Beneficios de la manipulación de la carga mental del ejercicio físico sobre el rendimiento cognitivo, académico y deportivo

Abstract

El ejercicio físico regular ha sido asociado con múltiples beneficios para la salud, incluyendo la reducción del riesgo de enfermedades crónicas como enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2, cáncer y trastornos mentales. Además, estudios recientes han encontrado que produce cambios no solo funcionales, sino también estructurales en el cerebro, y se ha demostrado que está relacionado con mejoras en el rendimiento cognitivo y académico en niños y adultos. Meta-análisis recientes han demostrado que una combinación de ejercicio aeróbico y de fuerza produce beneficios más significativos que si ambos tipos de ejercicio se practicaran de forma independiente. Los estímulos externos durante los ejercicios cognitivos, como los juegos que requieren procesamiento de información y el uso de las funciones ejecutivas para lograr el éxito, también pueden contribuir a mejorar el rendimiento cognitivo si nos basamos en “la hipótesis de la estimulación cognitiva”, pero es difícil encontrar en la literatura estudios que comparen el efecto entre una práctica con carga mental frente a una ausente de ella. La carga mental asociada con estas actividades tiene dos dimensiones: una puramente cognitiva y otra emocional. Las condiciones ambientales del juego o tarea con este tipo de demandas someten a los individuos a un proceso continuo de iniciación, control y flexibilidad del comportamiento, que se cree que estimula procesos componentes de la función cognitiva. Deportes como el baloncesto, que exigen atención en un entorno en constante cambio para percibir la información necesaria y tomar decisiones, se consideran un excelente contexto para mejorar la cognición. Uno de los paradigmas más utilizados para ver el efecto de aplicar carga mental sobre el rendimiento deportivo es el de la doble tarea, en la cual el deportista debe realizar la habilidad específica de su deporte mientras se somete a una tarea secundaria que demanda parte de sus recursos atencionales. Los resultados muestran un deterioro del rendimiento en los novatos pero no en los expertos, lo que sugiere que la tarea secundaria no interfiere en la ejecución de la habilidad. Sin embargo, no se ha comprobado si la tarea secundaria cognitiva era lo suficientemente estimulante como para afectar el rendimiento motor. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral Internacional fue examinar el impacto de realizar ejercicio físico con carga mental en el rendimiento cognitivo (i.e. funciones ejecutivas), la morfología de las estructuras cerebrales y el rendimiento deportivo. Para lograr esto, se llevaron a cabo tres estudios experimentales, incluyendo dos estudios transversales y un estudio longitudinal que involucró una intervención de entrenamiento de 4 meses con un grupo control, un grupo fitness y un grupo que practicaba baloncesto por ser un ejercicio físico con presencia de carga mental. Los resultados de los estudios transversales fueron que cuando se aumentaba la cantidad de estímulos para actualizar y mantener la información en la memoria de trabajo, disminuía su precisión. Además, los hallazgos demostraron que la frustración y la ansiedad que provocaban la tarea también afectaban negativamente el desempeño. En cuanto al estudio longitudinal, se ha constatado que la práctica de ejercicio físico puede mejorar el desempeño en las funciones ejecutivas: se observó una mejoría únicamente en la flexibilidad cognitiva del grupo de fitness, mientras que la mejora del control inhibitorio fue significativamente mayor en el grupo cuya práctica involucraba componentes cognitivo-emocionales que aumentaban la carga mental de la tarea. Asimismo, se observaron cambios en la estructura del córtex prefrontal del cerebro a través de resonancia magnética. Concretamente, se encontró un aumento en las regiones dorsal, medial y ventrolateral en el grupo que practicó ejercicio físico con carga mental.

Regular physical exercise has been associated with multiple health benefits, including a reduction in the risk of chronic diseases such as cardiovascular disease, type 2 diabetes, cancer, and mental disorders. Additionally, recent studies have found that exercise produces not only functional but also structural changes in the brain, and has been shown to be related to improvements in cognitive and academic performance in children and adults. Recent meta-analyses have demonstrated that a combination of aerobic and strength exercise produces more significant benefits than if both types of exercise were practiced independently. External stimuli during cognitive exercises, such as games that require information processing and the use of executive functions to achieve success, may also contribute to improving cognitive performance based on the "cognitive stimulation hypothesis," but it is difficult to find studies in the literature that compare the effect between a practice with mental load versus one without it. The mental load associated with these activities has two dimensions: one purely cognitive and one emotional. The environmental conditions of the game or task with this type of demand subject individuals to a continuous process of initiation, control, and flexibility of behavior, which is believed to stimulate component processes of cognitive function. Sports such as basketball, which require attention in a constantly changing environment to perceive necessary information and make decisions, are considered an excellent context for improving cognition. One of the most used paradigms to see the effect of applying mental load on sports performance is the dual-task paradigm, in which the athlete must perform the specific skill of their sport while undergoing a secondary task that demands some of their attentional resources. The results show a deterioration in performance in novices but not in experts, suggesting that the secondary cognitive task does not interfere with skill execution. However, it has not been verified whether the cognitive secondary task was stimulating enough to affect motor performance. The main objective of this International Doctoral Thesis was to examine the impact of performing physical exercise with mental load on cognitive performance (i.e. executive functions), the morphology of brain structures, and sports performance. To achieve this, three experimental studies were conducted, including two cross-sectional studies and a longitudinal study that involved a 4-month training intervention with a control group, a fitness group, and a group that practiced basketball as a physical exercise with the presence of mental load. The results of the cross-sectional studies were that when the amount of stimuli to update and maintain information in working memory increased, its precision decreased. Additionally, the findings demonstrated that the frustration and anxiety provoked by the task also negatively affected performance. Regarding the longitudinal study, it was found that physical exercise practice can improve performance in executive functions: an improvement was observed only in the cognitive flexibility of the fitness group, while the improvement in inhibitory control was significantly greater in the group whose practice involved cognitiveemotional components that increased the mental load of the task. Additionally, changes were observed in the structure of the prefrontal cortex of the brain through magnetic resonance imaging. Specifically, an increase was found in the dorsal, medial, and ventrolateral regions in the group that practiced physical exercise with mental load.