El proyecto Cogni-Action: actividad física, cerebro y cognición (Cogni-Action)

En cuanto al estudio (es decir, ensayo aleatorizado cruzado), los niños serán asignados al azar a cada sesión del protocolo, participando en todas ellas con dos semanas de diferencia. Por lo tanto, asistirán a nuestro gimnasio para realizar uno de los tres protocolos y posteriormente serán trasladados a un laboratorio donde se les realizarán mediciones de EEG y eye-tracking en estado de reposo y durante dos tareas cognitivas diferentes. Más detalles se pueden encontrar en siguientes secciones.

El diseño del proyecto consistirá en un ensayo cruzado contrapesado en el que los participantes realizarán, en días diferentes, tres protocolos de entrenamiento de AF diferentes en un orden aleatorio. Cada niño visitará nuestro laboratorio tres veces, cada dos semanas para asegurar un período de "lavado" con el fin de mitigar el efecto PA de cada protocolo. Los participantes asistirán a las tres sesiones diferentes el mismo día de la semana (por ejemplo, el lunes) y durante el mismo día para evitar diferencias en las actividades escolares anteriores o los ritmos circadianos. Los participantes se someterán a una "Condición sedentaria" (SC), sentados y viendo un documental en la televisión como se ha utilizado anteriormente, y dos protocolos de AF diferentes que consisten en "Entrenamiento Continuo de Intensidad Moderada" (MICT), es decir, caminata continua al aire libre, y “Entrenamiento Interválico de Alta Intensidad Cooperativo” (C-HIIT), compuesto por un circuito de entrenamiento con un compañero (profesor de educación física). Estos tres protocolos han sido elegidos en vista de lo que corresponde a los tipos de actividades que habitualmente se realizan en las escuelas. Por lo tanto, SC imita el tiempo empleado durante cualquier lección académica (es decir, clases de matemáticas o idiomas); MICT representa la actividad típica en una clase de educación física; y se ha seleccionado C-HIIT ya que se postula como un protocolo de ejercicio que posiblemente podría implementarse en la clase de educación física. Los tres protocolos están diseñados para que el gasto energético sea equivalente entre ellos, para eliminar las diferencias en el gasto energético como posible factor de confusión. El protocolo de cálculo del gasto energético se detalla en el material complementario.

Después de cada protocolo de PA, los participantes se someterán a EEG y mediciones de seguimiento ocular de la siguiente manera: primero, se evaluará la actividad cerebral espontánea en estado de reposo durante 3 minutos solo con EEG y, posteriormente, el seguimiento ocular se registrará en paralelo con EEG mientras los participantes realizar las tareas cognitivas (una tarea de memoria de trabajo y una tarea de lectura). Las mediciones comenzarán entre 20 a 25 minutos después del final de cada condición. De esta forma, emularemos un receso escolar en el contexto chileno, antes del inicio de la siguiente asignatura. Todas las medidas se llevarán a cabo en el "Laboratorio Lenguaje & Cognición ELV", perteneciente al Instituto de Ciencias de la Literatura y el Lenguaje de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Para evitar la influencia subjetiva del evaluador, cuando los participantes vayan al laboratorio, el evaluador estará cegado según el protocolo de PA realizado por los participantes.

Mediciones neuroeléctricas y eye-tracker Medición EEG: Se utilizará un dispositivo B-Alert X24 para EEG (Advanced Brain Monitoring, California, Estados Unidos), el cual consta de 24 electrodos activos que minimizan el ruido de los dispositivos eléctricos fuera de los procesos biológicos de interés , asegurando una buena calidad de señal. Se utilizarán dos canales para registrar la actividad electrooculográfica, para discriminar mejor entre la verdadera actividad electroencefalográfica y electrooculográfica asociada con el movimiento ocular y el parpadeo. Las grabaciones se realizarán a una frecuencia de muestreo de 256 valores por segundo, con un filtro de paso de banda entre 0,1 - 100 Hz y un filtro de muesca de 50 Hz para eliminar el ruido de la corriente alterna circundante en la habitación. Cabe señalar que este equipo es inalámbrico, lo que lo hace más cómodo y rápido para montar en los participantes. Para este estudio los investigadores se centrarán en los canales Fz, Cz, CPz, Pz, POz, Oz, O1 y O2.

