Tra i nuovi filoni di ricerca nelle scienze cognitive e del comportamento con le più interessanti potenzialità applicative nel campo educativo e della sanità va incluso senz’altro quello degli studi sperimentali sui rapporti tra esercizio fisico, sport, e funzioni esecutive.
Cosa sono le funzioni esecutive?
L’espressione “funzioni esecutive” si riferisce in generale ai processi cognitivi e metacognitivi (dove è presente anche la consapevolezza dei processi mentali in corso) che rendono possibile l’autoregolazione emotiva e comportamentale. Esse comprendono una serie di funzioni diverse ma interconnesse: 1) l’attenzione selettiva e sostenuta, cioè la capacità di conservare la concentrazione su un oggetto – esterno o mentale – o su un comportamento particolare resistendo agli stimoli distraenti; 2) automonitorare il proprio comportamento e le proprie emozioni; 3) regolare volontariamente le emozioni; 4) inibire i comportamenti impulsivi o gli automatismi appresi; 4) mantenere la preferenza verso obiettivi a lungo termine e associati a ricompense maggiori di fronte a ricompense immediate; 5) organizzare in modo flessibile il comportamento in relazione agli esiti delle proprie azioni osservati in itinere[i]. Per questa loro natura, le funzioni esecutive sono peraltro le facoltà che regolano e mettono un freno ai comportamenti impulsivi, quelli a cui sono legati i rischi maggiori in termini di compromissione dell’integrità e della salute fisica, del mantenimento di relazioni affettive sane, della capacità di portare a termine obiettivi personali funzionali.
Le funzioni esecutive sono quindi alla base delle competenze trasversali e fondamentali per la salute psicofisica e la vita di relazione, le cosiddette life skills, quell’insieme di abilità da cui dipendono i comportamenti adattativi, le relazioni interpersonali efficaci, le decisioni funzionali, il fronteggiamento dello stress, la consapevolezza, l’autoregolazione. Per elaborare e mettere in atto comportamenti efficaci e funzionali anche a lungo termine bisogna infatti saper essere attenti, rilevare le variabili in gioco in ciò che succede, regolare le emozioni che sorgono in noi, inibire la tendenza a farci trascinare da altri stimoli o dall’indolenza, cambiare direzione se ciò che facciamo non dà i risultati attesi o se nel frattempo è successo qualcosa che ha cambiato il quadro della situazione, saper inibire e cambiare o estinguere le abitudini o gli automatismi nocivi grazie al controllo volontario.
Le ricerche sperimentali indicano che le funzioni esecutive e l’autocontrollo sono le facoltà psicologiche che più correlano col successo scolastico e quello professionale, con relazioni più stabili e appaganti, con una vita più lunga, più sana e più in generale felice e piena. Per queste ragioni ad esempio lo sport può aiutare a prevenire e curare disturbi del comportamento che dipendono da scarsa autoregolazione, come i disturbi del comportamento alimentare, le dipendenze, il tabagismo. Ne ho parlato in generale in questo precedente post o in questo specificamente dedicato all’uso dello sport per smettere di fumare.
Tra i programmi di ricerca sperimentali che più stanno contribuendo a precisare il rapporto tra esercizio fisico e potenziamento delle funzioni esecutive c’è il Il programma FITKids – Fitness Improves Thinking in Kids.
Il programma FITKids – Fitness Improves Thinking in Kids
Realizzato dall’Università dell’Illinois, il programma FITKids ha coinvolto 220 bambini (7-9 anni) e ha fornito a una serie di attività sportive ed educative doposcuola per un intero anno scolastico (9 mesi). Lo studio sperimentale randomizzato prevedeva la rilevazione dei cambiamenti nella fitness aerobica (massimo consumo di ossigeno), nell’attività elettrica nel cervello (P300-ERP). Allo stesso tempo, sono state raccolte misure comportamentali (accuratezza, tempo di reazione) del controllo esecutivo usando compiti che reclutavano l’inibizione attenzionale e la flessibilità cognitiva.
L’intervento doposcuola durava due ore e veniva realizzato in una struttura ricreativa nel campus dell’Università dell’Illinois. Nello specifico, l’intervento includeva da 30 a 40 minuti di esercizio fisico non strenuo ma al di sopra della soglia aerobica e monitorato da un cardiofrequenzimento per ogni bambino. Al termine della fase attiva di esercizio veniva offerto ai bambini uno spuntino sano e nel riposo una parte informativa ed educativa anche con giochi (45-55 minuti) incentrati su un tema di abilità. Il programma è stato offerto 150 giorni dei 170 giorni scolastici.
Tre diversi test cognitivi erogati all’inizio e alla fine del programma, tra cui anche il Flanker task, sono stati usati per monitorare i cambiamenti prodotti dal programma di intervento. Oltre a queste misure comportamentali, è stata raccolta l’attività elettroencefalografica durante i compiti cognitivi per verificare gli eventuali cambiamenti nell’ampiezza e nella latenza dell’onda P300. L’onda P300 è un parametro dell’attività della corteccia cerebrale rilevato con elettroencefalogramma. Tanto è più ampia e pronta è questa onda, tanto maggiore è l’attenzione e il controllo cognitivo del comportamento.
