Introduktion til fysisk aktivitet & læring

w w w. i d r æ t i f o l k e s k o l e n. d k Introduktion til fysisk aktivitet & læring J E S P E R V O N S E E L E N 2 0 1 3 T E K S T E N M Å, M E D K O R R E K T K I L D E A N G I V E L S E, G E R N E A N V E N D E S I O P G A V E R O G A R T I K L E R : von Seelen, Jesper (2013). Introduktion til fysisk aktivitet og læring. Hentet på www.idrætifolkeskolen.dk den xx.xx.2013 Teksten er en opdatering af en tidligere version, der ikke længere er tilgængelig på www.idrætifolkeskolen.dk.

Følgende tekst er en kort introduktion og skal ikke opfattes som en fyldestgørende beskrivelse af området. Når resultaterne af Børne- og Undervisningsministeriets forskningsprojekt på området ligger klar i januar 2015 vil området blive beskrevet i dybden. Begrebsafklaring: Kognition og læring Lad os, for at undgå misforståelser, starte ud med at definere hvad kognition betyder. Jeg anvender kognition som et begreb, der dækker over en lang række mentale funktioner, der alle har at gøre med former for menneskelig informationsbehandling såsom: perception, tækning, planlægning, forudsigelse, koncentration, opmærksomhed, intelligens og hukommelse. Kognition har altså noget at gøre med den måde, hvorpå vi behandler og anvender den information kroppen konstant modtager og bearbejder. Kognition er ikke synonym med læring, men de to begreber overlapper hinanden. Da den internationale forskning taler om kognition og vi i Danmark, i daglig tale, ofte anvender læring frem for kognition vil jeg i denne introduktion anvende begge begreber vel vidende, at de ikke er synonymer. Er der en sammenhæng mellem fysisk aktivitet og læring? Ja, der er en dokumenteret sammenhæng mellem fysisk aktivitet og læring uanset alder 1 (Idrætsforskning, 2011). Dokumentationen for dette udsagn er overbevisende og jeg vil i det følgende afsnit introducere de væsentligste referencer. Den første metaanalyse 2 blev udgivet i 2003 af Sibley og Etnier og var baseret på 44 studier. Metaanalysen påviste en lille, men statistisk signifikant, sammenhæng mellem fysisk aktivitet og kognition. I denne metaanalyse indgik bl.a. fire større studier, hvor elever havde ekstra idræt i skolen på bekostning af nogle af de boglige timer. I ingen af de fire studier betød det et lavere fagligt niveau i de boglige fag (faktisk steg det faglige niveau i de boglige fag i tre af studierne). Sibley og Etnier konkluderede to ting: 1. At der er en positiv sammenhæng mellem fysisk aktivitet og kognition 2. At det faglige niveau i de boglige fag ikke falder, hvis noget af tiden anvendes på fysisk aktivitet (Sibley & Etnier, 2003). Det var dog ikke muligt på baggrund af denne metaanalyse, at sige noget i retning af, at var den fysiske aktivitet der var årsag til de bedre kognitive præstationer. Konklusionen var, at der var en sammenhæng men ikke at der var et kausalt forhold mellem fysisk aktivitet og kognition (det var heller ikke konklusionen at der ikke var et kausalt forhold, blot at man ikke kunne udtale sig om de kausale forhold). Fem år senere publicerede den amerikanske professor Phillip Tomporowski sammen med tre kollegaer en reviewartikel, der ud over at bekræfte Sibley og Etnier s metanalyse også pegede på, at forbedringer i børns mentale funktioner pga. idræt ses mest tydeligt i de såkaldte executiv funktioner (EF) (Tomporowski, Davis, Miller, & Naglieri, 2008, p. 126). EF dækker over de kognitive processer der er ansvarlige for organisering og kontrol af målrettet adfærd (Best & Miller, 2010). EF har stor betydning for f.eks. selvkontrol, arbejdshukommelse og kognitiv fleksibilitet. At det især er 1 Denne formulering har jeg taget fra en såkaldt konsensuskonference, hvor forskere fra Sverige og Danmark var samlet i oktober 2011 for at diskutere sammenhængen mellem fysisk aktivitet og læring. Det var tre meget spændende dage, der blev afsluttet med en ganske kort erklæring om fysisk aktivitet og læring. Du kan finde erklæringen på www.idrætifolkeskolen.dk 2 En metaanalyse eller en reviewartikel er blot er en videnskabelig artikel, hvor man analyserer på en række individuelle studier for at kunne konkludere på et mere overordnet niveau. 1

