Der Einfluss von Sport und Bewegung auf die zerebrale Leistungsfähigkeit

Nicht Sitzen und “Stucken” bringt die größten Lernfortschritte, sondern die Kombination von Bewegung und Lernen!

Wir nehmen die aktuellen Fragen der Bildungs- und Schulpolitik zum Anlass, nachfolgend einen Beitrag von Prof. Dr. Dr. J. Weineck, ISSW Erlangen – Nürnberg zum Thema des Einflusses von Sport und Bewegung auf die zerebrale Leistungsfähigkeit (Leistungsfähigkeit des Gehirns) zu veröffentlichen.

Die zunehmende „Verkopfung“ der Schüler – die Pisa-Studie lässt grüßen – mit einer stetig wachsenden kognitiven Überlastung bei immer geringerer körperlicher Aktivität und geringeren Stundenzahlen im Schulsport bleibt nicht ohne Folgen auf das Verhalten und die Konzentration bzw. zerebrale Leistungsfähigkeit der Schüler. Bereits die Untersuchungen von Wamser/Leyk aus dem Jahre 2002 hätten die Alarmglocken des Ministeriums läuten lassen müssen: Die Autoren konnten zum einen zeigen, dass die Zahl der  Unterrichtsstörungen von Jahr zu Jahr  ununterbrochen anstieg (um 342% (!) beim Vergleich der Schuljahre 1995/96 bzw. 1999/2000), zum anderen, dass Sport zu einer  dramatischen Abnahme eben dieser Unterrichtsstörungen (um 84% (!) in den Stunden nach einer Sportstunde) führte. Besonders ausgeprägt ist der Rückgang in den präpubertären Altersstufen, das heißt in der 5. und 6. Jahrgangsstufe, die sich bekanntlich durch einen ausgeprägten Bewegungsdrang auszeichnen. Der chronische Mangel an Bewegung durch zu lange Sitz- und Konzentrationszeiten schlägt sich jedoch nicht nur  in einem aggressiveren Verhalten nieder – vorwiegend verursacht durch die fehlende Möglichkeit durch Bewegung und Sport Spannung abzubauen – sondern mindert auch die Konzentrationsfähigkeit, die Lernbereitschaft und den Lernerfolg des jeweiligen Unterrichts.

Im Folgenden soll nochmals zusammenfassend auf die seit langem bekannten und in vielen wissenschaftlichen Untersuchungen nachgewiesenen positiven Auswirkungen von  Bewegung und Sport auf die Konzentrationsfähigkeit bzw. zerebrale Leistungsfähigkeit insgesamt im Sinne der Notwendigkeit einer „bewegten Schule“ eingegangen werden.

Zerebrale Durchblutungssteigerung durch Bewegung und Sport

Vergleichbar mit dem arbeitenden Muskel werden durch kognitive Aktivitäten wie Denken bzw. motorische Aktionen die jeweils aktivierten Gehirnareale vermehrt durchblutet und mit mehr Sauerstoff und Nährstoffen (vor allem Glukose) versorgt, um den erhöhten Stoffwechselbedürfnissen zu genügen. Beachten Sie: Je intensiver, je größer der Anteil der aktiven Muskulatur und je anspruchsvoller aus koordinativtechnischer Sicht eine sportliche Aktivität ist, desto ausgeprägter ist die Durchblutungszunahme! Dies sollte bei einer bewegten Pause berücksichtigt werden!

Bereits bei einer leichten Fahrradergometer-Belastung (25 Watt) kommt es zu einer regionalen Durchblutungserhöhung von 15%, bei einer stärkeren Aktivität (100 Watt) steigert sich der zerebrale Blutfluss um 25 – 40%!
Keine geistige Betätigung – man denke an die Vielzahl der so genannten kognitiven Fächer wie Latein, Mathematik etc. – führt zu einer vergleichbaren allgemeinen zerebralen Durchblutungssteigerung und zu einer besseren Sauerstoff- und Substratmehrversorgung des gesamten Organismus als einfachste allgemeine sportliche Belastungen wie Joggen am Ort, Seilspringen (ohne oder mit Seil) etc. Durch die allgemein verbesserte  Sauerstoffversorgung wird nicht nur die Konzentrationsfähigkeit verbessert, sondern es kommt über die körperliche Aktivität auch zu einer beschleunigten Senkung bzw. Beseitigung schulisch bedingter Stresshormonspiegel sowie zu einem Abbau psychophysischer Spannungszustände.

