være indforståede med at der skal samarbejdes i en afgrænset tidsperiode, og at testlederen fremlægger materiale som børnene skal gennemføre. At måle en given egenskab kræver en struktureret metode, som er en standardiseret situation til gennemførelse af systematiske observationer med på forhånd givne kriterier for, hvordan de kan beskrives og hvad der skal måles. Hvis det drejer sig om en psykometrisk test, pointsættes testsvarene og sammenfattes ved hjælp af en numerisk skala, således børnenes samlede point (score) kan sammenlignes med en statisk norm eller med et veldefineret funktionsniveau. Fordelen ved en struktureret metode (en test) er at den giver børnene et konkret materiale at arbejde og udtrykke sig med. Testen bør ikke tage udgangspunkt i materiale, der på forhånd er kendt for børnene, som for eksempel fag fra skolen, men derimod testmateriale, som er nyt for dem. Dette er værdifuldt af flere grunde; For det første er det for børnene et nyt og uprøvet materiale, hvilket betyder at børnene har sammenlignelige forudsætninger når de bliver sat overfor materialet. På denne måde har niveauet af tidligere undervisning i materialet og forudindtaget holdning til materialet ingen indflydelse på børnenes præstation. (Smedler and Tideman 2011) Kontakten til børnene Der er en række elementer, som det er nødvendigt at oplyse børnene om. Dette kan være at børnene i den kommende tid, gennem testforløbet, skal være i et bestemt lokale og beskæftige sig med en bestemt opgave (selve testen) et vist stykke tid. Endvidere er det vigtigt, at forklare børnene på et tidligt stadie og så enkelt som muligt, hvordan testene skal løses. Hele forklaringen bør tilpasses børnenes alder og modenhedsniveau. Hvis børnene udtrykker interesse og/eller undren til testningen, bør der gives mere præciserende forklaringer af testen. Der behøves som regel ingen dybdegående forklaring af formålet med testen, og det er en god ide at undgå lange udlægninger og unødigt fagsprog. (Smedler and Tideman 2011) To hovedtyper af test Til testning af børn kan der vælges test, som kommer fra to hovedgrupper: De der skal måle maksimal præstation og de der skal måle typisk adfærd. Testene for maksimal præstation indbefatter intelligens-, viden- og færdighedstest, som alle har til formål at bestemme hvad et individ kan gøre bedst. Fælles for alle test af maksimal præstation er at de består af opgaver, der skal løses så korrekt og/eller hurtigt som muligt. Test af maksimal præstation er konstrueret for at give et bredt, alment billede af børnenes færdigheder og indeholder derfor opgaver af varierende slags. (Smedler and Tideman 2011) 12

35 3 Metode Dette randomiserede kontrollerede forsøg undersøgte den akutte effekt af 10 minutters koordinativ aktivitet af moderat intensitet på kognitiv præstation og indlæring hos 66 skoleelever i alderen år. Igennem forløbet blev elevernes kognitive præstation testet over tre separate dage; en baseline-, en interventions- og en retentionstest. Eleverne blev opdelt i tre grupper, i form af deres klasser, og gennemgik på interventionsdagen tre forskellige aktiviteter i 10 minutter; moderatintensitet koordinativ aktivitet (Moderate-intensity coordinative activity, MCA) lav-intensitet koordinativ aktivitet (low-intensity coordinative activity, LCA) og en inaktiv aktivitet (inactive, INA). Forud for baseline- og retentionstesten, foretog alle tre grupper den samme aktivitet bestående af kortspillet fisk i 10 minutter, hvor de forud for interventionstesten foretog deres specifikke aktiviteter i 10 minutter. På alle tre testdage blev den kognitive præstationstest foretaget umiddelbart efter aktiviteten. Nedenstående figur illustrerer det overordnede forsøgsforløb: Figur 3: Illustrerer det overordnede forsøgsforløb. 3.1 Forsøgspersoner Forsøgspersonerne i dette projekt bestod af 66 elever på år, fordelt med 22 elever i tre forskellige 4. klasser, fra en dansk folkeskole. 17 elever var fraværende til en eller flere test, og derved gennemførte 49 elever hele forsøgsforløbet (se Tabel 1). Elevernes forældre gav samtykke til at disse havde lov til at deltage (Se Forældresamtykke på Appendiks CD). 13

