La métacognition et l’exercice physique
Il existe de nombreuses études reliant la métacognition (les capacités cognitives) à l’importance de l’exercice physique soutenu dans les étapes critiques du neurodéveloppement, telles que l’enfance et l’adolescence. En plus de favoriser la croissance physique et motrice, l’exercice physique interagit également de manière significative avec les capacités cognitives et d’apprentissage. Cela se produit à travers divers mécanismes physiologiques et métaboliques :
1. Angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux sanguins et capillaires) : L’angiogenèse est le processus de formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants. C’est un processus physiologique qui se produit pendant le développement embryonnaire, la cicatrisation des plaies et la croissance tumorale. On pense également qu’elle joue un rôle dans l’adaptation musculaire à l’exercice et dans la récupération des lésions musculaires. Des études récentes ont montré que l’augmentation de l’angiogenèse dans les tissus musculaires est associée à une plus grande endurance et à une meilleure récupération après l’exercice. On pense que cela se produit en apportant plus d’oxygène et de nutriments aux cellules musculaires, leur permettant de mieux s’adapter aux exigences de l’exercice. De plus, l’angiogenèse peut également jouer un rôle dans les blessures musculaires en aidant à la réparation des tissus et en favorisant la guérison. L’angiogenèse a été montrée comme jouant un rôle dans la fonction cognitive et le développement de certaines conditions neurologiques. Des études ont suggéré que l’augmentation de la croissance des vaisseaux sanguins dans le cerveau, ou l’angiogenèse, est associée à une meilleure fonction cognitive et à la mémoire. En vieillissant et dans la maladie d’Alzheimer, l’angiogenèse est altérée, ce qui entraîne une réduction du débit sanguin vers le cerveau et une diminution de la fonction cognitive. À l’inverse, certaines études ont montré qu’augmenter l’angiogenèse cérébrale par l’exercice, l’alimentation ou la médication peut améliorer la fonction cognitive et réduire le risque de troubles neurologiques.
2. Distribution efficace du glucose : Le cerveau dépend fortement du glucose comme source d’énergie principale. Les neurones, en particulier ceux du cortex préfrontal gauche, nécessitent un apport constant en glucose pour maintenir leurs fonctions. Le glucose est converti en adénosine triphosphate (ATP), la molécule d’énergie cellulaire, par la glycolyse et la respiration cellulaire. Les fonctions exécutives telles que la planification, la prise de décision et la mémoire de travail sont soutenues par des réseaux neuronaux dans le cortex préfrontal gauche. Cette région frontale est particulièrement sensible aux fluctuations des niveaux de glucose sanguin en raison de sa demande énergétique élevée. Lorsque les niveaux de glucose chutent en dessous d’un certain seuil lors d’une hypoglycémie, les neurones peuvent rencontrer des difficultés dans la communication synaptique et la synthèse de neurotransmetteurs, affectant négativement les fonctions exécutives. L’attention, la mémoire et la prise de décision sont altérées, et les individus peuvent éprouver de la confusion et des changements émotionnels.
3. Flux sanguin cérébral.
4. Fonction des neurotransmetteurs : Lorsque les niveaux de glucose sanguin diminuent, la synthèse de neurotransmetteurs clés tels que la sérotonine, la dopamine et le glutamate est perturbée. Ces neurotransmetteurs sont essentiels au fonctionnement du cortex préfrontal gauche et des fonctions exécutives.
– Sérotonine : L’hypoglycémie peut réduire les niveaux de sérotonine, généralement associée à des troubles de l’humeur et de la régulation émotionnelle. Cela peut se manifester par de l’irritabilité, de l’anxiété, voire de la dépression, affectant négativement la prise de décision et le contrôle émotionnel.
– Dopamine : La dopamine joue un rôle crucial dans la motivation, l’attention et la mémoire de travail. Les niveaux de glucose bas peuvent réduire la libération de dopamine, affectant la capacité à maintenir l’attention et à se concentrer sur des tâches cognitives.
– Glutamate : Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur dans le cerveau et est impliqué dans la plasticité synaptique et la mémoire. L’hypoglycémie peut affecter la fonction du glutamate, entravant la communication efficace entre les neurones et donc les capacités de raisonnement logique et de résolution de problèmes.