Konkretes Beispiel: Im Sitzen – wie dies beim Unterricht in den kognitiven Fächern zumeist der Fall ist – wird das Blutvolumen einer Normalperson von 5 Litern einmal umgewälzt (das Herzminutenvolumen beträgt nach der Formel Herzfrequenz (HF) x Schlagvolumen (SV) = etwa 5 Liter (genau: 70 HF x 70 ml SV = 4900 ml).  Bei leichtem Joggen hingegen vervierfacht sich dieser Betrag nahezu (140 HF x 140 SV = 19600 ml); damit steigt nicht nur die Durchblutung der Arbeitsmuskulatur, sondern, wie bereits erwähnt, auch die des Gehirns beträchtlich, was sich positiv auf die allgemeine Konzentrations- und Lernfähigkeit auswirkt!

Beachten Sie: Die Kombination „Lernen und Bewegung“ erzielt die höchste Merk-leistungsfähigkeit, die jedem nur „Lernen“ überlegen ist!

Schärfung der Sinne durch Bewegung und Sport

Unsere Sinne sind die Voraussetzung für die Informationsaufnahme aus der Umwelt. Zusätzlich bzw. parallel dazu sind sie maßgeblich an allen Lernprozessen beteiligt. Jemand, der wie der Spielsportler, vor allem seinen Sehsinn einsetzt, bewirkt nicht nur eine Hypertrophie (Dickenzunahme) der Sehrinde, sondern er schärft auch seine spezifische Sehfähigkeit. Ein Top-Tennisspieler kann u.a. aufgrund seines durch Training hochgradig entwickelten dynamischen Sehvermögens beim Service noch Bälle berechnen bzw. retournieren, die mit Geschwindigkeiten von über 200 km/h ankommen. Ein Untrainierter ist hierzu nicht in der Lage, weil sein Auge nicht gelernt hat, solche Geschwindigkeiten „richtig“ zu sehen.

Beispiel für den Schulbereich: Ein „seh-trainierter“ Schüler kann unter Zeitdruck mehr „E“ , mehr orthografische Fehler oder bestimmte Zahlenkombinationen in einem vorgegebenen Text erkennen, als ein  untrainierter. Er hat gelernt schnell  und konzentriert das Wesentliche herauszufiltern, Daten  rasch zu verarbeiten, was ihm nicht nur im Sport, sondern auch im kognitiven Bereich von Nutzen sein wird.

Hypertrophie kortikaler Areale durch Vermehrung synaptischer Verbindungen

Je nachdem mit welchen Gehirnarealen, mit welchen Rindenfeldern, mit welchen Assoziationszentren etc. aufgrund sportlicher Aktivität besonders intensiv gearbeitet bzw. gelernt wird, kommt es – in Abhängigkeit von der Komplexität der Bewegungsaufgabe – zu mehr allgemeinen bzw. lokalen zerebralen Anpassungserscheinungen. Ein „Handvirtuose“, wie z.B. ein Klavierspieler oder ein Jongleur wird in der motorischen Rinde vor allem den Bereich der Hand bzw. der  Finger zur Hypertrophie bringen, der „Fuß“baller mehr den Bereich des Fußes. Das heißt, spezielles Training hat spezielle Auswirkungen auf die jeweils aktivierten Hirnareale.

Ein vielseitiges Bewegungsangebot – z.B. in einer „aktiven Pause“ – bzw.  ein vielseitiger, polysportiver  und variantenreicher Schulsport führt demnach zu einer umfassenden Ausbildung zerebraler Strukturen, die nicht nur den motorischen Kortex betreffen, sondern auch die unterschiedlichsten Assoziations-, Motivations-, Aufmerksamkeits- und Emotionszentren stimulieren. Es kommt dabei zu intensiven Dendritenaussprossungen (Dendriten sind die Informationsaufnehmer und -verarbeiter der Gehirnzellen) und zur Neubildung synaptischer Verbindungen, welche die Qualität der  Leistungsfähigkeit der Gehirnzellen wesentlich beeinflussen.Diese Adaptationsprozesse laufen ein ganzes Leben lang ab, sind aber im Kindes- und Jugendalter besonders ausgeprägt. Vor allem im Kindesalter kommt es aufgrund des Bewegungsdranges und der hochgradigen „Neugier“ und Lernbereitschaft im Bereich der motorischen Rinde, aber auch in allen anderen Rindenbereichen, zu einer gesteigerten Vernetzung bzw. Vermaschung der Neuronen (Gehirnzellen). Das Kind spricht mit 3/4 Jahren nicht nur akzentfrei „deutsch“, sondern lernt auch sportliche Bewegungen bereits in jungen Jahren perfekt, vorausgesetzt, es erhält ausreichende Reize und Lerngelegenheiten. Die generelle Bedeutung von Bewegung für die zerebrale bzw. Intelligenzentwicklung kommt in altbekannten Formulierungen wie „begreifen“, “erfassen“ etc. zum Ausdruck. Dies macht deutlich, dass Bewegungsaktivitäten beim Kind unersetzlich für seine psycho-physisch-kognitive Entwicklung sind!

