Page | 1
Onderzoeksvoorstel:
Arousalniveau, suiker en taakprestatie
Marjolein Bruseker Studentnummer: 5803934 Scriptiebegeleider: Jan Snel Datum: 11-07-2015
Page | 2
Inhoudsopgave
Onderzoeksvoorstel: Arousalniveaus, suikercondities en taakprestatie ... 1
Samenvatting ... 3 Inleiding ... 3 Onderzoeksmethode ... 3 Analyse ... 5 Resultaten en conclusie ... 5 Literatuurlijst ... 7
Page | 3
Samenvatting
In dit onderzoeksvoorstel wordt de relatie onderzocht tussen arousalniveaus, suiker en taakprestatie. Vanwege de wereldwijde overmatige suikerconsumptie is informatie over het effect van suiker op het functioneren en het lichaam van maatschappelijk belang.
Inleiding
In de maatschappij en in de wetenschap is er grote belangstelling voor de hoeveelheid suiker in voeding (World Health Organisation, 2015) vanwege de vermeende kwalijke gevolgen voor de gezondheid en het functioneren.
Eerder onderzoek maakte zichtbaar wat het effect van suiker was op het perifere en centrale zenuwstelsel. Het zorgt voor afscheiding van insuline uit de alvleesklier, beïnvloedt de
hartslagfrequentie en de afgifte van cortisol (Stanhope et al., 2008;Chen et al., 2010;Elman et al., 1998). Dit zijn maten van arousal die door het endocriene systeem gereguleerd worden.
Effect van suiker op de hersenen uit zich als een verhoogde activiteit van de reticulaire formatie en de raphe middenhersenen. (Buysse et al., 2004). Deze verhoogde arousal kan leiden tot betere taakprestaties, zoals de Yerkes-Dodson wet aannemelijk maakt. Deze wet stelt dat prestatie op moeilijke taken verbetert wanneer de arousal van een gemiddeld niveau is. Boven of onder dit gemiddelde, optimale arousalniveau wordt de prestatie slechter (Bell, Greene, Fisher & Baum, 2001).
Door de vele methodologische zwakke punten van onderzoek op dit gebied blijft het lastig om eenduidig vast te stellen welke relatie er is tussen suiker, arousal en taakprestatie. Zo ontbreekt het veeal aan objectieve meetmethoden om de mate van arousal vast te stellen. In plaats daarvan worden methodes zoals zelfrapportage gebruikt (Martino & Morris, 2003). Een objectieve meetmethode heeft als groot voordeel dat het de betrouwbaarheid en generaliseerbaarheid van de
onderzoeksresultatenverhoogt .
Naast het objectief meten van arousal is het wenselijk arousal in te delen in meerdere niveaus, in bijvoorbeeld hoog, laag en gemiddeld. Door arousal in zowel het perifere als het centrale zenuwstelsel objectief te meten is het definieren van arousalniveaus te realiseren. Wanneer objectieve
meetmethoden bevestigen dat in zowel het perifere als centrale zenuwstelsel sprake is van betrouwbare en valide meting van arousal kunnen deze methoden gebruikt worden om de relatie tussen arousal, suiker en taakprestatie inzichtelijk te maken, betrouwbaar en replicabel.
Dit onderzoeksvoorstel heeft tot doel het verband tussen suiker, arousal, en taakprestatie te onderzoeken met objectieve meetmethoden van arousal zowel in het perifere als in het centrale zenuwstelsel.
Onderzoeksmethode
Doelgroep
Het onderzoek wordt uitgevoerd bij kinderen van zes tot acht jaar. Het werven vindt plaats door het aanschrijven van een aantal Nederlandse basisscholen. Via de basisschool wordt toestemming van de ouders voor de deelname van de kinderen gevraagd.
Om te voorkomen dat de onderzoekresultaten beïnvloed worden door expliciet het
onderzoeksdoel aan te geven, wordt de ware toedracht van het onderzoek niet van tevoren onthuld. Daarom wordt als onderzoeksdoel aangegeven dat de kinderen hun mening wordt gevraagd over de smaak van een nieuw drankje dat op de markt komt. Van tevoren is wel verteld dat dit drankje suiker bevat, kinderen met allergieën/ziektes van deelname uit te sluiten.
