Co mają ze sobą wspólnego rozwój anatomiczny mózgu, rozwój poznawczy i proces nauki?

Zrozumienie mechanizmów rozwoju anatomicznego mózgu, rozwoju poznawczego i procesów nauki przechodzi w świetle nowych odkryć w dziedzinie neuronauki dynamiczną transformację. Jedną w fenomenalnych cech umysłu człowieka jest jego nieustanne uczenie się, które trwa całe życie, a jednym z jego kluczowych elementów, który zrewolucjonizował nasze myślenie na ten temat, jest zrozumienie, że proces nauki jest nierozerwalnie związany z rozwojem anatomicznym mózgu. Proces uczenia się w świetle nowych doniesień naukowych polega na tym, że poszczególne doświadczenia i informacje są „zapamiętywane” przez konkretne komórki nerwowe (neurony), a nawet sieci neuronów. W miarę nabywania nowych umiejętności i doświadczeń, w mózgu tworzą się nowe neurony, wypustki neuronów (dendryty) oraz połączenia pomiędzy nimi nazywane synapsami. Przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi komórkami nerwowymi umożliwiają neuroprzekaźniki (neurotransmitery, wśród których, w proces nauki szczególnie zaangażowana jest dopamina.

Proces rozbudowy anatomicznych struktur mózgu związany z uczeniem się można porównać do rozbudowy sieci energetycznej, w której neurony symbolizują kable elektryczne, a synapsy są połączeniami pomiędzy nimi. Z czasem wokół neuronów pojawiają się otoczki mielinowe, których rola jest podobna do izolacji przewodów elektrycznych, jednak otoczki mielinowe oprócz ochrony komórek nerwowych przyśpieszają znacznie przepływ informacji wzdłuż neuronów. Te opisane, dynamiczne przebudowania struktur mózgu nazywamy neuroplastycznością. Im więcej rozgałęzień i połączeń synaptycznych, tym przekaz impulsu jest sprawniejszy i szybszy, a proces uczenia się jest efektywniejszy. Pod wpływem nauki i doświadczeń, mózg nie tylko „przeprogramowuje” istniejące połączenia, ale także tworzy zupełnie nowe trasy informacyjne. Neuroplastyczność mózgu człowieka nie tylko umożliwia adaptację i przetrwanie w dynamicznie zmieniającym się środowisku, ale również wpływa na zdolność do nauki i pamiętania. Aby dziecko nauczyło się liczyć, czytać, pisać itp. konieczny jest jego prawidłowy rozwój poznawczy.

Podstawowe elementy rozwoju poznawczego, będącego podstawą inteligencji obejmują takie aspekty jak pamięć, umiejętność kreowania i manipulowania wyobrażeniami w umyśle, zdolność koncentracji oraz tempo myślenia. Pamięć angażuje się w skuteczne zapisywanie, przechowywanie i odzyskiwanie informacji. Z kolei umiejętność korzystania z wyobrażeń umysłowych pozwala na wizualizację i modyfikację obiektów czy pojęć, nawet gdy nie są one obecne w rzeczywistości. Zdolność do skupienia i zarządzania uwagą stanowi istotny element procesu uczenia się. Tempo przetwarzania informacji jest łącznikiem wszystkich tych funkcji i przekłada się na rozwój inteligencji. Możemy śmiało powiedzieć, że wszystkie trzy procesy: rozwój anatomiczny mózgu, jego rozwój poznawczy oraz uczenie się są ze sobą ściśle powiązane i nie można ich rozdzielić (1, 2).

Które elementy żywienia dzieci wpływają pozytywnie na ich wyniki w nauce?