36 Gruppe Alder Forsøgsperson er Drenge Piger MCA 11,0±0, LCA 11,1±0, INA 11,0±0, I alt 11,1±0, Tabel 1: Indeholder detaljer omkring grupperne. Kun de elever der gennemførte hele forsøgsforløbet, er inkluderet i denne tabel. Alder er udtrykt med ± standardafvigelsen. 3.2 Forsøget Forsøget har været kontrolleret, da hele forløbet var ens for de tre grupper på nær dagen for interventionen, hvor de tre grupper udførte tre forskellige aktiviteter. Dag 1 (baseline) havde de tre grupper en aktivitet på 10 minutter klokken bestående af kortspillet fisk, efterfulgt af en test (Se afsnit 3.3). Dag 8 (intervention) havde eleverne en aktivitet på 10 minutter klokken bestående af de specifikke aktiviteter tildelt hver gruppe (Se afsnit 3.2.9), efterfulgt af en udvidet test, der adskilte sig fra baseline- og retentionstesten ved at inkludere et indlæringsforløb (Se afsnit 3.3.3). Dag 10 (retention) havde alle grupperne en aktivitet på 10 minutter klokken bestående af kortspillet fisk, efterfulgt af en test. Dermed er alle testdage opbygget på samme måde, med 10 minutters aktivitet og herefter en kognitiv test (Se afsnit 3.3) Miljø Alle forhold i forsøgsforløbet og elevernes miljøændringer har været ens for de tre grupper. Til baseline- og retentionstesten udførtes kortspillet fisk indenfor, hvilket betød, at de tre grupper befandt sig inde i deres klasselokale. Til interventionstesten blev det vurderet, at MCA s aktiviteter ikke kunne udføres inde i klasseværelset, grundet pladsmangel, og blev derfor afholdt ude i skolegården. Derfor blev de resterende to gruppers aktiviteter også afholdt ude i skolegården, for på denne måde at skabe ens miljøændringer for alle tre grupper Randomisering Randomiseringen blev vurderet til at kunne ske klassevis, da skolen ikke har randomiseret eleverne efter køn, alder eller evner, og derved formodes at elevernes kognitive niveau at være ens imellem klasserne. Endvidere sikrer denne form for klassevis-randomisering at eleverne befinder sig i det sociale miljø, de er vant til. Et nyt socialt miljø kunne have haft indflydelse på aktiviteterne samt resultaterne i de efterfølgende test. Randomiseringen af de tre klasser til de tre aktiviteter foregik vha. et randomiseringsprogram (The Hat). 14

37 3.2.3 Aktiviteter Som ovenstående forsøgsoversigt beskriver, anvendtes der i dette forsøg aktiviteter af 10 minutter indeholdende forskellige aktiviteter (kortspil på baseline- og retentionsdagen og de specifikke aktiviteter tildelt hver gruppe på interventionsdagen). Aktiviteterne blev placeret i slutningen af 4. klassernes 3. time (Se 4. klassernes skoleskema på Appendiks CD). Aktivitetens længde på 10 minutter skyldtes, at der indenfor denne korte tidsperiode nemt kunne indføres forskellige former for fysisk aktivitet i en normal skoledag, samt at Holmes et al., 2006 fandt at 10 minutters pause synes at være tilstrækkelig for at opnå optimal opmærksomhed. Endvidere havde aktiviteterne en varighed på 10 minutter grundet anbefalinger fra sundhedsstyrelsen der anbefaler, at den fysiske aktivitet for børn skal have en varighed på minimum 10 minutter, før den kan tælle med i en optælling af antal minutters fysisk aktivitet på en dag (Se afsnit 2.2). Aktiviteterne var placeret kl på grund af at eleverne på dette tidspunkt havde været i skole i længere tid, hvormed en pause med fysiske aktiviteter kunne give eleverne mulighed for få de positive effekter af fysisk aktivitet (Se afsnittene 1 og 2.3) Måling af intensitet Under interventionen, blev intensiteten målt, ved brug af Polar Team2 Version , på to elever fra hver gruppe, en dreng og en pige, for at sikre at aktiviteten levede op til den ønskede intensitet. Formålet med aktiviteterne var at opnå en puls imellem bpm. for MCA, hvilket er bestemt ud fra Hillman et al. 2011, da dette review fandt at der var opnået en akut positiv effekt på kognitive evner, ved fysisk aktivitet indenfor dette interval. Formålet med aktiviteterne var at opnå en puls under 120 bpm. for LCA og INA, da disse to grupper derved ikke ville opnå de akutte positive effekter af fysisk aktivitet, ved denne intensitet Testdagenes opbygning Forsøget var opbygget med tre separate testdage; baseline-, interventions- og retentionstest, hvor testene på de tre testdage var opbygget forskelligt med forskelligt antal opgaver (Se afsnit 3.3), da hver testdag havde sit eget formål: Baseline: fungerede som starttesten, hvor eleverne for første gang prøvede en 10-minutters aktivitet bestående af kortspillet fisk efterfulgt af en test, hvor elevernes præstationsniveau blev fastlagt, så dette kunne sammenlignes med testene fra de to andre testdage. Endvidere var baselinetesten en forsikring om at der ikke var signifikant forskel på de tre interventionsgrupper. Interventionen: Her udførte eleverne de tre forskellige aktiviteter (Se afsnit 3.2.9) og gennemgik herefter en test, hvori der var indlagt et indlæringsforløb. Dette indlæringsforløb var i form af et øget antal underopgaver af stigende sværhedsgrad, så eleverne fik en vis form for træning i disse. Med de tre forskellige aktiviteter denne testdag, blev det via resultaterne fra testen muligt at se, hvilken aktivitet der havde størst effekt på elevernes præstationsniveau (sammenlignet med resultaterne fra baseline) samt udbytte af indlæringsforløbet. Retention: Fungerede som afslutningstest, hvor eleverne gennemgik samme aktivitet som ved baseline, efterfulgt af en test som viste, hvilken effekt indlæringsforløbet af opgaverne og aktiviteterne havde på elevernes indlæring. 15

