Kardiorespiratorisk utholdenhet og evne til oppmerksomhet hos skoleelever i ung voksen-alder

Abstract

Bakgrunn: Tidligere forskning indikerer foreliggende sammenhenger mellom fysisk aktivitetsnivå og kognitiv funksjon. Fysisk aktivitet som øker kroppens evne til å ta opp og benytte seg av oksygen og som derfor øker evne til kardiorespiratorisk utholdenhet, har vist seg å kunne ha en fordelaktig påvirkning på kognitiv funksjon. Spesielt virker fordelene være fremtredende innen eksekutive domener som omhandler oppmerksomhetskontroll. Det er også mye som tyder på at økt fysisk aktivitet i skolehverdagen kan være gunstig for akademisk skoleprestasjon, og at en økt grad av fysisk aktivitet kan bidra til et økt læringsutbytte. Imidlertid har den største andelen av forskning på feltet så langt vært rettet mot eldre og barn. For unge voksne, som kognitivt sett er i sin beste alder, foreligger det imidlertid svært begrenset empiri, og det er tvetydige resultater på effekter fysisk aktivitet kan ha på kognitiv funksjon i denne aldersgruppen. Hensikt: Formålet med studien er å undersøke om det foreligger en sammenheng mellom kardiorespiratorisk utholdenhet, målt ved maksimalt oksygenopptak ( O2max), og evne til oppmerksomhet over tid hos skoleelever i ung voksen-alder, og samtidig diskutere hvordan dette kan relateres til skole og læring. Problemstilling: Foreligger det en sammenheng mellom kardiorespiratorisk utholdenhet og evne til oppmerksomhet over tid, hos mannlige skoleelever i ung voksen-alder? Metode: Et tverrsnittsdesign ble benyttet. Kardiorespiratorisk utholdenhet og evne til oppmerksomhet over tid ble kartlagt hos 54 unge mannlige elever (17.9±0.9 år, 71.5±11.2 kg, 181.9±7.0 cm). For å kartlegge kardiorespiratorisk utholdenhet foretok elevene en O2max - test på tredemølle. En visuell oppmerksomhetstest basert på Posner-paradigmet, ble benyttet for å avgjøre evne til oppmerksomhet over tid ved å måle reaksjonstid (RT), reaksjonsnøyaktighet og evne til inhibisjon ved ulike typer stimuli. Et spørreskjema ble benyttet for å kartlegge ulike kontrollvariabler. Datainnsamling foregikk ved to separate tidspunkt for hver elev over en periode på 6-uker. I analysene ble testen delt i to like deler for å kunne evaluere forskjeller i prestasjon som en følge av test-lengde. Lineære multiple regresjonsanalyser ble benyttet for å undersøke effekter fra O2max opp mot de ulike stimuli kategoriene mens det også ble justert for kontrollvariabler. Resultater: Elevene hadde en gjennomsnittlig O2max på 54,2±4,9 mL•kg-1•min-1, og resultatene fordelte seg mellom 41,9 - 66,7 mL•kg-1•min-1. Gjennomsnittlig reaksjonstid i den kognitive testen var lavest for stimulikategorien ―gyldig forhåndsvarsel‖ (293±28 msek), fulgt av ―ugyldig forhåndsvarsel‖ (353±35 msek) og ‖ingen forhåndsvarsel‖ (376±31 msek). Feilaktige responser var lavest for stimulikategorien ―gyldig signal‖ (5,1±4,8%) og høyest for stimulikategorien ―ugyldig signal‖ (8,6±7,4%). Parede t-tester viste en signifikant økning av RT og feilprosent fra første til siste halvdel av den kognitive testen for alle stimulikategoriene (p = <0.001). Lineære multiple regresjonsanalyser viste at O2max forklarte den største delen av variasjonen i resultatene for den mest komplekse stimulikategorien ―ugyldig forhåndsvarsel‖. Det var en signifikant negativ korrelasjon mellom O2max og RT ved denne stimulikategorien, for hele testen. Dette gjaldt både før (β = -.287, p = 0.035), og etter (β = - .296, p = 0.046) at det ble justert for kontrollvariablene feil, opplagthet før testen, tid brukt på elektroniske spill (daglig) og nikotin (daglig bruk). Den sterkeste korrelasjonen ble funnet i den siste delen av testen, dette gjaldt både før (β = -.323, p = .017), og etter (β = -.335, p = .023) at det ble justert for kontrollvariabler. Det le ikke funnet signifikante korrelasjoner mellom O2max og RT for de andre stimulikategoriene. Konklusjon: Funnene er i tråd med forskning som har antydet positive assosiasjoner mellom kardiorespiratorisk utholdenhet og kognitiv funksjon hos unge voksne, spesifikt innen evne til oppmerksomhetskontroll over tid. O2max ble også funnet å være negativt korrelert med mental trøtthet på komplekse stimuli som krever økte kognitive ressurser. En litteraturgjennomgang tyder også på at fysisk aktivitet kan være fordelaktig for akademisk skoleprestasjon. Implikasjoner: Studien supplerer en allerede svært begrenset empiri på området rundt fysisk aktivitet og kognitiv funksjon hos unge voksne, og resultatene kan ha implikasjoner for fremtidig forskning, og fokusområder. Flere studier er nødvendig for å vurdere forholdet mellom O2max og oppmerksomhet, og hvordan dette relaterer seg til mental trøtthet som en konsekvens av krevende langvarige oppgaver. Fremtidig forskning som i tillegg undersøker i hvilken grad evne til oppmerksomhetskontroll har overføringsverdi til akademisk skoleprestasjon, kan gi økt kunnskap rundt hvordan skolehverdagen bør legges opp for best å legge til rette for læring.

