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EINLEITUNgVor dem Hintergrund eines immer inak-tiveren kindlichen Alltags und dessen Auswirkungen auf andere Entwick-lungsbereiche hat die Diskussion um den Zusammenhang zwischen kogni-tiver und motorischer Leistungsfähig-keit im Kindesalter zugenommen [21]. Es ist mittlerweile davon auszugehen, dass keine generelle Verbindung der beiden Bereiche vorliegt, sondern dass spezifische Zusammenhänge beste-hen.Der Forschungsbereich von Motorik und Kognition ist ein höchst interdiszi-plinäres Wissenschaftsfeld: Medizin, Psychologie, Soziologie, Pädagogik und Sportwissenschaft sowie die Phi-losophie treffen hier aufeinander.Wissenschaftliche Studien zu den Zu-sammenhängen von motorischen und kognitiven Fähigkeiten weisen unter-schiedliche Ergebnisse auf. Diese reichten von der Aussage, es bestehe „kein genereller Zusammenhang“ zwi-schen Motorik und Kognition [39] und zumindest „teilweise signifikanten Zu-sammenhängen” [15, 34, 45] bis zu der Feststellung „signifikanter Zusammen-hänge” in jüngeren Studien [1, 22, 44, 52].

Neue bildgebende Verfahren erlauben seit Ende der 90er Jahre erstmals Ein-blicke in die Arbeitsweise des mensch-lichen Gehirns vor, während und nach körperlicher Aktivität [28]. Beispielwei-se kann die funktionelle Magnetreso-nanztomographie (fMRT) Stoffwech-

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Bewegte kinder – schlaue köpfePositive Effekte des Sports zur PersönlichkeitsentwicklungAlexander Woll, Hans-Christian Kleppel, Karlsruher Institut für Technologie; Elke Opper, Pädagogische Hochschule Karlsruhe

It’s a fortunate person whose brainIs trained early, again and again.

And who continues to use itTo be sure not to lose it

So the brain, in old age, may not wane (Rosenzweig & Bennett, 1996, p. 57-65).

selvorgänge im Gehirn und somit auch deren Veränderung durch körperliche Aktivität sichtbar machen [53]. In ver-schiedenen Studien werden unter Ver-wendung motorischer und kognitiver Testverfahren zunehmend positive Zu-sammenhänge zwischen Motorik und Kognition festgestellt [47].

Seit 2007 hat das Interesse an der Ana-lyse des Zusammenhangs zwischen körperlicher Aktivität („physical activi-ty“) und geistiger Leistungsfähigkeit („cognition“) im Allgemeinen und kör-perlicher Aktivität und schulischer Leis-tungsfähigkeit im Speziellen („acade-mic achievment“) deutlich zugenom-men. Frühere Untersuchungen befassen sich vormerklich mit den Auswir-kungen körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit bei älteren Erwachsenen bzw. Senioren [12, 30]. Inzwischen rücken jedoch weitere Ziel-gruppen wie Kinder und junge Erwach-sene vermehrt in den Fokus des For-schungsinteresses [12, 47, 51]. Es er-öffnen sich damit neue Perspektiven für die interdisziplinäre Forschung zum Themenfeld Motorik und Kognition.

Somit ergeben sich neue Entwick-lungs- und Bildungschancen durch eine gezielte und vermehrte Bewegungsför-derung bereits ab dem frühen Kindes-alter. Falls es sich zeigen ließe, dass sich Be-wegung auch auf die außersportlichen Lernprozesse von Kindern und Jugend-lichen positiv auswirken könnte und sich gar die Lernleistungen in anderen Schulfächern unter Umständen ver-bessern würden, sei dies ein neuer „heiliger Gral“ der öffentlichen Ge-sundheitsförderung, welcher auch die Sensibilität für den Kindes- und Ju-gendsport an Schulen wieder steigern könnte [29]. Doch liegen solche Zu-sammenhänge wirklich vor und wenn ja, in welchem Ausmaß?