EF, der påvirkes af fysisk aktivitet er interessant af flere årsager. For det første, er det et kæmpe skridt fremad, at vi nu er i stand til at sige noget mere specifikt om forskellige elementer af kognitiv udvikling. Kognition dækker over så mange mentale processer, at det er alt for unuanceret blot at forholde sig til kognitiv udvikling som samlet begreb. Forskningen vil utvivlsomt bidrage til et meget mere nuanceret billede i de kommende år, men dokumentationen af EF som et særligt vigtigt område er allerede vigtig information. Det er desuden interessant, at EF påvirkes af fysisk aktivitet, fordi EF spiller en stor rolle når eleverne (eller alle andre) skal handle i komplekse og foranderlige kontekster og opfattes som afgørende for børns udvikling. I 2010 kom et review af ti interventionsstudier der kiggede specifikt på sammenhængen mellem fysisk aktivitet og EF hos børn (Best & Miller, 2010). Konklusionen på de ti studier var, at der både er en akut påvirkning af børns EF ved fysisk aktivitet og at der er en længerevarende effekt af længere træningsforløb. Best og Miller peger desuden på at typen af fysisk aktivitet ikke er ligegyldig. For at få den største påvirkning af EF, bør den fysiske aktivitet også indeholde elementer af EF. Det vil sige at monotone træningsformer som løb eller svømning har mindre effekt på børns EF end aktiviteter som kaosspil, dans eller orienteringsløb. Dog skal den sidste pointe fra Best artikel tages med et vidst forbehold. Der er kun gennemført enkelte studier med dette fokus og indtil videre er der kun dokumentation for, at der er en forskel mellem forskellige typer fysisk aktivitet i den akutte respons. Om træningsformen også betyder noget for den kroniske effekt af forskellige træningsformer, ved vi endnu ikke nok om til at udtale os med nogen form for sikkerhed. Nogle af de kognitive områder der bliver påvirket positivt af fysisk aktivitet er: problemløsning, logisk tænkning, rumopfattelse, sproglige færdigheder, arbejdshukommelse, selvopfattelse, kognitiv hastighed og opmærksomhed. Områder det er ganske let at se vigtigheden af. Det virker selvindlysende, at elever med bedre arbejdshukommelse og bedre evner til problemløsning vil få mere ud af at gå i skole. Det er dog vigtigt at kognition ikke blot opfattes som noget der har indflydelse på læsning, matematik og sådanne færdigheder der lugter lidt af skolebænk. Også helt almindelige hverdagsadfærd bliver påvirket. I efteråret 2011 testede en gruppe amerikanske forskere en gruppe 8-10-årige børns evne til at komme sikkert over et lyskryds 3. Først lavede børnene testen uden at blive distraheret, og derefter igen, hvor de blev distraheret af enten musik eller af at tale i mobiltelefon. Testen viste, at når børnene blev distraheret var de børn, der var i god form bedre til at komme sikkert over lyskrydset end de børn der ikke var i så god form (Laura Chaddock, Neider, Lutz, Hillman, & Kramer). De fleste forældre kan sikkert se de kognitive fordele ved at være i god form. Kausal sammenhæng Metastudierne viser altså, at der er den sammenhæng at børn i god form også har bedre kognitive evner. Men hvordan kan vi vide, at det er den fysiske aktivitet der er årsag til den bedre kognitive udvikling? Er det ikke bare sådan, at de børn der er genetisk kodet til at udvikle kognitive evner over gennemsnittet også er de børn med overskud til fysisk aktivitet? 3 De brugte selvsagt ikke et rigtigt lyskryds af åbenlyse etiske årsager ingen børn blev altså kørt ned. 2