38 3.2.6 Møde med folkeskolen Inden selve forsøgsforløbet blev påbegyndt, aflagde gruppen (gruppe 637) skolen et besøg to gange, for at snakke med den ansvarlige lærer for 4. klasserne, forklare denne om hele forsøget, få informationer omkring eleverne og deres normale skoledag, se lokalerne og området, samt afprøve aktiviteterne og testen gennem et pilotforsøg Pilotforsøg Det blev valgt at afprøve forsøgsforløbet i form af et pilotforsøg, på en 5. klasse fra folkeskolen, da det således var muligt at teste hele forsøgsforløbet i praksis. Pilotforsøget var dermed med til at give erfaringer til hele det kommende forsøgsforløb, samt justere og ændre aktiviteterne og testen hvis dette var nødvendigt(se Pilotforsøg på Appendiks CD) Præsentation Gruppen gæstede de tre 4. klasser få dage før forsøgets start for at introducere sig selv, samt forberede eleverne på de kommende tre testdage i forhold til aktiviteter og test. Til præsentationen blev det gennemgået, hvilke aktiviteter eleverne skulle igennem og at de efter disse skulle lave en række opgaver Anvendte aktiviteter ved intervention Herunder vil de kriterier og begrænsninger der har været til de anvendte øvelser på interventionsdagen blive beskrevet. Valg af øvelser til interventionen blev gjort på baggrund af følgende kriterier: Let at implementere Lave omkostninger Mentalt udfordrende Derudover har der været begrænsninger for hvor og hvordan aktiviteterne skulle implementeres idet: Alle elever skulle kunne indgå Aktiviteterne skulle være tæt på elevernes klasseværelse Varigheden af interventionen skulle være 10 minutter Aktiviteterne skulle være koordinativt udfordrende for MCA og LCA Aktiviteterne på interventionsdagen foregik i skolegården, tæt på de tre klasseværelser, hvor der var plads til alle grupper. Disse aktiviteter er beskrevet i det følgende afsnit. 16

39 Aktiviteter for MCA Aktiviteterne for MCA indeholdt fysisk aktivitet med problemstillinger der udfordrede elevernes koordination, samt sikrede at deres puls lå mellem 120 og 165 bpm. Eleverne i denne gruppe blev instrueret i at løbe rundt indenfor en opstillet firkant og kaste ærteposer til hinanden(se Figur 4). Den øvelsesansvarlige instruerede eleverne i hvordan kastene skulle udføres, hvilket ændredes igennem de 10 minutter(se Tabel 2 for øvelser). Kastene startede ud med at udfordre elevernes koordination på et lavt niveau, hvorefter niveauet blev højere igennem aktiviteten. Der blev derudover benyttet enkelte restriktioner for at sikre at alle eleverne i gruppen fik den ønskede puls. Der blev lagt vægt på enkelte og let forståelige instruktioner, for at undgå at disse blev misforstået af eleverne, hvilket kunne resultere i tidsspild Aktiviteter for LCA Aktiviteterne for LCA indeholdt de samme koordinative øvelser som blev benyttet ved MCA, dog blev aktiviteterne udført stillestående, to og to, med tre meter imellem dem. Derved blev det tilsigtet at holde intensiteten lavere end en puls på 120. Eleverne i denne gruppe blev instrueret i at stå overfor hinanden og kaste ærteposer til hinanden. (Se Tabel 2 for øvelser). På denne måde blev koordinationsevnen hos eleverne i MCA og LCA udfordret i samme grad. Dette gjorde grupperne sammenlignelige, og distancerede kun CA s aktivitet fra MCA s aktivitet ved ikke at indeholde fysisk aktivitet Aktiviteter for INA Figur 4: Illustrerer den opstillede firkant i MCA`s fysiske aktivitet. Personen ved kegle B (1) løber mod personen (2) ved kegle D, kaster ærteposen til denne (3), på en dikteret måde, og spurter derefter mod kegle C (4). Dette gentages med den nye person der modtog ærteposen (5) Aktiviteter for INA indeholdte problemstiller, der krævede mental fokusering. INA fungerede som kontrolgruppe i forsøget og deres aktivitet indeholdt derfor hverken fysisk aktivitet eller udfordrende koordinative øvelser (Tabel 2). Derudover udførte alle grupperne disse aktiviteter før baseline- og retentionstesten, da elevernes pause derved var kontrolleret før disse test. 17