wAS HAT MOTORIk EIgENTLICH MIT kOgNITION ZU TUN?Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren konnten zwei grundlegende Möglichkeiten identifizieren, wie sich körperliche Aktivität auf die Kognition auswirken kann: physiologisch und psychosozial [49].Psychosoziale Faktoren scheinen vor allem im Kindesalter den Zusammen-

hang zwischen körperlicher Aktivität und kognitiven Funktionen zu beein-flussen [50]. Neben dem Abbau von Wut kann auch das Selbstkonzept durch körperliche Aktivität und Sport-treiben positiv beeinflusst werden [31] und sich dann positiv auf kognitive

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Leistungen auswirken. Vor allem Aus-dauersport steht im Verdacht, psycho-soziale Mechanismen positiv zu beein-flussen [20]. In verschiedenen Untersuchungen wurden mehrere physiologische Me-chanismen festgestellt, die sich als Auswirkung körperlicher Aktivität im Gehirn nachweisen lassen. So konnten Hollmann und Strüder (2003) nachwei-sen, dass aerobe dynamische Arbeit und koordinative Beanspruchungen zu einem regionalen Anstieg der Gehirn-durchblutung und zu einer hoch signifi-kanten Zunahme der Produktion neuro-tropher Faktoren (BDNF) speziell im Hippocampus, Cortex und Cerebellum führen. Die Langzeitpotenzierung (LTP), und damit das „synaptische Analogon zum Lernen und Gedächt-nis“ [28], hängt in entscheidendem Maße von der vorhandenen Menge an BDNF ab. Die durch regelmäßige kör-perliche Aktivität gesteigerte zerebrale Durchblutung führt zu einer besseren Sauerstoffversorgung des Gehirns und erhöht somit dessen Leistungsfähig-keit [41, 51]. Eine erhöhte Bereitstel-lung von Nährstoffen ist zudem für das Wachstum von Neuronen unumgäng-lich [25].Jede sensorische, soziale oder kogni-tive Erfahrung wirkt sich direkt auf die neuronale Aktivität aus. Demnach be-deutet jedes Lernen eine Veränderung des neuronalen Netzwerks. Erkennt-nisse der Lernforschung legen nahe, dass die Art der körperlichen Aktivität deren Auswirkungen auf die kognitive Leistungsfähigkeit beeinflusst [47]. Die während körperlicher Aktivität erwor-benen Fertigkeiten sind demnach auf Situationen und Zusammenhänge oh-ne körperliche Aktivität übertragbar [35, 40]. Vor allem regelmäßige körper-liche Aktivität in neuartiger Umgebung beeinflusst den Aufbau des Gehirns (z.B. Neurogenese und Angiogenese in Hippocampus und präfrontalem Kor-tex) positiv [2]. Beispielsweise profitie-ren exekutive Funktionen stärker von aeroben, anspruchsvollen und komple-xen Bewegungen (aerobes Spielen) als von rein aerober körperlicher Aktivität (aerobes Laufen) [2].Bewegung erfordert die Aktivität ver-schiedenster Bereiche des zentralen Nervensystems. Körperliche Aktivität führt somit als stimulativer Faktor zu Synapsen- und Spinesbildung sowie zur Neurogenese [16]. Im Vorschulalter intensivieren vor allem koordinative Be-anspruchungen die Synapsenbildung und ermöglichen hierdurch vermutlich eine bessere kognitive Entwicklung

Abbildung 1: vereinfachte Darstellung der anatomischen Strukturen der Bereiche, die an einer zielgerichteten Bewegung beteiligt sind (Prometheus, 2006)

[28]. Als weiterer ursächlicher Mecha-nismus wird die veränderte Zusam-mensetzung der Neurotransmitter an-genommen.