Der er to grunde til at man med god grund kan sige, at fysisk aktivitet har en positiv indflydelse på læring og kognition. Den ene grund er at der findes nogle forklaringsmekanismer (som du kan læse lidt mere om i næste afsnit) der virker særdeles sandsynlige. Gode forklaringsmekanismer kan dog ikke bevise den kausale sammenhæng blot sandsynliggøre den. Det bedste bevis på en kausal sammenhæng finder vi et fremragende studie af den svenske forsker Maria Åberg. Åberg kiggede på data fra ikke mindre end 1,22 millioner svenskere! Ved at gennemgå data fra sessionen samt en opfølgning 10-36 år efter kunne Åberg vise, at generelle kognitive evner var korrelerede med fysisk kondition (målt som udholdenhed Åberg testede også for en sammenhæng med styrke, men kunne ikke dokumentere en sådan). Åberg målte kognition med fire forskellige kognitive tests: logisk sans, sproglige færdigheder, geometrisk perception samt tekniske eller mekaniske færdigheder. Ud over blot at vise sammenhængen mellem fysisk kondition og kognition lavede Åberg endnu et par analyser. Forestil dig to brødre. De to brødre har boet i den samme familie, fået den samme kost, kommer fra samme socioøkonomiske baggrund osv. Den ene bror er i god form den anden bror er i dårlig form. Når vi udsætter brødrene for de fire kognitive tests vil vi forvente, at det er den bror der er i god form der score højest 4. Da der er tale om brødre er mange af de faktorer der ellers kunne have betydning for deres kognitive evner (så som forældrene uddannelsesniveau) elimineret. Men vi kan stadig ikke med sikkerhed sige, at forskellen i kognitive evner ikke blot skylde at den gode bror har været heldig at få en heldigere genkombination end sin bror. Forestil dig så to genetisk identiske tvillinger. Den ene i god form den anden i dårlig form. Tvillingerne kommer også fra samme familie og har altså samme baggrund og samme gener. Hvis det blot er generne der determinerer vores kognitive evner vil de to tvillinger have ens kognitive niveau på trods af forskellen i fysisk form. Hvis, til gengæld, forskellen i fysisk kondition bidrager til bedre kognitive evner vil også tvillingerne opleve, at den bror der er i god form har bedre kognitive evner. Som du nok har gættet viste Åbergs data, at forskellen i de kognitive tests mellem de to tvillinger var næsten lige så stor som forskellen mellem de to andre brødre. Da begge brødrepar er jævnaldrene er det muligt, at regne lidt på, hvor stor betydning generne har for sammenhængen mellem fysisk aktivitet og kognition. I Åberg data var der 1432 enæggede tvillinger (der altså er genetiske ens) og 268.496 brødre (som ikke var tvillinger). Med dette massive datamateriale kunne Åbergs vise, at generne var ansvarlige for blot 14 % af sammenhængen mellem kognition og kondition. Desuden kunne Åbergs longitudinelle data vise, at når der ændres på niveauet af fysisk aktivitet ændres der også på det kognitive niveau (Aaberg et al., 2009). Med andre ord: Der er ikke blot en sammenhæng mellem fysisk aktivitet og læring, men vi kan nu slå fast at fysisk aktivitet bidrager til bedre kognitive funktioner. 4 Man kan selvsagt ikke bruge denne logik over for individer i virkeligheden. Man kan altså ikke sige, at elever der er i god form nødvendigvis også er de klogeste. Men rent statistisk er der størst sandsynlighed for, at det er den bror der er i bedst form der også scorer bedst i kognitive tests. 3