Eye-tracker: Se utilizará un Tobii Pro TX300 (Tobii, Estocolmo, Suecia) para seguir los movimientos oculares directamente a través de una cámara sensible a la luz cerca del espectro infrarrojo. Este equipo estudia las características visomotoras durante el proceso de lectura y las trayectorias de la mirada alrededor de cada palabra. Además, servirá para definir los momentos exactos en los que se leen estas palabras y así poder sincronizar el registro EEG para calcular una señal media (N400) que refleje el procesamiento cerebral del lenguaje. El mismo dispositivo registra valores brutos del tamaño de la pupila (diámetro), guardando todos los datos con una frecuencia de muestreo de 300 Hz.

Tareas cognitivas durante mediciones neuroeléctricas y eye-tracker Tarea de memoria de trabajo. Se ejecutará una tarea N-back a través del software E-Prime 2.0 sincronizado con el sistema de registro electroencefalográfico y el eye-tracker, para medir la actividad neuroeléctrica y el diámetro del tamaño de la pupila sincronizados con la presentación de cada estímulo (objetivos y no objetivos) . El protocolo es muy similar al explicado anteriormente para las condiciones 0-back y 2-back durante la evaluación de fMRI. La principal diferencia de la presente tarea con respecto a la tarea N-back de fMRI es que los niños deben presionar en el teclado el número "1" cuando detectan un estímulo objetivo o el número "2" para los no objetivos. Este tipo de tareas genera un potencial EEG relacionado con el procesamiento cognitivo, caracterizado por una deflexión positiva que alcanza un pico aproximadamente en torno a los 300 ms (P300), que ha sido ampliamente estudiado en diversos tipos de tareas que requieren atención consciente, en cualquier modalidad perceptiva. En otras palabras, es un potencial relacionado con eventos que son percibidos conscientemente, que no depende del camino perceptivo estimulado, sino de la necesidad de reasignar recursos cognitivos y desarrollar respuestas apropiadas de acuerdo con el contexto en constante cambio. Para aislar los patrones EEG de P300 en la memoria de trabajo, los investigadores restarán al resultado de una tarea de 2 vueltas, el de una 0 vuelta. Se espera que el potencial relacionado con el evento P300 surja especialmente en la señal de EEG promedio sincronizada con el inicio de los estímulos de los objetivos detectados. Los artefactos, como las señales electrooculográficas, se restarán de los datos con un algoritmo implementado en EEGLAB, una caja de herramientas de análisis de EEG que se ejecuta en MATLAB (Mathworks®). Se considerará el rechazo manual de los ensayos individuales en función de la inspección visual de los artefactos en los datos.

Tarea de lectura. El procesamiento del lenguaje se evaluará mediante una tarea de comprensión lectora donde se presentarán párrafos breves para ser leídos con normalidad. La técnica de seguimiento ocular se empleará para registrar la posición del ojo, el movimiento y el diámetro de la pupila, simultáneamente con el registro de EEG. Los participantes se sentarán frente a un monitor, a aproximadamente 60 cm, colocando la barbilla en un soporte ergonómico, lo que ayuda a disminuir los movimientos de la cabeza y mejora la precisión de la señal del eye-tracker. La tarea de lectura se presentará con la última versión de Tobii Pro Lab. Luego de calibrar el sistema, a cada niño se le brinda una breve contextualización del tema, antes de comenzar a leer, sabiendo que luego se le harán siete preguntas de comprensión con diferentes grados de complejidad. Los participantes deberán indicar la respuesta correcta entre tres alternativas. Cabe señalar que se utilizarán tres textos literarios, presentados de forma aleatoria (1 por condición de ejercicio). Estos textos tendrán la misma dificultad, la misma distribución de áreas de interés, similar cantidad de palabras y serán previamente validados por un panel de expertos. Se espera que la lectura de cada palabra genere un potencial negativo EEG con una latencia cercana a los 400 ms (N400). La amplitud, la distribución topográfica y la latencia de este potencial son neuromarcadores electrofisiológicos de la capacidad lingüística en general y de la capacidad de construir significado a partir de las palabras. Se utilizará el eye-tracker para estudiar la trayectoria ocular durante la lectura y establecer los momentos en los que se leen las palabras. El EEG y el seguimiento ocular se registrarán simultáneamente para registrar los movimientos oculares relacionados con la lectura, brindando medidas como la velocidad de lectura, la duración de la fijación, el número de fijaciones, entre otras, y para medir los potenciales EEG relacionados con la fijación ocular asociados con la carga cognitiva durante la lectura de palabras. . El lector debe tener en cuenta que este potencial coincide experimentalmente con el N400, por lo que pueden representar diferentes procesos cerebrales superpuestos, o ser esencialmente el reflejo de un mismo mecanismo.