Abbildung 1 veranschaulicht vereinfacht die anatomischen Strukturen, die an ei-ner Bewegung beteiligt sind: Die Pla-nung für eine Bewegung beginnt im As-soziationskortex. Parallel erfolgt die Pro-grammierung des Bewegungsablaufes über die Kleinhirnhemisphären und die Basalkerne. Das Ergebnis wird an den prämotorischen Cortex weitergeleitet. Dieser gibt die Informationen an den pri-mär motorischen Cortex weiter, der die Information über die Pyramidenbahn an das α-Motoneuron weiterleitet. Von hier aus setzt die Skelettmuskulatur das Programm in zielgerichtete Bewe-gungen um. Rückkopplungsmechanis-men bestehen über die Sensomotorik (vgl. Prometheus, 2006).

Bei Lernvorgängen und Bewegung kommt es im Gehirn zusammenfas-send zu(r) • Steigerung der Durchblutung (Ver-

besserung der gehirnversorgung).• Strukturveränderungen im ge-

hirn (neuronale Plastität): aktivitäts-abhängige Vernetzung von Nerven-zellen; Verstärkung häufig benutzter Nervenbahnen; Abbau wenig ver-wendeter Nervenzellen bzw. Schwä-chung von Nervenzellverbindungen.

• Neubildung von Nervenzellen in bestimmten Gehirnarealen (Neuro-genese).

• Steigerung der Effizienz weiter be-stehender Nervenbahnen.

• Veränderung der Neurotransmitter-Konstellation (Serotonin; NGF; BDNF) bzw. Steigerung von Neurotro-phinen (z.B. BDNF, IGF-1, NGF).

• Verbesserung des körperlichen Erre-gungszustandes durch körperliche Aktivität [32].

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• Steigerung des Stoffwechsels, v.a. des Hormonhaushalts durch kör-perliche Aktivität [4]

Wir stellen fest: Bewegung kann Dün-ger für das Gehirn sein! Körperliche Be-wegung verbessert die Leistungsvo-raussetzungen für kognitive Leistun-gen. Toben allein macht jedoch nicht schlau, sondern eine Kombination von Bewegung und kognitiven Inhalten er-leichtert das Speichern von Informatio-nen. In diesem Sinne kann körperliche Aktivität lebenslang positiv kognitive Gehirnfunktionen beeinflussen.So schneiden Kinder nach nur 20 Minu-ten Fußmarsch zur Schule bei Auf-merksamkeitstests besser ab, zeigen verbesserte Ergebnisse bei Rechen- und Buchstabieraufgaben und können störende Einflüsse von außen besser ausblenden [27].Da inzwischen immer mehr empirische Studien zum Thema vorliegen, gibt es aktuelle „Meta-Analysen“, die die Er-gebnisse der Einzelstudien zusammen-fassen [9, 42, 51]. Die aktuelle Meta-Analyse von Verburgh et al. (2014) kommt bei der Analyse der Literatur zu-sammenfassend zu dem Schluss, dass es eine „…significant positive relation-ship between physical activity and co-gnitive functioning in children…“ gibt. Dabei gilt es jedoch zu berücksichti-gen, dass der Zusammenhang zumeist zwar positiv, jedoch nicht allzu hoch ist. Vor allem exekutive Funktionen und de-ren Entwicklung sind durch körperliche Aktivität im Kindesalter positiv beein-flussbar [8, 25, 51]. Diese exekutiven Funktionen sind übergeordnete kogni-tive Funktionen und somit wichtig für Problemlösestrategien und den Lern-zuwachs von Schülern [36]. Beispiels-weise verbessert moderater Ausdauer-lauf die Inhibition (Selbstregulation) und das Arbeitsgedächtnis bei gesun-den Kindern signifikant. Auch die ge-steigerte körperliche Fitness von Kin-dern wirkt sich positiv auf Konzentrati-onsleistungen sowie verhaltensorien-tierte Fähigkeiten und somit wiederum schulische Leistungen aus [24]. Kör-perlich fittere Kinder weisen demnach eine verbesserte kognitive Kontrolle und Flexibilität auf und können ihre Schulleistungen im Vergleich zu kör-perlich weniger fitten Gleichaltrigen steigern [26].In einer Interventionsstudie zu den lerntheoretischen Auswirkungen kör-perlicher Aktivität konnten Kleppel et al. (submitted 2015) nachweisen, dass die Sportart einen signifikanten Ein-fluss auf die Steigerung der Kreativität