40 MCA LCA INA Øvelse/Tid i sekunder 1/75 Valgfrit kast + Valgfri grib Valgfrit kast + Valgfri grib Kortspil 2/75 Kast med begge + Grib med begge Kast med begge + grib med begge Kortspil 3/75 Kast med højre + Valgfri grib Kast med højre + Valgfri grib Kortspil 4/75 Kast med venstre + Valgfri grib Kast med venstre + Valgfri grib Kortspil 5/75 Kast med den anden hånd på hovedet + Valgfri grib 6/75 Kast med 3 valgfrie fingre + Valgfri grib 7/75 Klap på mave og kast med den anden hånd + Valgfri grib 8/75 Kast ærtepose i luften + Klap + Valgfri grib Kast med den anden hånd på hovedet + Valgfri grib Kast med 3 valgfrie fingre + Valgfri grib Klap på mave og kast med den anden hånd + Valgfri grib Kast ærtepose i luften + Klap + Valgfri grib Kortspil Kortspil Kortspil Kortspil BPM Under 120 Under 120 Tabel 2:Indeholder de tre gruppers aktivitet. Øvelserne er indsat i rækkefølgen 1-8, hvilket var den rækkefølge disse blev udført i praksis. Hver øvelse havde en varighed af ca. 75 sekunder. 3.3 Test af kognitiv præstation Dette projekts test blev udarbejdet med det formål at kunne give en indikation af bestemte aspekter af elevernes kognitive præstation (Se afsnit 2 og 2.4). For at kunne måle denne egenskab, er forskellige test af kognitiv præstation, blevet gennemgået som inspiration. Blandt andet er dette projekts test af kognitiv præstation blevet inspireret af WAISS-III-testen 2. Med udgangspunkt i denne kunne der struktureres en test med tre opgaver (hvortil der til hver opgave var et forskelligt antal underopgaver); hukommelsestest, blokmønstre og billedfuldendelse som sammen udgjorde den kognitive test. (Se test på Appendiks CD) Dermed var testen en metode til gennemførelse af systematiske observationer (Se afsnit 2.4) med på forhånd givne kriterier for, hvordan disse egenskaber kunne beskrives (instruktion) og måles (scoring). De systematiske observationer der blev foretaget inden for testens rammer, er testsvarene, hvor hver opgave gav en vis mængde point. 2 WAISS-III er en internationalt anerkendt kognitiv test til vurdering af menneskers intelligens og kognitive færdigheder. 18

41 3.3.1 Testen og dens indhold De tre opgaver i testen; hukommelsestest, blokmønstre og billedfuldendelse var, som beskrevet ovenfor, blevet udarbejdet med udgangspunkt i udvalgte delopgaver fra WAISS-III-testen. Ud fra denne inspiration blev opgaverne udarbejdet ud fra intelligensmålet Performance IQ. Performance IQ dækker overordnet måling af kognitiv præstation, men underordnet er disse indeks for forskellige egenskaber som der stilles krav til (og måler). Da begrebet kognition er meget bredt, og ville være meget omfattende at teste alle aspekter af, måtte gruppen udvælge enkelte aspekter der blev fundet dækkende, som grundlag for måling af elevernes kognitive præstation. Egenskaberne for de tre opgaver i dette projekt var følgende: Opgaven hukommelsestest stiller krav til korttidshukommelsen (Se afsnit 2.3.6), da denne stiller krav til eleven om at kunne løse underopgaverne inden for en given tidsfrist. Endvidere skal der placeres bogstaver i en korrekt rækkefølge, hvilket også stiller krav til elevernes korttidshukommelse. Opgaven blokmønstre stiller krav til den perceptuelle organisering, da denne udfordrer eleven til at skulle fortolke en given information fra underopgaverne, visuelt analysere den og sluttelig løse selve problemet i opgaverne. Opgaven billedfuldendelse stiller krav til den visuelle og logiske organisering, da der skal findes vigtige manglende detaljer på billederne. Endvidere stiller denne opgave krav til den logiske sans og evne til at genkende mønstre, da dette kan hjælpe eleven til at finde de manglende detaljer på billederne. De tre opgaver er således overordnet kategoriseret til at være måling af kognitiv præstation, men underordnet er de indeks for forskellige egenskaber. Herved har de sammenlagt til formål at måle den kognitive præstation De tre opgaver, deres instruktion, point og tidsfrist Hukommelsestest Beskrivelse af opgaven: Denne opgave er en simpel genkaldelsesopgave, hvor eleven bliver præsenteret for 3 til 7 konsonanter (se afsnit 3.3) som denne skal forsøge at huske. Der anvendes kun konsonanter, da vokaler kan grupperes som en lyd der vil kunne hjælpe hukommelsen (Greub and Suhr 2006). Konsonanterne blev valgt via et randomiseringsprogram (The Hat 2011), der tilfældigt udtrak de konsonanter, der skulle anvendes til hver underopgave. Efter at eleven har set konsonanterne kortvarigt forsvinder bogstaverne igen, og der bladres en side frem i testmaterialet, hvorefter de bogstaver der kan huskes, skrives ned. Instruktion: Inden hukommelsestesten påbegyndes, forklares det til eleverne, at de skal forsøge at huske så mange bogstaver, som muligt, og i den samme rækkefølge som de bliver præsenteret i. Figur 5: Illustrere en hukommelses opgave af mellem sværhedsgrad. 19