Naukowe doniesienia z ostatnich lat wskazują, że sposób żywienia dziecka i nastolatka, oprócz innych kluczowych czynników, jak np. genetyczne, socjologiczne, jest z jednym z kluczowych czynników wpływających na ich rozwój poznawczy oraz wyniki w nauce. W kontekście rosnącego zainteresowania wpływem diety na zdrowie i rozwój poznawczy dzieci i młodzieży, wiele badań skupia się na zrozumieniu, jak poszczególne grupy produktów spożywczych mogą wpływać na rozwój dzieci. Choć analiza tego typu dostarcza cennych informacji, warto zauważyć, że jest to podejście nieco sztuczne. Wiele substancji odżywczych obecnych jest w więcej, niż jednym produkcie lub grupie produktów. Ponadto dieta, którą spożywamy, jest złożonym układem, w którym różne składniki oddziałują na siebie nawzajem, tworząc efekty synergiczne lub antagonistyczne. Rzeczywisty wpływ na zdrowie i rozwój może wynikać nie tyle z działania pojedynczych elementów diety, ile z ich kompozycji jako całości, jak również częstotliwości spożycia posiłków. Mimo to, zrozumienie wpływu poszczególnych grup produktów spożywczych na rozwój dzieci może stanowić ważny krok w kierunku zrozumienia tych złożonych interakcji i pomóc w formułowaniu bardziej precyzyjnych zaleceń dietetycznych. Na temat składników pokarmowych mających wpływ na wyniki w nauce możesz przeczytać również tutaj.

Liczba i częstotliwość posiłków

Jednym z fundamentalnych czynników mających wpływ na rozwój poznawczy i wyniki w nauce dzieci i młodzieży pozostaje ilość i częstotliwość spożywanych przez nie posiłków. Wyniki analizy tego czynnika u ponad 46 tysięcy osób pochodzących z 42 krajów wykazały, że osoby, które regularnie spożywały śniadania oraz częściej spędzały czas z rodziną jedząc wspólnie śniadania i kolacje były bardziej skłonne do oceny własnych wyników w szkole jako lepszych w porównaniu z rówieśnikami. Ponadto, regularne spożywanie śniadań w weekendy oraz częstsze wspólne kolacje z rodziną były związane z lepszą wydajnością w szkole zarówno u chłopców, jak i dziewcząt. Wyniki te potwierdzają wcześniejsze doniesienia naukowe na ten temat. Obecność śniadania może przyczyniać się do poprawy aktywności neuronalnej oraz funkcji poznawczych, takie jak pamięć operacyjna i zdolności koncentracji, co z kolei może wpływać na wyniki w szkole. Wspólne rodzinne posiłki mogą stanowić okazję do emocjonalnej interakcji między rodzicami, a dziećmi co może przynajmniej częściowo tłumaczyć ich pozytywny wpływ na wyniki w nauce. Trudno też nie zauważyć, że spożywanie wspólnych posiłków jest związane z wyższą jakością diety. Zauważono, że w rodzinach częściej spożywających wspólne posiłki obserwuje się wyższe spożycie zdrowych produktów, takich jak owoce i warzywa. Z uwagi na fakt, że wspólne posiłki budują więzi społeczne, mogą być one również wskaźnikiem dostępności i zaangażowania rodziców w życie ich dziecka, co dodatkowo może wspierać ich osiągnięcia akademickie (3).

Orzechy

Piętnaście do trzydziestu procent tzw. suchej masy mózgu budują nienasycone kwasy tłuszczowe, dlatego nie jest dziwnym, że jego prawidłowy rozwój warunkowany jest m.in. dostarczeniem tych składników z dietą. Hipotezę tę potwierdzają wyniki badania z udziałem dzieci i młodzieży prowadzonego w Korei Południowej, w którym porównywano rozwój poznawczy badanych osób ze sposobem ich żywienia. Dzieci i młodzież spożywająca orzechy uzyskały lepsze efekty w teście SDMT (Symbol Digit Modalities Test) w którym ocenia się m.in.: pamięć werbalną, wizualną oraz zdolność do dynamicznego przełączania uwagi między różnymi zadaniami czy bodźcami (4).