70,0

80,0

90,0

100,0

110,0

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Parkour Ausdauer

Kre

ativ

e D

enkl

eist

ung

(KD

)

Auswirkung der Art der KA auf die KD

Prätest

Posttest

N=86

*** *

Abbildung 2: Standardisierte Messwerte (Mittelwerte und Standardabweichungen) der Kreativen Denkleistung (KD) des ASK nach Schuler und Hell (2005) zu den Messzeitpunkten t1 und t2 auf-geteilt nach der körperlichen Aktivität (KA) *p<.05, ***p<.001 (Kleppel et al., 2015).

von Studierenden hat (siehe Abbildung 2). Demnach steigert das Erlernen und Ausüben der Trendsportart le Parkour die kreative Denkleistung mehr (Ø+8,9%) als aerober Ausdauersport (Ø+2,7%) mit vergleichbarem Umfang (F=25.62; p<.001; η²=.234). Die insge-samt 36 Studierenden der Interventi-onsgruppe erhielten hierbei einmal wö-chentlich ein 90-minütiges le Parkour-Training (Dauer der Intervention 90,6±1,6 Tage). Die Kontrollgruppe (N=50) betrieb zeitgleich Ausdauer-sport (überwiegend aerobes Laufen). Die Autoren begründen die Ergebnisse nicht mit den körperlichen Anpas-sungsreaktionen infolge von Bewe-gung, sondern legen dem Zusammen-hang eine lerntheoretische Wirkungs-weise zugrunde. Demnach schafft le Parkour spezifische Lernsituationen, welche kreatives Denken mehr fordern als zyklischer Ausdauerlauf. So werden domänenübergreifende kreative Fähig-keiten verbessert und führen zu gestei-gerten Ergebnissen im Kreativitätstest (Posttest). Die vermehrte Nutzung des Arbeitsgedächtnis sowie des Klein-hirns beim le Parkour und die damit verbundene Neurogenese in diesen Gehirnarealen könnten neurobiolo-gische Begründungen des hier nachge-wiesenen Effekts darstellen.

Frühere Untersuchungen mit Kindern und Jugendlichen legen nahe, dass un-spezifisches aerobes (Ausdauer-) Trai-ning die allgemeine Durchblutung för-dert. Außerdem stehen vor allem die koordinativen Fähigkeiten im Mittel-punkt der Betrachtung. Die erhöhte Sti-mulation verschiedener neuronaler

Netzwerke durch Koordinationstraining scheint für den positiven Effekt verant-wortlich [30]. Hier wurde in verschie-denen Studien im Kindesalter ein ho-her Zusammenhang zwischen den ko-ordinativen Fähigkeiten (besonders Gleichgewichtsfähigkeit) [3] und kogni-tiven Leistungen festgestellt:• Auf kognitiver Ebene besteht be-

sonders zwischen der Konzentrati-onsleistung und der motorischen Leistung eine enge Verbindung [22] (Everke, Nemeckova & Woll, 2008).

• Auf motorischer Seite hat die Gleichgewichtsfähigkeit einen en-gen Bezug zur Kognition [3].

Tabelle 1 verdeutlicht, dass der Zusam-menhang zwischen körperlicher Aktivi-tät und kognitiver Leistungsfähigkeit positiv, aber nicht pauschal ist. Offen-sichtlich spielen u.a. die Art und Inten-sität der körperlichen Aktivität, die Dauer und der zeitliche Rahmen (akut vs. chronisch) eine wichtige Rolle hin-sichtlich der Effekte [12, 19, 38, 50].Die bisher bekannten aktuellen For-schungsergebnisse geben demnach Hinweise auf eine Verbindung von Ko-gnition und Motorik. Betrachtet man die gesamte Lebensspanne, so legen die Forschungsergebnisse nahe, dass die Zusammenhänge zwischen Moto-rik und Kognition zu Beginn des Le-bens und gegen Ende des Lebens am größten sind [17, 47].