Resultados primarios en el estudio agudo contrabalanceado cruzado Actividad cerebral espontánea en estado de reposo. Después del protocolo de ejercicios y antes de las tareas cognitivas, se medirá la actividad cerebral espontánea con EEG mientras los niños descansan en posición sentada, con el fin de medir la frecuencia pico y la reactividad de la onda alfa. La dinámica de la frecuencia pico alfa (entre 7 y 13 Hz) durante un periodo de 3 minutos se calculará mediante una transformada de Hilbert. Luego, se calculará un valor promedio y una tendencia de la frecuencia pico alfa. Se ha postulado que cuanto mayor es la frecuencia del pico alfa, mayor es la capacidad cognitiva general y la velocidad de procesamiento. Los investigadores se centran en las ondas alfa porque esta onda cerebral se ha asociado tradicionalmente con diferentes teorías de la atención y la percepción consciente. Se ha descubierto que la frecuencia de la onda alfa aumenta después de una sesión de tareas cognitivas. Además, la potencia y la frecuencia de las ondas cerebrales alfa antes de la evaluación cognitiva se han correlacionado con el rendimiento. Si la AF ejerce un efecto positivo sobre el rendimiento cognitivo, una sola sesión de AF también debería causar un aumento en la frecuencia del pico alfa. De hecho, esto fue encontrado por Gutmann et al. en dos estudios consecutivos. Sin embargo, falta una relación estadística entre los incrementos inducidos por PA en la frecuencia máxima alfa y el rendimiento cognitivo.

Rendimiento de la memoria de trabajo: se calcularán los aciertos, los errores, las omisiones y la precisión para objetivos y no objetivos de la tarea n-back, así como la latencia de respuesta.

Comprensión de lectura: Después de la lectura de los textos, se darán siete preguntas con diferente grado de complejidad de comprensión. Para cada pregunta habrá cuatro alternativas a elegir como respuesta correcta.

Carga cognitiva: Los investigadores agrupan varias medidas en esta categoría porque todas ellas se han relacionado con el concepto de carga cognitiva. Los dos primeros provienen del EEG y los otros dos del eye-tracker.

P300: El potencial relacionado con el evento P300 asociado con los diferentes tipos de estímulo en el n-back (objetivo y no objetivo) se cuantificará según la amplitud y la latencia del pico.

N400: Este potencial relacionado con eventos relacionados con la lingüística también se describirá de acuerdo con la latencia y la amplitud. Debido a que estará sincronizado con la fijación del ojo en las palabras durante la tarea de lectura, conceptualmente es un tipo de potencial relacionado con la fijación.

Variaciones rápidas del tamaño de la pupila: la pupila reacciona a los requisitos cognitivos y se ha asociado con aumentos en la carga cognitiva durante varias tareas, incluidas la memoria de trabajo y la lectura. La cantidad de variaciones de alta frecuencia en el diámetro de la pupila se estima mediante un nuevo índice de actividad cognitiva, que aumenta con la carga cognitiva. Esta medida se puede representar como una variable continua en el tiempo gracias a la alta frecuencia de muestreo del eye-tracker. El Índice de Actividad Cognitiva se medirá durante las tareas de n-back y lectura.

Tiempos de fijación de palabras: La duración de las fijaciones visuales también se ha asociado con el tiempo de procesamiento que el cerebro dedica a elaborar una interpretación cognitiva de la percepción. Se calculará la desviación promedio y estándar de las fijaciones alrededor de las palabras para la tarea de lectura.