42 Scoring: Det maksimale antal point der kan gives per underopgave er 7 point - et point for hvert bogstav. Dette gives hvis eleven har alle 7 bogstaver rigtigt og hvis disse bogstaver er placeret i den korrekte rækkefølge. For hvert forkert bogstav vil der blive trukket et ½ point fra de 7 point. Er rækkefølgen af bogstaverne forkert, vil der ligeledes blive trukket et ½ point fra. Hvis et eller flere bogstaver ikke nedskrives, men de resterende bogstaver er nedskrevet i den korrekte rækkefølge, vil eleven få fuldt point for de korrekte bogstaver. Der kan maksimalt fratrækkes et point fra hver besvarelse som følge af forkert rækkefølge eller fejlindsatte bogstaver, dvs. at selv om en elev f.eks. har indsat 3 forkerte bogstaver får denne kun trukket 1 point fra. Til hver test, vil det kun være de sidste to underopgaver med 7 bogstaver der evalueres. Disse to resultater vil give en samlet score på mellem 0 og 14 (Se afsnit 3.4). Tidsfrist: Bogstaverne fremvises i 5 sekunder Blokmønstre Beskrivelse af opgaven: Denne opgave består af enkelte underopgaver, hvor eleven bliver bedt om at eftergøre billeder af tofarvede mønstre (røde og hvide) ved hjælp af forskellige delbilleder af det samlede tofarvede mønster. De tofarvede mønstre stiger i sværhedsgrad; fra enkle mønstre med to delbilleder til mere komplekse mønstre med 16 delbilleder. Det korrekte blokmønster samt svarmulighederne i form af delbilleder bliver vist på et slideshow, hvilket skal nedskrives i den udleverede test. Instruktion: Eleven vises delbillederne til den første underopgave (hele det tofarvede mønster) og beder dem eftergøre det via bogstaver under delbillederne, så de danner det ønskede tofarvede mønster. Scoring: Der gives 1 point for hvert korrekt bogstav, indsat i det korrekte kvadrat (tofarvet mønster). Det vil til hver test kun være det afsluttende mønster indeholdende 16 små kvadrater, der vil blive evalueret. Derved kan eleven score mellem 0 og 16 point (Se afsnit 3.4). Tidsfrister: Tidsfristen for underopgaven med 16 kvadrater er 60 sekunder. Figur 6 illustrerer en blokmønster opgave af lav sværhedsgrad Billedfuldendelse Beskrivelse af opgaven: Denne opgave består af enkelte underopgaver (8 billeder), hvor eleven skal se på et billede og derpå udpege, ved markering med cirkel, hvilken vigtig detalje der mangler på billedet. Underopgaverne er af stigende sværhedsgrad, hvor den vigtige detalje bliver sværere at detektere for hver underopgave. Instruktion: Inden eleven ser det første billede, fortælles det at opgaven vil indeholde 8 billeder, hvor der ved hvert billede mangler en vigtig detalje. Eleven skal se nøje på hvert billede og markere med en cirkel den detalje de mener mangler. Figur 7 Illustrere en billedfuldendelses opgave af lav sværhedsgrad. 20

43 Scoring: Ved korrekt svar gives der 1 point for hver underopgave (billede). Derved kan eleven score mellem 0 og 8 point (Se afsnit 3.4). Tidsfrist: Hver underopgave (billede) skal besvares inden for 30 sekunder Samlet kognitive præstation Hver opgave giver som ovenstående beskrevet forskelligt antal point. Scoringen til hver opgave konverteres til en procentskala, så hver opgave tæller ens i en samlet kognitiv præstation. Dvs. pointene fra hver opgave summeres til en samlet score. Et eksempel på konverteringen med en elev, der scorer 10 ud af 14 mulige point i hukommelsestesten, giver følgende udregning: Denne konvertering gøres for alle tre opgaver, og gennemsnittet af de tre giver den samlede score den kognitive præstation Testenes opbygning Som beskrevet i afsnittet 3.2.5, er forsøget opbygget med tre separate testdage; baseline-, interventions- og retentionstest, hvortil aktiviteterne var forskellige. Da interventionstesten indeholder en læringsdel, er denne test opbygget anderledes end baseline- og retentionstesten Baselinetest Baselineteseten blev anvendt for at fastlægge elevernes startniveau, så det kunne verificeres at grupperne havde et ens præstationsniveau før interventionen. Testen startede med at eleven skriver sin fødselsdato og forbogstaver (initialer). Herefter blev eleverne præsenteret for den første opgave: hukommelsestest (Se afsnit 3.3.4), hvorefter denne bliver gennemført. Til denne test var der en underopgave med 3 bogstaver og derefter to underopgaver med 7 bogstaver. Dernæst kom der en præsentation af opgaven blokmønstre, hvorefter denne bliver gennemført. Til denne opgave var der en underopgave med 2 blokke, en underopgave med 4 blokke og en underopgave med 16 blokke. Sluttelig kom der en præsentation af opgaven billedfuldendelse, hvorefter denne bliver gennemført. Til denne test var der 8 underopgaver. Tiden der anvendes til at gennemføre baselinetesten var cirka 15 minutter. (Se test på Appendiks CD) Interventionstest Interventionstesten anvendes for at undersøge, hvilken pauseaktivitet der har størst effekt på elevernes præstationsniveau i testen. Derudover indeholder denne test også et indlæringsforløb af opgaverne blokmønstre og korttidshukommelse, i form af et øget antal underopgaver (ift. baselineog retention) af stigende sværhedsgrad. Dette indlæringsforløb har til formål at træne eleverne i opgaverne, for at undersøge hvilken gruppe der har størst udbytte af denne. Testen startede med at eleven skriver sin fødselsdato og forbogstaver (initialer). Herefter skulle eleven angive om han/hun har været fysisk aktiv inden for de sidste to timer op til testen. Herefter præsenteres den første opgave: hukommelsestest (Se afsnit 3.3.4), hvorefter denne bliver gennemført. Til denne opgave var der en underopgave med 3 bogstaver, en underopgave med 4 bogstaver, en underopgave med 5 bogstaver, to underopgaver med 6 bogstaver og derefter to underopgaver med 7 bogstaver. Dernæst kom der en præsentation af opgaven blokmønstre, hvorefter denne bliver gennemført. Til denne opgave var der en underopgave med 2 blokke, to underopgaver med 4 blokke, tre underopgaver med 9 blokke og en underopgave med 16 blokke. Sluttelig kommer der præsentation af opgaven billedfuldendelse, hvorefter denne bliver gennemført. Til denne test var der 8 underopgaver. Tiden 21

