O Projeto Cogni-Action: Atividade Física, Cérebro e Cognição (Cogni-Action)

Em relação ao estudo (ou seja, ensaio randomizado cruzado), as crianças serão randomizadas para cada sessão do protocolo, participando de todas elas com duas semanas de intervalo. Assim, eles irão ao nosso ginásio para realizar um dos três protocolos e posteriormente serão transferidos para um laboratório onde serão submetidos a medições de EEG e rastreamento ocular durante a condição de estado de repouso e durante duas tarefas cognitivas diferentes Mais detalhes podem ser encontrados em seguintes seções.

O desenho do projeto consistirá em uma tentativa cross-over contrabalançada onde os participantes realizarão, em dias diferentes, três diferentes protocolos de treinamento de CF em ordem aleatória. Cada criança visitará nosso laboratório três vezes, a cada duas semanas, para garantir um período de "wash-out" com o objetivo de mitigar o efeito da AF de cada protocolo. Os participantes assistirão às três sessões diferentes no mesmo dia da semana (por exemplo, segunda-feira) e no mesmo dia para evitar diferenças nas atividades escolares anteriores ou ritmos circadianos. Os participantes serão submetidos a uma "condição sedentária" (SC), sentando e assistindo a um documentário na TV como foi feito anteriormente, e dois protocolos diferentes de AF que consistem em "Treinamento Contínuo de Intensidade Moderada" (MICT), ou seja, caminhada contínua ao ar livre, e "Treinamento Intervalado de Alta Intensidade Cooperativa" (C-HIIT), composto por um treinamento em circuito com um parceiro (professor de educação física). Estes três protocolos foram escolhidos tendo em vista o que corresponde a tipos de atividades normalmente realizadas nas escolas. Assim, SC imita o tempo gasto durante qualquer aula acadêmica (ou seja, matemática ou aulas de línguas); MICT representa a atividade típica em uma aula de educação física; e o C-HIIT foi selecionado por ser postulado como um protocolo de exercícios que possivelmente poderia ser implementado na aula de EF. Os três protocolos são elaborados de forma que o gasto energético seja equivalente entre eles, para eliminar diferenças no gasto energético como possível fator de confusão. O protocolo de cálculo do gasto energético está detalhado em material complementar.

Após cada protocolo de AF, os participantes serão submetidos a medições de EEG e rastreamento ocular da seguinte forma: 1º, a atividade cerebral espontânea em estado de repouso será avaliada durante 3 min apenas com EEG e, posteriormente, o rastreamento ocular será registrado em paralelo com o EEG enquanto os participantes executar as tarefas cognitivas (uma tarefa de memória de trabalho e uma tarefa de leitura). As medições começarão entre 20 a 25 minutos após o término de cada condição. Desta forma, simularemos um recreio escolar no contexto chileno, antes do início da próxima disciplina. Todas as medidas serão realizadas no "Laboratorio Lenguaje & Cognición ELV", pertencente ao Instituto de Ciências Literárias e Linguísticas da Pontifícia Universidade Católica de Valparaíso. Para evitar influência subjetiva do avaliador, quando os participantes forem ao laboratório, o avaliador será cegado em qual protocolo de AF os participantes realizaram.

Medições neuroelétricas e eye-tracker Medição de EEG: Será utilizado um dispositivo B-Alert X24 para EEG (Advanced Brain Monitoring, Califórnia, Estados Unidos), que consiste em 24 eletrodos ativos que minimizam o ruído de dispositivos elétricos fora dos processos biológicos de interesse , garantindo boa qualidade de sinal. Dois canais serão usados ​​para registrar a atividade eletrooculográfica, para melhor discriminar entre a verdadeira atividade eletroencefalográfica e eletrooculográfica associada ao movimento e piscar dos olhos. As gravações serão feitas a uma taxa de amostragem de 256 valores por segundo, com um filtro passa-banda entre 0,1 - 100 Hz e um filtro notch de 50 Hz para eliminar o ruído da corrente alternada circundante na sala. De referir que este equipamento é wireless, o que torna mais cómodo e rápido a sua montagem nos participantes. Para este estudo os investigadores irão focar-se nos canais Fz, Cz, CPz, Pz, POz, Oz, O1 e O2.

