Patterns of sedentary behavior, physical activity and cognitive outcomes in University young adults: relationships with academic achievement and working memory capacity

Abstract

Introduction. The physical health benefits of sitting less and being more active are well documented. However, little is known about how sedentary behavior patterns, alone or in combination with physical activity, influence cognitive outcomes. In young university adults (i.e. 18-25 years old) an age group characterized by optimal cognitive functioning where academic achievement and cognitive control abilities are essential, research is even scarcer. In this context, this PhD thesis investigated the influence of sedentary behavior and physical activity on cognitive outcomes (working memory and academic achievement) in a sample of young university students. Methods. Three different studies were conducted. Study 1 validated a short working memory task that was subsequently used in studies 2 and 3. In study 1 (n=325) validity evidence was evaluated by comparing participants’ scores on the three shortened complex span tasks (Operation, Symmetry and Rotation Span) with two measures of reasoning ability (Raven’s Advanced Progressive Matrices and Number Series) and using confirmatory factor analysis. In addition, Cronbach’s coefficient alpha was computed for each complex span task as an index of internal consistency. Study 2 (n=371) and Study 3 (n=132) used cross-sectional designs to examine associations between sedentary behavior and physical activity patterns with working memory capacity and academic achievement. In both studies, academic performance was measured via grade point average and working memory capacity was assessed through the validated shortened complex span task. For physical activity and sedentary behavior variables, Study 2 assessed physical activity intensities (min/week of light, moderate and vigorous PA) and min/day of domain-specific sedentary behavior via self-report (International Physical Activity Questionnaire and Last 7 days sedentary behavior questionnaire). Study 3 employed objective assessments (activPALTM) to determine sedentary behavior variables (total sitting/lying time, total number of breaks in sitting/lying time and sedentary bouts duration), standing time, and physical activity variables (light and moderate-to-vigorous intensity physical activity). Pearson correlations determined which variables were included in the analysis, and separate multiple linear regression models were performed to examine combined associations between sedentary behavior and physical activity variables with cognitive outcomes. Results. Study 1 indicated that the short version of the Spanish complex span has satisfying psychometric qualities for assessing working memory capacity in Spanish-speaking university students. Study 2 found that performing more than 3h/week of moderate physical activity was related to increases in working memory capacity, but physical activity intensities were not associated with academic performance. Spending >3h/day seated on weekends while performing non-screen leisure activities was related to reduced working memory capacity, after adjusting for physical activity, while spending >3 h/weekday seated in these sedentary activities or in leisureforms of screen time were inversely associated with academic performance regardless of physical activity level. Study 3 indicated that, independently of physical activity, the amount of time spent in sedentary bouts of 10-20min during weekdays was positively related to academic achievement while sedentary bouts of 20-30min during weekend days were negatively related to working memory capacity. No significant associations were identified for total sitting time. Conclusions. Time spent in specific leisure domains of sitting time may detract from academic performance and working memory capacity, independently of physical activity intensity and duration. In addition, preliminary results indicated that breaking prolonged sitting time may differentially impact distinct cognitive outcomes by optimizing cognitive operations associated with academic performance and impairing working memory processes.

Introducció. Seure menys i ser més actiu comporta ferms beneficis en la salut física. No obstant, poca evidència científica existeix sobre com els patrons de comportament sedentari, per si mateixos o en combinació amb l’activitat física, influencien paràmetres cognitius. En joves universitaris (18-25 anys), grup d’edat caracteritzat per gaudir d’un rendiment cognitiu en el punt més òptim on el rendiment acadèmic i les funcions executives són essencials, l’evidència és fins i tot més escassa. En aquest context, l’objectiu de la present tesi doctoral ha estat investigar quina és la influència del comportament sedentari i l’activitat física en paràmetres cognitius (memòria de treball i rendiment acadèmic) en una mostra de joves universitaris. Metodologia. Tres estudis diferents es van dur a terme. L’Estudi 1 va validar una tasca que mesura la memòria de treball la qual va ser utilitzada en L’estudi 2 i 3. En l’Estudi 1 (n=325), es va avaluar la validesa de la tasca per mesurar la memòria de treball comparant les puntuacions de les tres subtasques que la composen (Operació, Simetria i Rotació) amb les puntuacions de dues mesures que avaluen la capacitat de raonament i utilitzant la tècnica d’anàlisis factorial confirmatori. A més a més, es va obtenir el coeficient d’alfa de Cronbach per a cadascuna de les tres subtasques per tal d’obtenir l’índex de consistència interna. L’Estudi 2 (n=371) i 3 ( n=132) van emprar dissenys cros-seccionals per examinar les associacions entre patrons de comportament sedentari i activitat física amb la memòria de treball i el rendiment acadèmic. En ambdós estudis, el rendiment acadèmic es va mesurar a través de la nota mitjana acadèmica obtinguda en estudis universitaris, i la memòria de treball es va mesurar amb la tasca descrita en l’Estudi 1. En relació a l’activitat física i comportament sedentari, l’Estudi 2 va mesurar activitat física (minuts/setmana d’activitat física lleugera, moderada o vigorosa) i minuts/dia de temps assegut en cada domini a través de dos qüestionaris. L’Estudi 3 va emprar mesures objectives (activPALTM) per mesurar les variables relatives al comportament sedentari (temps total assegut/estirat, nombre total d’interrupcions en el temps assegut/estirat i el temps assegut en duracions específiques), temps dempeus i activitat física (lleugera i moderada-vigorosa). Correlacions de Pearson van determinar quines variables van ser incloses en l’anàlisi i es van dur a terme models múltiples de regressió lineals per tal d’examinar les associacions entre les variables de comportament sedentari i activitat física amb els paràmetres cognitius. Resultats. L’estudi 1 va indicar que la versió de les tasca creada en Castellà posseïa qualitats psicomètriques satisfactòries per mesurar la memòria de treball en població universitària bilingüe català/castellanoparlant. L’estudi 2 va mostrar que >3h/setmana d’activitat física moderada s’associa amb un augment del rendiment de la memòria de treball però no amb el rendiment acadèmic. Passar >3 h assegut en un dia no laborable mentre es realitzen activitats d’oci (que no incloguin estar davant d’una pantalla) es va relacionar amb pitjor rendiment de la memòria de treball després d’ajustar els resultats per l’activitat física. Alhora, >3h assegut en un dia laborable realitzant activitats d’oci (que incloguin o no estar davant d’una pantalla), es van associar inversament amb el rendiment acadèmic, independentment de l’activitat física. L’estudi 3 va indicar que independentment de l’activitat física, passar més temps assegut en períodes de 10-20min en dies laborables es va relacionar amb augments del rendiment acadèmic mentre que passar més temps assegut en períodes de 20-30min en dies no laborables es va relacionar negativament amb la memòria de treball. Conclusions. El temps assegut destinat a determinades activitats durant el lleure pot comportar disminucions en el rendiment acadèmic i la memòria de treball independentment de l’activitat física que es realitzi. Alhora, els resultats preliminars indiquen que interrompre períodes de temps assegut prolongat pot tenir un impacte distint sobre la cognició, optimitzant processos cognitius associats amb el rendiment acadèmic i reduint-ne aquells associats amb la memòria de treball.