44 der anvendes til at gennemføre interventionstesten var cirka 20 minutter. (Se interventionstesten på Appendiks CD) Retentionstest Testen til den tredje testdag (retentionstesten) anvendes for at undersøge, hvilken effekt aktiviteterne og indlæringsforløbet af opgaverne (til interventionstesten) har haft på elevens indlæring. Testen var udformet som baselinetesten (med samme antal underopgaver til hver opgave), således udviklingen gennem forsøgsforløbet kunne måles. Tiden der blev anvendt til at gennemføre testen på retentionstesten var cirka 15 minutter. Retentionstesten er placeret 48 timer efter interventionstesten, da hukommelsen vil være påvirket af den efterfølgende nats søvn (Se afsnit ). Resultaterne fra denne test, vil vise om der er en forskel i indlæringen af testen mellem de tre grupper som udfører tre forskellige aktiviteter. (Se retentionstesten på Appendiks CD) De tre test blev på alle de tre testdage præsenteret og gennemført på samme måde, da der således forekom en vis systematik og sammenlignelig præsentation og gennemførelse af testene Præsentation og gennemførelse af test Præsentationen af hver test foregik inde i hver gruppes klasselokale via et slideshow (Se test på Appendiks CD). Endvidere fik eleverne før gennemgangen af slideshowet, udleveret testen i papirform, så de under gennemgangen af slideshowet kunne se hvilke ark, de skulle udfylde og hvorledes arkene skulle udfyldes. Hver af de tre test blev indledt med at eleven udfyldte forsiden af testen med dennes fødselsdato og forbogstaver (Se afsnit 3.3.1) Opgaven hukommelsestest blev præsenteret i slideshowet med en forklaring og to eksempler (med løsning), så eleverne kunne se, hvorledes underopgaverne skulle gennemføres. Hvis der var spørgsmål til denne underopgave kunne eleverne til hver en tid stille disse. Efter præsentationen af de to eksempler startede denne underopgave ved at eleverne bladrede til siden, hvorpå der stod Hukommelsestest. Herefter viste slideshowet i 5 sekunder det antal bogstaver, der skulle huskes, hvorefter der blev skiftet til en ny slideside, hvorpå der stod: Nu må i bladre og skrive de bogstaver I kan huske. Eleven bladrede herefter én side frem og nedskrev det antal bogstaver denne kunne huske. Denne gennemgang foregik til alle opgaverne. Opgaven blokmønstre blev præsenteret i slideshowet med en forklaring og to eksempler (med løsning), så eleverne kunne se, hvorledes underopgaverne skulle gennemføres. Hvis der var spørgsmål til denne underopgave kunne eleverne til hver en tid stille disse. Efter præsentationen af de to eksempler startede denne underopgave ved at eleven bladrede hen til siden, hvorpå der stod Blokmønstre. Herefter viste slideshowet, i det antal sekunder der var blevet valgt til hver underopgave, underopgaven der skulle laves, hvorefter der via en bip -lyd blev skiftet til en ny underopgave. Eleven skulle forsøge at løse opgaven indenfor en afgrænset tidsperiode, markeret med endnu en bip -lyd. Denne gennemgang foregik til alle opgaverne. Opgaven billedfuldendelse blev præsenteret gennem en forklaring og to eksempler (plus løsningen til disse) i slideshowet, så eleverne kunne se, hvorledes underopgaverne skulle gennemføres. Hvis der var spørgsmål til denne opgave kunne eleverne til enhver tid stille disse. Efter præsentationen af de to eksempler startede denne opgave ved at eleven bladrede hen til siden, hvorpå der stod 22