Eye-tracker: Um Tobii Pro TX300 (Tobii, Estocolmo, Suécia) será usado para rastrear os movimentos dos olhos diretamente através de uma câmera sensível à luz perto do espectro infravermelho. Este equipamento estuda as características visuomotoras durante o processo de leitura e as trajetórias do olhar em torno de cada palavra. Além disso, servirá para definir os momentos exatos em que essas palavras são lidas e assim poder sincronizar o registro do EEG para calcular um sinal médio (N400) que reflita o processamento cerebral da linguagem. O mesmo dispositivo registra valores brutos do tamanho da pupila (diâmetro), salvando todos os dados com uma taxa de amostragem de 300 Hz.

Tarefas cognitivas durante medições neuroelétricas e de rastreador ocular Tarefa de memória de trabalho. Uma tarefa N-back será executada através do software E-Prime 2.0 sincronizado com o sistema de registro eletroencefalográfico e o rastreador ocular, para medir a atividade neuroelétrica e o diâmetro do tamanho da pupila bloqueado no tempo para a apresentação de cada estímulo (alvos e não-alvos) . O protocolo é muito semelhante ao explicado anteriormente para as condições 0-back e 2-back durante a avaliação fMRI. A principal diferença da presente tarefa em relação à tarefa N-back do fMRI é que a criança deve pressionar no teclado o número "1" quando detecta um estímulo alvo ou o número "2" para não-alvos. Esse tipo de tarefa gera um potencial EEG relacionado ao processamento cognitivo, caracterizado por uma deflexão positiva com pico em torno de 300 ms (P300), que tem sido amplamente estudado em vários tipos de tarefas que requerem atenção consciente, em qualquer modalidade perceptiva. Em outras palavras, é um potencial relacionado a eventos percebidos conscientemente, que não depende do caminho perceptivo estimulado, mas sim da necessidade de realocar recursos cognitivos e desenvolver respostas adequadas de acordo com o contexto em constante mudança. Para isolar os padrões EEG de P300 na memória de trabalho, os investigadores irão subtrair ao resultado de uma tarefa 2-back, o de um 0-back. Espera-se que o potencial relacionado ao evento P300 surja especialmente no sinal médio do EEG bloqueado no tempo para o início dos estímulos-alvo detectados. Artefatos como sinais eletrooculográficos serão subtraídos dos dados com um algoritmo implementado em EEGLAB, uma caixa de ferramentas de análise de EEG executada em MATLAB (Mathworks®). A rejeição manual de tentativas únicas será considerada com base na inspeção visual de artefatos nos dados.

Tarefa de leitura. O processamento da linguagem será avaliado por uma tarefa de compreensão de leitura onde serão apresentados parágrafos curtos para serem lidos normalmente. A técnica de rastreamento ocular será empregada para registrar a posição do olho, movimento e diâmetro da pupila, simultaneamente ao registro do EEG. Os participantes se sentarão em frente a um monitor, a aproximadamente 60 cm, colocando o queixo em um suporte ergonômico, que ajuda a diminuir os movimentos da cabeça e melhora a precisão do sinal do rastreador ocular. A tarefa de leitura será apresentada com a versão mais recente do Tobii Pro Lab. Depois de calibrar o sistema, cada criança recebe uma breve contextualização do tema, antes de iniciar a leitura, sabendo que posteriormente serão feitas sete questões de compreensão com diferentes graus de complexidade. Os participantes devem indicar a resposta correta entre três alternativas. Ressalta-se que serão utilizados três textos literários, apresentados de forma aleatória (1 por condição de exercício). Esses textos terão a mesma dificuldade, a mesma distribuição de áreas de interesse, quantidade de palavras semelhante e serão previamente validados por um painel de especialistas. Espera-se que a leitura de cada palavra gere um potencial EEG negativo com latência próxima a 400 ms (N400). A amplitude, a distribuição topográfica e a latência desse potencial são neuromarcadores eletrofisiológicos da habilidade linguística em geral e da capacidade de construir significado a partir das palavras. O rastreador ocular será utilizado para estudar a trajetória ocular durante a leitura e estabelecer os momentos em que as palavras são lidas. EEG e rastreamento ocular serão registrados simultaneamente para registrar movimentos oculares relacionados à leitura, fornecendo medidas como velocidade de leitura, durações de fixação, número de fixações, entre outros) e para medir potenciais de EEG relacionados à fixação ocular associados à carga cognitiva durante a leitura de palavras . O leitor deve notar que este potencial coincide experimentalmente com o N400, pelo que podem representar diferentes processos cerebrais sobrepostos, ou ser essencialmente o reflexo do mesmo mecanismo.