Figur 1. Resultaterne fra Åbergs studier er ganske overbevisende. Figuren viser Global intelligence (som er en samlet score for alle 4 kognitive tests) som funktion af hhv. cardiovaskulær fitness (udholdenhed) og styrke (Aaberg et al., 2009). Mulige forklaringsmekanismer Mens der er stor enighed om at fysisk aktivitet har positiv indflydelse på kognition bliver billedet lidt mere uklart når vi skal forklare, hvilke mekanismer der er ansvarlige for sammenhængen. En forklaringsmodel der virker meget sandsynlig er, at der er en sammenhæng mellem hvor god form man er i og størrelsen samt funktionaliteten af forskellige områder i hjernen. F.eks. har det vist sig at børn (9-10 år) i god form præsterede bedre end jævnaldrene i dårlig form (målt på iltoptagelse) på hukommelsestests og at disse børn har 12 % større hippocampus (L. Chaddock, Erickson, Prakash, Kim, et al., 2010). Hippocampus er et lille område i hjernen der har stor betydning for vores evne til at huske. I et andet studie af de samme forskere dokumenteres det at også den del af hjernen der hedder basalganglierne er mindre hos børn i dårlig form end hos børn i god form (L. Chaddock, Erickson, Prakash, VanPatter, et al., 2010). Basalganglierne spiller en væsentlig rolle når vi bevæger os. Disse studier er ganske nye og neurologer er fortsat langt fra at forstå disse mekanismer til bunds. Ikke desto mindre virker det dog sandsynligt at når fysisk aktivitet kan påvirke selve hjernens struktur kan det sikkert også påvirke vores kognitive evner. En anden forklaring der med stor sandsynlighed spiller en rolle er, at hjerne bliver mere plastisk af fysisk aktivitet. Dvs. at fysisk aktivitet øger hjernens evne til at danne nye hjerneceller. Forsøg hvor man skærer hjernen op og tæller hjerneceller kan af etiske årsager ikke kan gennemføres på mennesker så disse data stammer fra rotter. F.eks. har det vist sig at rotter der får legetøj at lege med bliver mere fysiske aktive og at de danner flere nye hjerneceller. Hvis man tvinger rotterne til at træne danner de endnu flere og hjerneceller. Bedst bliver det hvis man både tvinger dem til at træne og giver dem legetøj at lege med. Når rotterne tvinges til træning og får lov at lege danner de mere end dobbelt så mange nye hjerneceller som rotterne der hverken leger eller træner. 4

Figur 2. Figuren viser antallet af nye neuroner i fire forskellige grupper af rotter. Kontrolgruppe, legetøj, træning samt leg + træning (Kempermann et al., 2010). Selvom forsøget (og andre lignende forsøg) er lavet på rotter virker det alligevel som en mulig forklaring at fysisk aktivitet kan fordoble dannelsen af nye hjerneceller. En tredje forklaring har at gøre med BDNF. BDNF er et protein der har stor betydning for dannelsen af nye hjerneceller samt beskyttelse af allerede eksisterende hjerneceller. BDNF spiller også en rolle ved depression og skizofreni, hvor patienter med disse lidelser har et lavere BDNF-niveau end raske. Det samme gør sig i øvrigt gældende for diabetes patienter. Forsøg har vist, at udholdenhedstræning øger produktionen af BDNF og koncentrationen af BDNF i blodet. Adskillige studier har vist, at træningens intensitet har betydning for om koncentrationen af BDNF stiger. Fysisk aktivitet ved lav intensitet har tilsyneladende ingen effekt på produktionen af BDNF. Der er lidt usikkerhed omkring, hvorvidt fysisk aktivitet kan påvirke kroppens hvileniveau af BDNF. Nogle forsøg kan dokumentere end længerevarende effekt af træning på BDNF, mens andre forsøg ikke har været i stand til at påvise samme effekt (Zoladz & Pilc, 2010). Forklaringsmekanismerne er et område der