Beachten Sie: Bei keiner Aktivität werden mehr zerebrale Vermaschungsprozesse als Basis für eine erhöhte zerebrale Leistungsfähigkeit in Gang gesetzt als beim Erlernen bzw. Ausführen von komplexen sportlichen Bewegungen. Beim Tanzen z.B. werden nicht nur die für die Bewegungsausführung beanspruchten motorischen Rindenfelder, sondern auch eine Vielzahl psychosozialer, kognitiver und emotionaler kortikaler Areale aktiviert und neuronal vermascht.

Neubildung von Nervenzellen

Der Mensch kommt mit einem „Neuronenüberschuss“, das heißt, mit etwa 170 Milliarden Nervenzellen auf die Welt. In den ersten 3 Lebensjahren verliert er davon zirka 60 Milliarden, da die nötigen Stimuli zu ihrem Fortbestehen im allgemeinen nicht gegeben sind. Etwa 100 Milliarden Gehirnzellen bleiben aufgrund ihrer Aktivitäten erhalten. Im Laufe des Lebens können bei Nichtgebrauch bzw. Schädigung durch äußere Einflüsse (z.B. Alkoholabusus) weitere Neuronen zugrunde gehen, es kann aber auch – wie dies 1998 erstmals beim Menschen gezeigt werden konnte – bei intensiven Lernprozessen zu einer Neuronenneubildung kommen, was die zerebrale Leistungsfähigkeit erhöht.

Die Schule ist demnach der Lernort par excellence, der  aufgrund der Vielzahl der Fächer und damit der Vielzahl unterschiedlicher Stimuli zu einer ausgeprägten Neuronenzunahme führt. Allerdings gilt auch hier: nur der aufmerksame, innerlich wie äußerlich „bewegte“ Schüler schafft die nötigen Voraussetzungen für einen optimalen Lernprozess!

Vermehrung von Neurotransmittern

Je nach Hirnregion sind unterschiedliche   Neurotransmitter, Überträgerstoffe  aktiv. Ihre Menge bzw. Qualität ist  mitentscheidend für unser Verhalten. Transmitterüberschüsse führen aus motorischer Sicht zu vermehrter Aktivität, Transmittermangel kann zu Bewegungsarmut und Antriebsschwäche  bzw. ausgeprägten motorischen Störungen führen, wie dies z.B. bei einem Parkinson-Patienten der Fall ist, der ein Dopamindefizit aufweist.

Der Bewegungsdrang, die Neugier und die hohe Lernbereitschaft der Kinder basieren auf Transmitterüberschüssen. Das Kind weist im Vergleich zum älteren Erwachsenen z.B. eine doppelt so hohe Dopaminkonzentration auf, die es gleichsam „unentwegt“ in Bewegung hält und an „allem“ interessiert sein lässt. Im Laufe des Lebens nimmt bei nicht aktiven Personen der Dopaminspiegel kontinuierlich ab (etwa 1% jährlich ab dem 30. Lebensjahr).  Bei aktiven Personen ist dieser Abfall in starkem Maße verlangsamt, wodurch die allgemeine Lebenslust bzw. Vitalität mitentscheidend beeinflusst wird.

Kinder haben naturgewollt einen „transmitterüberschussbedingten“ ausgeprägten Bewegungsdrang, der die Voraussetzung dafür ist, dass alle Organsysteme, also auch das Gehirn als Sitz unserer Intelligenz,  optimal entwickelt werden. Parallel dazu besitzen sie einen „unstillbaren“ Wissensdurst bzw. eine stark entwickelte „Neugier“, die sie mit höchster Motivation an jeder Art von Lernprozessen teilnehmen lässt.

Das individuelle Niveau an Neurotransmittern beeinflusst zusammen mit anderen Faktoren, wie z.B. der Höhe der Sexualhormone, das Aktivitätsniveau, die Stimmung und Vitalität des Menschen. Umgekehrt regt ein sportliches, vielseitig gestaltetes und aktives Leben die Produktion der Transmitter an. Regelmäßige körperliche bzw. sportliche Aktivität führt demnach zu einer gesteigerten Ausschüttung von Neurotransmittern, die insgesamt unser Wohlbefinden beeinflussen.