45 Billedfuldendelse. Denne opgave skulle dog, i modsætning til de to andre, laves uden at se på slideshowet. Eleven skulle forsøge at løse underopgaven indenfor 30 sekunder, hvorefter der lød en bip -lyd, der markerede at eleven skulle bladre én side frem til næste underopgave. Denne gennemgang foregik til alle underopgaverne samt til alle testgangene. 3.4 Resultatbehandling Opgaverne og deres resultater blev analyseret af tre gruppemedlemmer fra gruppen, for at sikre at retningen foregik korrekt (Se afsnit 3.3.2). Endvidere var de tre gruppemedlemmer, som analyserede og dermed indskrev resultaterne, blindet, så de ikke havde kendskab til, hvilke resultater der tilhørte hvilken gruppe. Resultaterne tilhørende hver specifik gruppe blev derfor først påført af det fjerde gruppemedlem, efter alle resultater var blevet analyseret og nedskrevet. Gruppering af elever med gennemsnitlig høj (samlet score >60) og lav (samlet score <60) kognitiv præstation blev inddraget, for at undersøge hvorvidt fysisk aktivitet havde en effekt på den ene, eller begge disse grupper. 3.5 Statistik En to-faktor ANOVA med gentagelse (mixed model) blev benyttet til at analysere data for både MCA, LCA og INA, for at undersøge eventuelle signifikante forskelle mellem grupperne og mellem baseline-, interventions- og retentionstesten. Hvis der via denne analyse blev fundet signifikante forhold (p<0,05), blev post hoc test udført ved brug af en en-faktor ANOVA til sammenligning af grupperne og en-faktor ANOVA med gentagelse til at sammenligne testdagene. IBM SPSS Statistics 19 er blevet benyttet til de statistiske beregninger. Alle resultater er udtrykt med ± standardafvigelsen, med mindre andet er angivet. 23

46 4 Resultater Dette afsnit præsenterer resultaterne fra den kognitive test. Resultaterne vil blive diskuteret i Afsnit 5. Tabel 3 indeholder resultater fra de tre test; baseline-, interventions- og retentionstest. Efterfølgende vil resultaterne blive beskrevet og illustreret. Korttidshukommelse Baseline Intervention Retention MCA 9,5 (1,9) 8,9 (2,3) 9,5 (2,3) LCA 8,4 (2,3) 8,3 (2,4) 8,8 (1,5) INA 9,0 (1,9) 8,3 (1,7) 7,8 (1,5) Blokmønster MCA 8,1 (4,2) 11,5 (3,8) 12,7 (4,0) LCA 8,0 (3,1) 11,6 (3,7) 13,7 (2,7) INA 7,4 (3,7) 12,5 (3,1) 12,9 (3,3) Billedfuldendelse MCA 5,1 (0,9) 4,7 (1,1) 5,2 (0,7) LCA 5,3 (1,1) 4,8 (1,1) 5,2 (1,8) INA 5,3 (0,9) 5,9 (1,6) 4,6 (1,2) Samlet kognitiv præstation MCA 60,9(13,6) 64,9(14,5) 70,8(12,7) LCA 58,6(11,6) 64,0(12,3) 70,9(11,7) INA 59,1(9,5) 70,3(13,2) 64,5(10,3) Tabel 3: Viser gennemsnitsresultaterne fra de kognitive test og den samlede kognitive præstation. Analysen viste, at der ikke var nogen signifikante forskelle imellem de tre grupper i baselinetesten(samlet kognitiv præstation: F=0,15, P=0,857; Billedfuldendelse: F=0,15, P=0,859;Blokmønster: F=0,165, P=0,849; Korttidshukommelse: F=1,045, P=0,360). Derved kan grupperne antages som udgangspunkt at være ens i henhold til testen, og der har derved været grundlag for sammenligning i forhold til deres præstation i den efterfølgende interventions- og retentionstest. 24

47 Antal korrekte besvarelser 4.1 Korttidshukommelse I testen af korttidshukommelse kunne eleverne maksimalt score 14 point, baseret på deres præstation i de sidste to underopgaver, hvor de skulle forsøge at genkalde 7 konsonanter. Der var ingen signifikante forskelle i mellem de tre gruppers præstation i denne test (illustreret på Figur 8) ved baseline-, intervention- eller retentionstesten. (F=1,41, P=0,25). Der var desuden ikke nogen umiddelbar læringseffekt i korttidshukommelse set over de tre testdage, da der ikke kan påvises signifikante forskelle i gruppernes præstation mellem de tre testdage (F=1,06, P=0,35). Korttidshukommelse Baseline Intervention Retention MCA LCA INA Figur 8: Illustrerer de tre gruppers samlede præstation i underopgaven korttidshukommelse. I Figur 9 kan gruppernes samlede præstation i opgaven korttidshukommelse til interventionstesten ses. Underopgaverne havde stigende sværhedsgrad, i form af et øget antal konsonanter der skulle huskes. Kigges der alene på interventionsdagen, hvor eleverne gennemgik et indlæringsforløb, tegner der sig et billede af at de tre gruppers præstation er ens i de 7 underopgaver. Dog har INA været i stand til at præstere bedre i underopgave 5, hvor 6 konsonanter skulle huskes og nedskrives. Disse resultater viser at eleverne i de tre grupper har præsteret ens i underopgaverne uafhængig af sværhedsgrad. Derudover viser grafen at andelen af elever som har underopgaverne korrekt, er faldende i takt med underopgavernes stigende sværhedsgrad. 25