Podobnie, wyniki badania prowadzonego pod kierownictwem dr Ariadny Pinar-Marti w Hiszpanii opublikowane w 2023r. rzucają światło na ewentualny wpływ codziennego spożywania 1 garści orzechów włoskich na zdolności rozumowania i rozwiązywania problemów wśród uczniów w wieku pomiędzy 11., a 16. lat. Procesy te są niezbędne w naukach ścisłych, a odpowiedzialna jest za nie tzw. inteligencja płynna. Uczniowie, którzy zastosowali się do powyższych zaleceń przez okres 6. miesięcy dodatkowo wykazywali się większą uwagą podczas lekcji, a badacze odnotowali również poprawę w zachowaniu wśród uczniów z ADHD (5).

Wpływ obecności w diecie orzechów na funkcje poznawcze był przedmiotem badań od wielu lat. Ich pozytywny wpływ na funkcje mózgu obserwowany jest w różnych grupach wiekowych, łącznie z osobami starszymi (6, 7).

Tłuste ryby morskie

Jednym z kluczowych składników pokarmowych, którego obecność w diecie przekłada się na wyniki w nauce są długołańcuchowe nienasycone kwasy tłuszczowe znane jako EPA (eikozapentaenowy) i DHA (dokozaheksaenowy) obecne głównie w tłustych rybach morskich.

Wyniki badań prowadzonych w Holandii z udziałem nastolatków w wieku pomiędzy 12., a 18. lat pokazały, że częstość spożycia tłustych ryb morskich ma związek z wynikami w nauce w zakresie słownictwa. Co ciekawe, najlepsze wyniki w nauce w tym zakresie mieli ci uczniowie, którzy dwa razy w tygodniu spożywali dania rybne o łącznej masie 450g. Prawdopodobnie wysoka zawartość kwasów EPA i DHA w tłustych rybach morskich, takich gatunków, jak łosoś, makrela, czy śledź pozytywnie wpływa na rozwój układu nerwowego, w tym neuronów mózgu. Podobne wyniki uzyskano w grupie dzieci w wieku 8-9 lat w badaniu prowadzonym m.in. w Kanadzie i Danii (8, 9).

Mleko i fermentowane napoje mleczne

Dla poprawnego rozwoju poznawczego niezwykle ważna jest obecność niektórych białek i peptydów i aminokwasów w diecie, będących substratami w budowie neuroprzekaźników układu nerwowego. Badacze koreańscy analizując dietę dzieci w powiązaniu z ich rozwojem poznawczym zwrócili uwagę, że spożywanie przez nie mleka i produktów mlecznych przynajmniej 3 razy w tygodniu wydaje się mieć wpływ na zwiększenie funkcji neuropoznawczych, m.in. takich, jak takich jak pamięć, czujność, planowanie, a dzieci pijące mleko znacznie częściej zaliczały się do grupy osiągającej najlepsze wyniki w nauce. Prawdopodobnie opisywany efekt oddziaływania nabiału na rozwój dzieci jest wynikiem obecności peptydów bioaktywnych, laktoalbuminy, tryptofanu i bakterii z rodzaju Lactobacillus w mleku i mlecznych napojach fermentowanych, jak również wapnia i witamin w grupy B, których działanie opisane zostało w dalszej części (10).

Mięso

Ocena spożycia mięsa w kontekście jego wpływu na rozwój mózgu nie jest jednoznaczna. W opisywanych wynikach badania oceny rozwoju poznawczego dzieci kanadyjskich i duńskich dzieci jedzące mięso wypadały gorzej, w stosunku do tych, którym część zjadanego mięsa zastąpiono tłustymi rybami (375g/tydzień) (9). Z drugiej strony wartości odżywcze zawarte w mięsie, takie jak białko, witaminy z grupy B (w tym B12), żelazo i cynk, mogą być korzystne dla rozwoju i funkcjonowania mózgu. Na przykład, witamina B12 jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego i jej niedobory mogą prowadzić do problemów z pamięcią i koncentracją. W badaniu prowadzonym pod kierownictwem dr Kim zauważono, iż dzieci spożywające mięso i drób osiągały dobre wyniki w testach dotyczących krótkotrwałej pamięci (4). Stąd też decyzje o całkowitej eliminacji mięsa z dieta dzieci powinny być podejmowane z rozwagą. Choć aktualne stanowiska eksperckie uznają, że diety roślinne mogą być zdrowe dla dzieci i młodzieży, to jednak równocześnie podkreśla się, że istnieje pilna potrzeba przeprowadzenia badań z udziałem większej ilości uczestników, aby wypowiedzieć się jednoznacznie na temat ryzyka niedobór pokarmowych związanych ze stosowaniem takich diet. Dlatego też w przypadku stosowania diet wegetariańskich i wegańskich u dzieci i młodzieży zaleca się regularne kontrole zdrowotne i konsultacje z profesjonalistami zdrowia w celu zapewnienia odpowiedniego rozwoju dziecka na diecie bez mięsa (11, 12).