Background: Prior research indicates present relationships between physical activity and cognitive function. Physical activity that increases the ody’s ability to take up and utilize oxygen, and therefore increases the ability of cardiorespiratory endurance, has been shown to have beneficial effects on cognitive function. These benefits seem to be particularly prominent within executive domains concerning attentional control. Additionally, there are strong indications suggesting that increased physical activity can be beneficial also for academic school performance, and that an increased level of physical activity may improve learning outcomes. However, the largest share of research in this area has been directed towards the elderly and children. For young adults considered to be in their cognitive prime, however, there is very limited empirical evidence, and findings are both ambiguous and inconsistent in terms of the effects physical activity can have on cognitive function, in this age group. Aim: The purpose of this study is to investigate whether there is an association between cardiorespiratory fitness, as measured y maximum oxygen uptake ( O2max), and the ability of prolonged attention in young adult students, and simultaneously discuss how this may relate to school and learning. Research question: Is there an association between cardiorespiratory fitness and ability of prolonged attention in young adult students? Methods: Using a cross-sectional design; the cardiorespiratory fitness and attentional ability of 54 young male adults (17.9±0.9 years, 71.5±11.2 kg, 181.9±7.0 cm) was assessed. Participants performed a direct measure of maximal oxygen uptake using a graded treadmillprotocol to determine O2max. A visuospatial attention test employing a Posner-paradigm cueing task was used to determine reaction time (RT), accuracy and cognitive inhibition following different types of stimuli. A questionnaire was used to identify and chart various control variables. Data was collected in two separate occasions for each participant during a 6-week period. In analyses, the test was divided to investigate differences due to test-length. Linear multiple regression analyses, adjusting for covariates, was used to investigate the effects from O2max on the different stimuli categories. Results: The students had a mean O2max score of 54.2±4.9 mL•kg-1•min-1, and the results were distributed between 41.9 to 66.7 mL•kg-1•min-1. The lowest reaction time (RT) was registered for the stimuli category ―valid cue‖ (293±28 msec), followed y ―invalid cue‖ (353±35 msec) and ―no cue‖ (376±31 msec). Errors were lowest for the stimuli category ―valid cue‖ (5.1±4.8 %) and highest for ―invalid cue‖ (8.6±7.4 %). Paired sample t-tests showed that time on task had a negative impact on performance in all stimuli categories (p = <0.001). Linear multiple regression analyses adjusting for erroneous responses, subjective alertness, daily time spent on video games, and daily nicotine use showed that higher O2max was associated with lower RT for the most complex stimuli category ―invalid cue‖. This applied for the whole test with crude and adjusted values of β = -.287, p = 0.035 and β = - .296, p = 0.046, respectively, and for the last part of the test where the strongest correlation was found, with crude and adjusted values of β = -.323, p = .017 and β = -.335, p = .023, respectively. There was no significant association between O2max and RT for the other stimuli categories. Conclusions: The findings correspond with research suggesting positive associations between cardiorespiratory fitness and cognitive function in young adults, specifically within attentional domains of inhibitory control. Also, O2max was inversely correlated to mental fatigue following cognitively demanding and complex stimuli. A literature review also suggests that physical activity may be beneficial for academic school achievement. Implications: The study contributes to an already very limited empirical data regarding physical activity and cognitive function in young adults. The results may have implications for future research, and areas of focus. More studies are needed to further assess this relationship between O2max and attentional tasks demanding inhibitory control, and how this relates to mental fatigue as a consequence of time on task. Future research should also examine the extent to which the ability of attention control has relevance for academic school performance as this can provide more information about how school life could be organized to best facilitate learning.