wIE kANN THEORETISCHES wIS-SEN PRAkTISCH UMgESETZT wERDEN?„Lasst den Philipp doch mal zappeln!“ forderte Breithecker im Jahr 2002 vor

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Tabelle 1: Überblick zum Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und kognitiven Fähigkeiten

körperliche Aktivität

kognitive Fähigkeit Quelle

Akute körperliche Aktivität

+ Aufmerksamkeit

+ Gedächtnis+ Lernen (z.B. Vokabeln)+ exekutive Funktionen

Chang et al. (2012), Hillman et al. (2008)Tomporowski (2003)Davis & Lambourne (2009)Verburgh et al. (2014)

Aerobe Fitness + kognitive Kontrolle+ neuronale Entwick-lung

+ Schulleistungen+ Planungsaufgaben

Hillman & Schott (2013),Chaddock-Heyman et al. (2013)Chaddock et al. (2011)Castelli et al. (2007)Davis et al. (2007)

Körperliche Fitness + Konzentration+ Schulleistung

Hillman & Schott (2013), Graf et al. (2003)

Koordination undBeweglichkeit

+ kognitive Grundfunktionen

Voelcker-Rehage (2005)

Anspruchsvolle Bewegungsformen

+ Kreativität Kleppel et al. (submitted 2015), Herman-Tofler und Tuckman (1998)

dem Hintergrund, dass unter dauer-haftem Stillsitzen die Lernqualität lei-det, da Aufmerksamkeit und Konzen-tration vermindert sind. Statisch-pas-sives Sitzen und zunehmende körper-liche Inaktivität lassen die Körperwahr-nehmung der Kinder „einschlafen“, so dass ein „Kippeln“ auf dem Stuhl häu-fig nicht Ausdruck fehlenden Interes-ses ist, sondern der Versuch, psycho-mentale Aktiviertheit aufrecht zu erhal-ten [5]. Eine Idee für die Schule ist das „dynamische Sitzen“, da dies die Auf-merksamkeit und die Konzentration der Kinder erhöht.Inzwischen gibt es zahlreiche Projekte und Programme, die versuchen mit Hil-fe von körperlicher Aktivität in der Schule kognitive Leistungsparameter bzw. Schulleistungen zu fördern. Betrachtet man das spezifische Setting Schule bzw. den Zusammenhang zwi-schen körperlicher Aktivität und schu-lischer Leistungsfähigkeit genauer, so kann konstatiert werden, dass im Set-ting Schule inzwischen zahlreiche Stu-dien vorliegen, die positive Effekte nachweisen [29, 48]. Es gibt aber auch vereinzelte Interventionsstudien im Set-ting Schule (Dirksen, Zentgraf & Wag-ner, 2015), die die erwarteten Effekte einer Bewegungsintervention auf schu-lische Leistungen in der Sekundarstufe I nicht nachweisen konnten.Das Wissen um die positiven Zusam-menhänge zwischen Motorik und Ko-gnition bietet neue Chancen durch eine gezielte Bewegungsförderung für die ganzheitliche Entwicklung und Bildung von Kindern und Jugendlichen. Im Hin-blick auf die konkrete Förderung über Bewegung sind jedoch noch einige Fra-gen offen, z.B. Fragen der Interventi-onsqualität im Hinblick auf die unmittel-bare Kopplung koordinativer Aufgaben an kognitive Anforderungen. Positiv hervorzuheben sind hier Ver-suche von Sabine Kubesch und Laura Walk (2009), spezifische Aspekte der körperlichen Aktivität für das Training spezifischer Komponenten der kogni-tiven Leistungsfähigkeit heranzuziehen (vgl. Abbildung 3).

Genau in diese Richtung der gezielten Förderung von spezifischen Aspekten der geistigen Leistungsfähigkeit durch spezifische Formen der körperlich-sportlichen Aktivierung – z.B. Förderung der Kreativität durch Parkour oder auch eine Förderung der Lernleistung durch Life Kinetik (siehe Beitrag von Bernd Wi-gand in dieser Ausgabe) – geht die Auf-merksamkeit der angewandten sport-wissenschaftlichen Forschung.