5. Changements structurels du cerveau dus à l’exercice physique : Un mécanisme clé par lequel l’exercice améliore la fonction cérébrale est en favorisant la génération de nouvelles cellules cérébrales, un processus connu sous le nom de neurogenèse. L’exercice a été montré pour augmenter la croissance de nouveaux neurones dans l’hippocampe, une région du cerveau impliquée dans l’apprentissage et la mémoire. L’activité physique peut également augmenter la production du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF), une protéine qui joue un rôle crucial dans la croissance et la survie des cellules cérébrales. Le BDNF aide à soutenir la croissance et la survie des neurones existants ainsi que la croissance et le développement de nouveaux neurones et synapses. En plus de favoriser la neurogenèse et la production de BDNF, l’exercice régulier a également été démontré pour améliorer la fonction cognitive, y compris l’attention, la prise de décision et la planification. L’exercice régulier peut également avoir un impact positif sur la santé mentale, y compris en réduisant les symptômes de la dépression et de l’anxiété (Diamond, 2015).
Sur la base de ces preuves scientifiques, les interventions visant à améliorer les fonctions
exécutives devraient inclure l’exercice physique en plus de l’enseignement de stratégies de gestion émotionnelle et de compétences sociales.
Dans une revue systématique avec une méta-analyse sur ce sujet, Álvarez et ses collègues (2017) ont trouvé que les programmes favorisant l’exercice physique chez les enfants et les adolescents tendent à produire des améliorations dans :
– A – Les fonctions exécutives
– B – La mémoire de travail : La mémoire de travail est une capacité cognitive qui permet au cerveau de stocker et de manipuler des informations pendant une courte période pour effectuer diverses tâches cognitives telles que le raisonnement, la compréhension et l’apprentissage. Elle peut être comparée à un bloc-notes vierge où vous notez votre solde de compte bancaire pour le fournir à votre courtier en bourse. Le concept de mémoire de travail a été introduit par Alan Baddeley et Graham Hitch en 1974. Les deux auteurs proposent que la mémoire de travail se compose de plusieurs composants, dont une boucle phonologique (pour les informations verbales), une boucle visuo-spatiale (pour les informations visuelles et spatiales) et une boucle exécutive centrale (qui contrôle l’attention et coordonne les activités des autres composants). Le cortex cingulaire antérieur (ACC) est une région cérébrale qui régule l’attention, la prise de décision et la détection d’erreurs. Le cortex cingulaire antérieur est étroitement lié à la mémoire de travail et est censé jouer un rôle dans le contrôle et la coordination des processus de mémoire de travail. L’une des principales façons dont on pense que le cortex cingulaire antérieur est impliqué dans la mémoire de travail est par son rôle dans le contrôle de l’attention. On a montré que le cortex cingulaire antérieur est actif lorsque les personnes doivent concentrer leur attention sur des informations spécifiques dans la mémoire de travail et inhiber les informations non pertinentes. C’est important pour maintenir le contenu de la mémoire de travail actif et être capable de l’utiliser dans une tâche cognitive. Le cortex cingulaire antérieur (ACC) sert également à la détection d’erreurs. On a démontré que le cortex cingulaire antérieur est actif lorsque les personnes commettent des erreurs ou rencontrent des événements inattendus, contrôlant ainsi les erreurs de mémoire de travail.
– C – L‘inhibition de la réponse : L’inhibition de la réponse est la capacité à contrôler et à réguler les actions et les réponses à des stimuli forts et spécifiques. Les enfants atteints de trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH) ont souvent des difficultés avec l’attention soutenue, l’impulsivité et l’hyperactivité. Des études récentes ont montré que les personnes atteintes de TDAH ont des difficultés à inhiber leurs réponses, principalement en raison de problèmes dans le cortex préfrontal, en particulier dans les situations nécessitant une attention soutenue et un contrôle de l’impulsivité. Le trouble déficitaire de l’attention et l’inhibition de la réponse sont liés en raison de la faible capacité des enfants atteints de TDAH à inhiber les réponses.
De plus, les mêmes auteurs concluent que l’augmentation du nombre d’heures par semaine tend à produire ces améliorations globales, quel que soit le type spécifique ou l’intensité de l’exercice. Cependant, tous les types d’exercices n’influencent pas également les capacités cognitives.
Les exercices physiques les plus efficaces sont ceux qui nécessitent des mouvements complexes, adaptatifs ou contrôlés (par exemple, les arts martiaux). Les sports qui mettent l’accent sur la prise de décision ou la coopération tactique (comme les sports d’équipe), en particulier lorsqu’ils sont basés sur des tâches progressivement complexes correspondant à l’étape de développement neurologique de l’enfant, sont également plus utiles.