Desfechos primários em estudo cruzado agudo contrabalançado Atividade cerebral espontânea em estado de repouso. Após o protocolo de exercícios e antes das tarefas cognitivas, a atividade cerebral espontânea será medida com EEG enquanto as crianças descansam na posição sentada, a fim de medir a frequência de pico e a reatividade da onda alfa. A dinâmica da frequência de pico alfa (entre 7 e 13 Hz) durante um período de 3 minutos será calculada por meio de uma transformada de Hilbert. Em seguida, um valor médio e tendência da frequência de pico alfa serão calculados. Foi postulado que quanto maior a frequência do pico alfa, maior a capacidade cognitiva geral e a velocidade de processamento. Os investigadores se concentram nas ondas alfa porque essa onda cerebral é tradicionalmente associada a diferentes teorias de atenção e percepção consciente. Descobriu-se que a frequência da onda alfa aumenta após uma sessão de tarefas cognitivas. Além disso, o poder e a frequência das ondas cerebrais alfa antes da avaliação cognitiva foram correlacionados com o desempenho. Se a AF exerce um efeito positivo sobre o desempenho cognitivo, uma única sessão de AF também deve causar um aumento na frequência do pico alfa. De fato, isso foi encontrado por Gutmann et al. em dois estudos consecutivos. No entanto, falta uma relação estatística entre os incrementos induzidos por AF na frequência de pico alfa e o desempenho cognitivo.

Desempenho da memória de trabalho: acertos, erros, omissões e precisão serão calculados para alvos e não alvos da tarefa n-back, bem como a latência de resposta.

Compreensão da leitura: Após a leitura dos textos, serão dadas sete questões com diferentes graus de complexidade de compreensão. Para cada pergunta, haverá quatro alternativas para escolher como a resposta correta.

Carga cognitiva: Os investigadores agrupam várias medidas nesta categoria porque todas elas têm sido relacionadas com o conceito de carga cognitiva. Os dois primeiros vêm do EEG e os outros dois do rastreador ocular.

P300: O potencial relacionado ao evento P300 associado aos diferentes tipos de estímulo no n-back (alvo e não-alvo) será quantificado de acordo com a amplitude e latência do pico.

N400: Esse potencial relacionado ao evento relacionado à linguística também será descrito de acordo com a latência e amplitude. Por estar sincronizado com a fixação do olho nas palavras durante a tarefa de leitura, é conceitualmente um tipo de potencial relacionado à fixação.

Variações rápidas no tamanho da pupila: a pupila reage aos requisitos cognitivos e tem sido associada a aumentos na carga cognitiva durante várias tarefas, incluindo memória de trabalho e leitura. A quantidade de variações de alta frequência no diâmetro da pupila é estimada por um novo Índice de Atividade Cognitiva, que aumenta com a carga cognitiva. Esta medida pode ser representada como uma variável contínua no tempo graças à alta taxa de amostragem do rastreador ocular. O Índice de Atividade Cognitiva será medido durante as tarefas n-back e leitura.

Tempos de fixação de palavras: A duração das fixações visuais também tem sido associada ao tempo de processamento que o cérebro dedica para elaborar uma interpretação cognitiva da percepção. A média e o desvio padrão das fixações em torno das palavras serão calculados para a tarefa de leitura.