Abbildung 3: Kognitiv-physisches Training, modifiziert nach Kubesch & Walk (2009)

Ein weiteres Projekt ist der Pausen-MAX – ein kombiniertes Musik- und Bewegungsprogramm zur Verbesse-rung der kognitiven Lernvorausset-zungen bei Schulkindern der Klassen 3-6 – das am IfSS des KIT in Zusam-menarbeit mit der AOK Baden-Württ-emberg entwickelt wurde1. Weiterfüh-rende Ideen zur bewegten Pausenge-staltung finden sich bei Mess, Ossig & Woll, 2014.Dabei ist jedoch zu beachten, dass die potentielle Förderung von geistigen Lernprozessen sicherlich nicht die „Hauptaufgabe“ der Bildungschancen durch Sport im schulischen Kontext darstellt. Neben potentiellen kognitiven Bildungs-chancen sind gesundheitliche, biolo-gische, psychische/ emotionale oder auch soziale Potentiale evident. Die

Förderung von Bewegung, Spiel und Sport in der Schule darf sicherlich nicht einseitig durch die potentiellen Wir-kungen auf die geistige Leistungsfähig-keit begründet werden. Dies greift zu kurz. Vielmehr liegt im Aufbau einer gu-ten Motorik, der Teilhabe an einer viel-fältigen Bewegungskultur, eine Schlüs-selkompetenz der menschlichen Ent-wicklung und Sozialisation.

ZUSAMMENFASSUNg UND PER-SPEkTIVENInsgesamt kann jedoch ein positiver, wenn auch heterogener Effekt von kör-perlicher Aktivität auf die kognitive Lei-stungsfähigkeit geschlussfolgert wer-den [12, 18, 25, 51]. Die positiven Ein-flüsse körperlicher Aktivität/Betäti-gung auf die kognitive Gesundheit sind bereits bekannt [6].

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1)Das PausenMax-Plakat und die dazugehö-rige CD können über die AOK Geschäftsstel-len bezogen werden

Die Ursache-Wirkungszusammenhän-ge sind noch immer nicht endgültig ge-klärt, aber es besteht kaum ein Zweifel, dass Motorik und Kognition miteinan-der in Verbindung stehen. Das For-schungsfeld Motorik und Kognition profitiert dabei vor allem von der trans-disziplinären Zusammenarbeit zwi-schen anwendungsbezogener For-schung und Grundlagenforschung. Insbesondere die Entwicklung von the-oriegestützten Programmen einer ko-gnitiven Förderung über gezielte Be-wegungsprogramme in verschiedenen Handlungsfeldern (Kindergarten, Schu-le etc.) und die Überprüfung der Wir-kungen stellen zentrale Herausforde-

rungen zur Weiterentwicklung des Handlungsfeldes dar. Darüber hinaus muss insbesondere weitere For-schungsarbeit in Zukunft geleistet wer-den, um neben einer generellen Aussa-ge zur Verbindung von Kognition und Motorik, spezifischere Aussagen zu den zugrundeliegenden Ursache-Wir-kungsmechanismen treffen zu können. „Wollt ihr also die Intelligenz eures Zöglings fördern, so fördert die Kräfte, die sie beherrschen soll. Übt ständig seinen Körper, macht ihn stark und ge-sund, um ihn weise und vernünftig zu machen. Lasst ihn arbeiten, sich betäti-gen, laufen, schreien und immer bewe-gen! Es ist ein bedauerlicher Irrtum zu

glauben, körperliche Betätigung scha-de dem Geist! Als ob die beiden nicht gemeinsam gehen und einander len-ken müssten.“ (Jean Jaques Rousseau im Werk „Emile oder über die Erzie-hung“ (1762)).

LITERATURANgABEN ZUM LEITARTIkEL „BEwEgTE kINDER - SCHLAUE köPFE“ VON PROF. wOLL

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