I dati così raccolti alla fine dei 9 mesi di intervento indicano che l’aumento della forma fisica aerobica migliora significativamente gli indici cerebrali e comportamentali del controllo esecutivo, dell’autoregolazione[ii]. Fatto ancora più importante è che questi effetti sono selettivi per aspetti complessi della cognizione, quelli che richiedono più forti capacità inibitorie, attentive e di flessibilità cognitiva[iii]. I risultati infatti non indicano cambiamenti significativi per le parti di compiti nei test che richiedono aspetti cognitivi di ordine inferiore (cioè non esecutivo). Inoltre, i benefici legati al miglioramento della fitness aerobica sembrano seguire una relazione dose-risposta, vale a dire che i miglioramenti cognitivi ed esecutivi più alti si registrano con i tassi più elevati di partecipazione all’attività fisica pomeridiana.
Sono evidenze assai importanti dal punto di vista dell’organizzazione delle attività educative e per lo spazio che l’esercizio fisico dovrebbe avere all’interno dei curricula scolastici e in generale della quotidianità dei bambini e dei ragazzi.
Come abbiamo detto, i risultati di questi studi sono stati ormai confermati da una enorme massa di ricerche simili e anche studi e analisi di revisione, ad esempio Álvarez-Bueno e altri [iv], o Donnely e collaboratori, i quali hanno realizzato un vastissimo sforzo di sintesi delle ricerche sulle correlazioni positive tra attività fisica, grado di fitness dei ragazzi e attività cognitive, funzioni esecutive e risultati scolastici[v].
Alcune tra queste ricerche hanno anche indagato le basi neurali di questi effetti, andando a misurare i cambiamenti indotti dall’esercizio fisico nelle attivazioni delle aree cerebrali che intervengono nell’esecuzione delle funzioni esecutive. Una recentissima ricerca condotta nel 2019 da Aylin Mehren e collaboratori ha confermato gli effetti sull’autocontrollo e su altre funzioni cognitive dell’esercizio fisico moderato e dimostrato che questo effetto dipende dalla maggiore attività nelle aree della corteccia cerebrale correlate all’autocontrollo e alla regolazione delle emozioni e del comportamento indotta dall’esercizio fisico[vi].
Ma perché l’esercizio fisico produce questi effetti cognitivi e comportamentali? In che modo l’attività fisica si trasforma in migliori capacità di attenzione e di controllo del comportamento?
La risposta sta nella cascata di processi neuroplastici che l’esercizio fisico innesca nel sistema nervoso e nel cervello. Nei prossimi post cercherò di illustrare alcuni dei meccanismi alla base di questi processi.
Stefano Canali
Riferimenti bibliografici
[i] Corbett, B. A., Constantine, L. J., Hendren, R., Rocke, D.,& Ozonoff, S. (2009). Examining executive functioning in children with autism spectrum disorder, attention deficit hyperactivity disorder and typical development. Psychiatry Research, 166, 210–222; Meltzer, L. Teaching Executive Functioning Processes: Promoting Metacognition, Strategy Use, and Effort, in Goldstein S., J.A. Naglieri, Handbook of executive functions, Springer, New York, 2014.
[ii] Hillman CH, Pontifex MB, Castelli DM, et al. Effects of the FITKids randomized controlled trial on executive control and brain function. Pediatrics. 2014;134(4):e1063‐e1071. doi:10.1542/peds.2013-3219.
[iii] Drollette ES, Pontifex MB, Raine LB, et al. Effects of the FITKids physical activity randomized controlled trial on conflict monitoring in youth. Psychophysiology. 2018;55(3):10.1111/psyp.13017. doi:10.1111/psyp.13017.
[iv] Álvarez-Bueno, C.; Pesce, C.; Cavero-Redondo, I.; Sánchez-López, M.; Martínez-Hortelano, J.A.; Martínez-Vizcaíno, V. The Effect of Physical Activity Interventions on Children’s Cognition and Metacognition: A Systematic Review and Meta-Analysis. J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry 2017, 56, 729–738.
[v] Donnelly JE, Hillman CH, Castelli D, Etnier JL, Lee S, Tomporowski P, Lambourne K, Szabo-Reed AN
Physical Activity, Fitness, Cognitive Function, and Academic Achievement in Children: A Systematic Review. Med Sci Sports Exerc. 2016 Jun; 48(6):1197-222.
[vi] Mehren A, Diaz Luque C, Brandes M, Lam AP, Thiel CM, Philipsen A, Özyurt J. Intensity-Dependent Effects of Acute Exercise on Executive Function. Neural Plast. 2019 Jun 4;2019:8608317.