48 Procent korrekte besvarelser Korttidshukommelse - Intervention Opgave MCA LCA INA Figur 9:Illustrerer de tre gruppers præstation konverteret til en procentskala, i underopgaven korttidshukommelse i interventionstesten. Underopgaverne var af stigende sværhedsgrad, hvor underopgave 1 var nemmest og 7 sværest. 4.2 Blokmønster I gruppernes samlede præstation i blokmønsteropgaverne (se Figur 10) var der ingen signifikante forskelle i mellem grupperne ved de tre testgange (F= 0,278, P=0,89). Der var imidlertid signifikante forbedringer hos grupperne fra baseline- til interventionstesten (F= 75,06, P<0,001), og fra intervention- til retentionstest (F=9,877, P=0,003). Derved har grupperne forbedret deres resultater signifikant. Figur 10: Illustrerer de tre gruppers samlede præstation i opgaven blokmønstre. * P<0.05. I Figur 11 illustreres de tre gruppers præstation konverteret til en procentskala i underopgaven blokmønstre i interventionstesten. Underopgaverne havde til formål at være af stigende sværhedsgrad, fra 1-7. Underopgaverne havde stigende sværhedsgrad, i form af et større antal af kvadrater der skulle nedskrives mønster i. Kigges der alene på interventionsdagen, hvor eleverne gennemgik et indlæringsforløb, tegner der sig et billede af at de tre gruppers præstation er ens i de 7 underopgaver. Disse resultater viser, at eleverne i de tre grupper har præsteret ens i underopgaverne uafhængig af sværhedsgrad. Derudover viser grafen at andelen af elever som har underopgaverne korrekt er faldende, i takt med underopgavernes stigende sværhedsgrad. Dette viser at inddelingen af underopgavernes sværhedsgrad har virket efter hensigten. 26

49 Procent korrekte besvarelser Blokmønster - Intervention Opgave MCA LCA INA Figur 11: Illustrerer de tre gruppers præstation konverteret til en procentskala i underopgaven blokmønstre i interventionstesten. Underopgaverne havde til formål at være af stigende sværhedsgrad, fra Billedfuldendelse Billedfuldendelsestesten viste en signifikant forskel imellem grupperne (F=2,772, P= 0,032). Posthoc analysen viste, at INA havde præsteret signifikant lavere fra intervention til retention test i denne underopgave. (F=3,758, P=0,036) Derudover var der ingen signifikant ændring i elevernes præstation imellem testdagene. (F=0,63, P=0,535) Figur 12: Illustrerer de tre gruppers samlede præstation i opgaven billedfuldendelse. * P<0.05. Til baseline-, interventions- og retentionstest var der 8 billeder, hvor eleverne skulle forsøge at finde den manglende vigtige detalje. Disse billeder var opdelt ud fra gruppens subjektive vurdering af sværhedsgraden, samt resultater fra pilotforsøg. (Se pilotforsøg på Appendiks CD) Andelen af hver gruppe der besvarede hver enkelt af de 8 underopgaver korrekt, kan ses på Figur 13. Ud fra de illustrerede resultater kan det umiddelbart ses, at underopgaverne ikke har været optimalt opdelt i forhold til sværhedsgraden. Således var andelen af korrekte besvarelser i underopgave 4 i baselinetesten, lavere end i flere af de efterfølgende billeder. Det samme kan ses i interventions- og retentionstesten for henholdsvis underopgave 5 og 6. Derudover er det dog svært at pege på tydelige forskelle imellem grupperne, der har omtrent samme korrekte svarandel på alle underopgaveniveauer. Det kan dog ses, at INA gruppens højere præstation i interventionstesten skyldes en højere andel af korrekte besvarelser i de tre afsluttende billeder(6-8). 27

50 Figur 13: Illustrerer de tre gruppers præstation konverteret til en procentskala, i underopgaven billedfuldendelse i baseline, intervention og retentionstest. Underopgaverne havde til formål at være af stigende sværhedsgrad, fra underopgave 1 til Samlet kognitiv præstation Ud fra Figur 14 kan gruppernes samlede præstation, i hver af de tre test, ses. De tre opgaver er givet ens vægt i forhold til den samlede bedømmelse af præstationen, og derfor er resultatet af den samlede præstation konverteret til en procentskala. Der var ingen signifikant forskel imellem grupperne i den samlede præstation, omend det kan ses af Figur 14, at INA præsterede højere til interventionstesten, men lavere til retentionstesten, end MCA og LCA (men ikke signifikant). Derudover havde grupperne en signifikant forbedret præstation fra baseline- til interventionstest (F=7,248, P= 0,01) Figur 14: Iillustrerer de tre gruppers samlede kognitive præstation for hver testgang konverteret til en procentskala. * P<