Warzywa i owoce

Wyniki badań nie pozostawiają najmniejszych wątpliwości, że spożycie warzyw i owoców przekłada się na lepszy rozwój poznawczy oraz lepsze wyniki w nauce zarówno w grupie młodszych, jak i młodzieży, a im częściej są spożywane, tym wyniki w nauce są lepsze. Najprawdopodobniej witaminy antyoksydacyjne i składniki bioaktywne zawarte w warzywach i owocach chronią komórki ośrodkowego układu nerwowego przed szkodliwymi procesami utlenienia, a obecność błonnika wzmacnia działanie tzw. osi mózg-jelito, której działanie jest przedmiotem oddzielnego artykułu (4).

Produkty zbożowe

Produkty zbożowe są dla organizmu człowieka głównym źródłem węglowodanów, które są podstawowym paliwem dla mózgu. Dla zdrowia i rozwoju, w tym poznawczego oraz procesu uczenia się korzystne jest spożycie produktów zbożowych nieprzetworzonych, powstałych z mąki razowej, zawierających ziarna. Zdecydowaną korzyścią ze spożywania takich właśnie produktów w ilościach około 360g dziennie jest utrzymywanie wyższej uwagi i czujności podczas nauki u nastolatków.

U młodszych dzieci spożywanie nawet 46g dziennie produktów zbożowych bogatych w błonnik przekłada się na lepszą percepcję wzrokową i rozumowanie przestrzenne (13). Niekorzystny wpływ diety „śmieciowej” na rozwój mózgu

Trudno spotkać badania oceniające wpływ diety na rozwój poznawczy dzieci i młodzieży, które by nie wskazywały jednoznacznie, że częste spożycie żywności przetworzonej z dużą zawartością cukru i tłuszczu, pozbawionej błonnika i innych cennych składników pokarmowych, często określanej przez badaczy mianem fast food, „junk food”, czy też po prostu „niezdrowej żywności” ma negatywny wpływ na osiągnięcia dzieci i młodzieży. Niezależnie od długości i szerokości geograficznej wyniki tych badań są podobne. Jednym z mechanizmów, które są odpowiedzialne za ten stan rzeczy jest zmniejszenie objętości i pogorszenie jakości pracy hipokampu oraz płatu czołowego, które to obszary mózgu są w bardzo dużym stopniu odpowiedzialne za proces nauki (3, 4, 14, 15).

Optymalny sposób żywienia dla rozwoju poznawczego i nauki

Regularne spożywane posiłki, ze szczególnym uwzględnieniem śniadania przekładają się lepszy rozwój poznawczy oraz wyniki w nauce zarówno młodszych dzieci, jak i młodzieży. Wyniki wielu badań na tym polu składają się na obraz diety, która jeśli jest prawidłowo skonstruowana wpiera rozwój poznawczy dziecka jednocześnie pomagając mu osiągnąć lepsze wyniki w nauce. Dobrze udokumentowany wpływ na rozwój poznawczy oraz osiągnięcia naukowe, szczególnie w zakresie matematyki i nauki języków ma stosowanie się do modelu diety śródziemnomorskiej, bogatej w warzywa, owoce, ryby, orzechy i nasiona oraz oliwę z oliwek. W takim modelu żywienia spożycie mięsa ograniczone jest głównie do drobiu serwowanego 3-4 razy w tygodniu, a podaż nasyconych kwasów tłuszczowych i węglowodanów prostych jest minimalna (16). Podobny model diety proponują eksperci z Narodowego Centrum Edukacji Żywieniowej w formie talerza zdrowego żywienia. Dowiedz się więcej na temat Talerza Zdrowego Żywienia w praktyce.