lige pt. forskes meget i og jeg vil gætte på at vi ved meget mere om disse mekanismer om 5-10 år. Mon ikke forklaringen skal findes i en god blanding af de mekanismer jeg har beskrevet ovenfor plus en række mekanismer som ingen endnu er kommet i tanke om at undersøge. Forbehold Det er vigtigt for mig at pointere, at de resultater jeg har præsenteret i denne introduktion ikke skal overfortolkes. Det er veldokumenteret at fysisk aktivitet har en positiv effekt på læring, men det betyder ikke at man kan lære at læse ved at slå vejrmøller. Hvis det var tilfældet, at man lærte gode sproglige færdigheder og fik bedre arbejdshukommelse blot ved f.eks. at spille fodbold ville det ikke være så forfærdeligt forudsigeligt at se sportsnyhederne. Når der findes studier, der viser at niveauet i de boglige fag stiger selvom noget af tiden der tidligere blev brugt på matematik nu bruges på fysisk aktivitet, hænger det selvfølgelig sammen med både udgangspunktet for elevernes aktivitetsniveau og hvor meget tid der allokeres til fysisk aktivitet. Hvis man gennemførte et forsøg, hvor man erstattede al læseundervisning med idræt er jeg sikker på, at man ville få elever der var 5

dårligere læsere. Da vi ikke ved nok omkring dosis/respons sammenhængen må vi indtil videre blot opfordre til at man bruger sin sunde fornuft. Først og fremmest bør resultaterne der er præsenteret i dette kapitel tolkes således, at fysisk aktivitet bør være en integreret del af skoledagen også de boglige fag. Jeg tror på at fremtidens idrætslærer (og ikke-idrætslærere) vil være i stand til at finde den rigtige balance og timing mellem fysisk aktivitet og stillesiddende aktiviteter. 6

Best, J. R., & Miller, P. H. (2010). A developmental perspective on executive function. Child development, 81(6), 1641-1660. Chaddock, L., Erickson, K. I., Prakash, R., VanPatter, M., Voss, M. W., Pontifex, M. B.,... Kramer, A. F. (2010). Basal ganglia volume is associated with aerobic fitness in preadolescent children. Developmental Neuroscience,(1421-9859 (Electronic)). Chaddock, L., Erickson, K. I., Prakash, R. S., Kim, J. S., Voss, M. W., VanPatter, M.,... Kramer, A. F. (2010). A neuroimaging investigation of the association between aerobic fitness, hippocampal volume, and memory performance in preadolescent children. Brain Research, 1358(0), 172-183. doi: 10.1016/j.brainres.2010.08.049 Chaddock, L., Neider, M. B., Lutz, A., Hillman, C. H., & Kramer, A. F. Role of Childhood Aerobic Fitness in Successful Street Crossing. Medicine and Science in Sports and Exercise. Idrætsforskning, K. U. f. (2011). Fysisk aktivitet og læring - en konsensuskonference. København. Kempermann, G., Fabel, K., Ehninger, D., Babu, H., Leal-Galicia, P., Garthe, A., & Wolf, S. (2010). Why and how physical activity promotes experience-induced brain plasticity. Frontiers in Neuroscience, 4. Sibley, B. A., & Etnier, J. L. (2003). The relationship between physical activity and cognition in children: a meta-analysis. Pediatric Exercise Science, 15(3), 243-256. Tomporowski, P. D., Davis, C. L., Miller, P. H., & Naglieri, J. A. (2008). Exercise and Children s Intelligence, Cognition, and Academic Achievement. [Article]. Educational Psychology Review, 20(2), 111-131. doi: 10.1007/s10648-007-9057-0 Zoladz, J., & Pilc, A. (2010). The effect of physical activity on the brain derived neurotrophic factor: from animal to human studies. Journal of Physiology and Pharmacology, 61(5), 533-541. Aaberg, M., Pedersen, N., Toren, K., Svartengren, M., Backstrand, B., Johnsson, T.,... Kuhn, H. G. (2009). Cardiovascular fitness is associated with cognition in young adulthood. Proc Natl Acad Sci U S A, 106(49), 20906-20911. 7