Beachten Sie: Stundenlanges Sitzen ebenso wie chronischer Bewegungsmangel erniedrigen die Dopaminspiegel und verschlechtern damit entscheidend einen wichtigen Lernfaktor. Darüber hinaus wirkt sich ein erniedrigter Dopaminspiegel negativ auf die Lernfreude bzw. die allgemeine Stimmung aus, Faktoren  also, die potenzielle Lernerfolge nicht unwesentlich beeinflussen.

Steigerung von Nervenwachstumsstoffen

Durch Bewegung bzw. sportliche Aktivität und die damit verbundene erhöhte zerebrale Durchblutung werden vermehrt Nervenwachstumsstoffe (so genannte Neurotropine)  produziert, welche die angesprochenen intensivierten  synaptischen Vermaschungsprozesse bzw. Neuronenneubildung unterstützen. Ältere, bewegungsarme  bzw. geistig inaktive Menschen produzieren diese Stoffe nicht mehr in ausreichendem Maße, was eine  neuronale Deadaptation zur Folge hat.

Verbesserung der Stimmung durch die Ausschüttung von Endorphinen

Bei körperlicher Aktivität kommt es je nach Belastung – je intensiver, desto eher, aber auch je länger desto ausgeprägter – zur Ausschüttung so genannter Endorphine. Es handelt sich hierbei um Hormone, die eine stimmungsaufhellende Wirkung haben. Im Einzelfall kann es sogar zu so genannten „Flow-Erlebnissen“ (Zustand gesteigerter Euphorie) kommen.

Die enge Verknüpfung von Bewegung und freudvoll erlebtem Sport im Zusammenhang mit der Ausschüttung von Endorphinen und dem bereits erwähnten Dopamin lässt sich z.B. aus der bekannten Lebensweisheit ableiten: „Wenn ich mich freue springe ich, wenn ich springe freue ich mich“ (Bode).

Gesteigerte Eiweißsynthesekapazität

Die Bildung von synaptischen Vernetzungsstrukturen, Neuronen bzw. Neurotransmittern und Hormonen basiert auf der Synthese von spezifischen Proteinen.

Die außergewöhnliche Lernfähigkeit von Kindern und Jugendlichen (sowohl kognitiv, als auch emotional, sozial oder motorisch)  lässt sich u.a. über ihre erhöhte  Eiweißsynthese-Kapazitäten erklären,  die z.T. auf die altersbedingte erhöhte Ausschüttung des anabol wirkenden Wachstumshormons, aber auch auf die stimulierende Wirkung von Bewegung zurückzuführen ist. Intensive Bewegungsaktivitäten wie z.B. Seilspringen, erhöhen akut die Wachstumshormonspiegel, ein Effekt,  der in der Schule ausgenutzt werden sollte. Die nachfolgend gesteigerte Proteinsyntheseleistungsfähigkeit erlaubt es den Kindern bzw. Jugendlichen, ihre Gedächtnisleistung als Voraussetzung jeglichen Lernens schneller und stabiler in ihrem plastischen, hochgradig anpassungsfähigen Gehirn zu installieren.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich Bewegung und Sport in vieler Hinsicht positiv auf die zerebrale Leistungsfähigkeit, Lernfähigkeit und Konzentrationsfähigkeit auswirken. Zusätzlich leisten sie auch noch einen wesentlichen Beitrag zur Entspannung und Stimmungsaufhellung. Einem „bewegten Unterricht“  in einer „bewegten Schule“ sollte demnach in der Zukunft der Vorzug  gegenüber dem traditionellen „Sitz-und-rühr-Dich-nicht-Unterricht“ gegeben werden. Die Schüler werden es den Lehrern nicht nur mit besseren Noten, sondern auch einem positiveren Verhalten danken.

 

Prof. Dr. Dr. J. Weineck,
ISSW Erlangen – Nürnberg
März, 2012

 

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Der DSLV – LV Bayern bedankt sich bei Prof. Dr. Dr. J. Weineck ganz herzlich dafür, dass   er uns trotz seiner hohen Arbeitsbelastung die Veröffentlichung seiner wegweisenden Gedanken zur Bedeutung von Bewegung und Sport für die kognitive Leistungsfähigkeit ermöglicht hat.

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