1. Grzywniak C. Podstawy neurobiologii w uczeniu się u dzieci młodszych. ROCZNIK KOMISJI NAUK PEDAGOGICZNYCH Tom LXIV, 2011: 95-107 PL ISSN 0079-3418.
2. Jabłoński S. Posługiwanie się pismem jako czynnik rozwoju mózgu dziecka . W: A. Brzezińska (red.), Psychologiczne portrety człowieka. Praktyczna psychologia rozwojowa (s. 299-300). Gdańsk: GWP
3. José Francisco López-Gil J.F., Eumann Mesas A., Álvarez-Bueno C. at al. Association Between Eating Habits and Perceived School Performance: A Cross-Sectional Study Among 46,455 Adolescents From 42 Countries. Front. Nutr., 03 February 2022 Sec. Eating Behavior Volume 9 – 2022
4. Kim J.Y. and Kang S.W. Relationships between Dietary Intake and Cognitive Function in Healthy Korean Children and Adolescents. J Lifestyle Med. 2017 Jan;7(1):10-17. doi: 10.15280/jlm.2017.7.1.10
5. Pinar-Marti A. Gignac F., Fernández-Barrés S. at al. Effect of walnut consumption on neuropsychological
development in healthy adolescents: a multi-school randomised controlled trial. EClinicalMedicine
. 2023 Apr 6;59:101954. doi: 10.1016/j.eclinm.2023.101954.
6. Lockyer S. , de la Hunty A.E., Steenson S. Walnut consumption and health outcomes with public health
relevance—a systematic review of cohort studies and randomized controlled trials published from 2017 to present.
7. Chauchan A. and Chauchan V. Beneficial Effects of Walnuts on Cognition and Brain Health. Nutrients 2020, 12, 550; doi:10.3390/nu12020550.
8. De Groot R.H.M., Ouwehand C., Jolles J. Eating the right amount of fish: inverted U-shape association between fish consumption and cognitive performance and academic achievement in Dutch adolescents. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2012 Mar;86(3):113-7.
9. Teisen M.N.,Vuholm S., Niclasen J. Effects of oily fish intake on cognitive and socioemotional function in
healthy 8–9-year-old children: the FiSK Junior randomized trial. Am J Clin Nutr 2020;112:74–83.
10. Kim S.Y., Sim S., Park B. at al. Dietary Habits Are Associated With School Performance in Adolescents. Medicine (Baltimore). 2016 Mar; 95(12).
11. Fewtrell, M., Bronsky, J., Campoy, C., Domellöf, M., Embleton, N., Fidler Mis, N., … & Molgaard, C. (2017). Complementary Feeding: A Position Paper by the European Society for Paediatric Gastroenterology, Hepatology, and Nutrition (ESPGHAN) Committee on Nutrition. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 64(1), 119-132.
12. Chouraqui J-P. Risk Assessment of Micronutrients Deficiency in Vegetarian or Vegan Children: Not So Obvious. Nutrients 2023; 15: 2129.
13. Boushra Dalile B., Curie Kim C., Challinor A. The EAT–Lancet reference diet and cognitive function across
the life course. Lancet Planet Health. 2022 Sep;6(9):e749-e759
14. Rachel Bleiweiss-Sande R., Chui K., Wright C. Associations between Food Group Intake, Cognition, and Academic Achievement in Elementary Schoolchildren. Nutrients 2019, 11, 2722; doi:10.3390/nu11112722.
15. Burrows T., Goldman S., Olson R. K.at al. Associations between selected dietary behaviours and academic achievement: A study of Australian school aged children. Appetite 2017 Sep 1;116:372-380.
16. Tapia-Serrano M.A. a, **, Irene Esteban-Cornejo I.E., Rodriguez-Ayllon M. Adherence to the Mediterranean diet and academic performance in adolescents: Does BMI status moderate this association?. Clinical Nutrition 40 (2021) 4465e4472