Page | 4 De reden dat voor 6-8 jarige kinderen wordt gekozen is dat hun cognitieve vaardigheden nog in ontwikkeling zijn. Het voorkomt dat plafondeffecten in de taakuitvoering optreden, zoals bij studenten verwacht mag worden.
De vraagstellng is na te gaan bij kinderen of suiker leidt tot verhoogde arousal, wat zich zal uiten in verbeterde prestaties op de uitvoering van cognitieve taken.
Condities
Er zijn drie condities waarin de hoeveelheid suiker is gemanipuleerd. Suiker wordt in elke conditie toegediend via een drankje, omdat deze manipulatie vanuit eerder onderzoek effectief is gebleken voor het beïnvloeden van het arousalniveau (Kennedy & Scholey, 2000). Daarnaast is een drankje gekozen, omdat dit een natuurlijke manier is van suikerconsumptie en het eigenlijke onderzoeksdoel eenvoudig verborgen houdt.
De condities bestaan uit een lage-suiker conditie, 25 gram, een hoge-suiker conditie, 50 gram, en een conctroleconditie. De lage suikerconditie is is gebaseerd op gebleken effectiviteit in eerder onderzoek (Kennedy & Scholey, 2000). De hoge suikerconditie van 50 gram, zal naar verwachting een sterker effect hebben op arousal dan de 25 grams suikerconditie. De controleconditie bevat geen suiker, maar
zoetstoffen. Deze controle is toegevoegd om te controleren of het niet enkel de zoete smaak van het drankje is wat effect heeft op arousalnivaeu.
Glucoseniveau
Of suiker leidt tot een hogere waarde van glucose in het bloed wordt in dit ondezoek niet gemeten omdat het in het licht van het verborgen onderzoeksdoel niet te rechtvaardigen is dat bloedafname nodig is. Eerder onderzoek heeft uitgewezen dat de inname van suiker leidt tot verhoging van het glucoseniveau in het bloed.
Arousal
Arousal wordt binnen het perifere zenuwstelsel gemeten aan de hand van hartslagfrequentie en bloeddruk. Arousal in het centrale zenuwstelsel wordt gemeten via EEG-frequentiebanden. Het impliceert dat de kinderen in het laboratorium gemeten dienen te worden. Per conditie doen er 15 proefpersonen mee, totaal 45 proefpersonen. Hoewel het aantal proefpersonen vrij laag is en het onderzoek weinig power heeft, is het vanwege de factoren tijd en geld tot dit aantal gelimiteerd. Prestatie
Voor het meten van prestatie wordt een Go/No-Go taak gebruikt, een response-inhibitie taak. In deze taak kijken de kinderen naar een beeldscherm met centraal een afgebeeld fixatiekruis. Bij het begin van een trial worden op de plek van het fixatiekruis geometrische figuren getoond, zoals een vierkant, rondje, rechthoek, kruis en pentagram. Alleen bij het tonen van een kruis is een response vereist, die bestaat uit indrukken van een toets op het toetsenbord. Er zijn vier mogelijkheden voor de gegeven response: correcte respons, omissiefouten (gemiste kruizen), commissiefouten (onterechte responses) en correcte afwijzing van overige figuren. De Go/No-Go taak wordt in veel onderzoeken uitgevoerd met letters (Bezdjian, Tuvblad, Wang, Raine & Baker, 2014). In dit onderzoek wordt de taak uitgevoerd met figuren, omdat het onderscheid hiertussen vanwege de leeftijd van de proefpersonen gemakkelijker is te maken dan met letters.
Om één moeilijke en één makkelijke taak te kunnen testen wordt de Go/No-go taak eerst uitgevoerd als een pilot onder kinderen tussen zes en acht jaar. Door het wisselen van de
Page | 5 (stimulustijd) wordt op basis van hoeveelheid omissies en commissies een makkelijke en moeilijke taak vastgesteld. Deze twee taakversies worden in het eigenlijke onderzoek gebruikt. De taakprestatie wordt gedefinieerd als het aantal fouten.
Vragenlijst
Voor het onderzoeksdoel zoals bekend gemaakt aan de deelnemers is een korte vragenlijst opgesteld. Voorbeelden van items op de vragenlijst zijn: ‘Dit drankje is verfrissend’, ‘Dit drankje is dorstlessend’. De 5-puntsschaal van de vragenlijst loopt van helemaal eens tot helemaal oneens. Omdat de antwoorden op de vragenlijst niet worden gebruikt wordt geen validatie van de vragenlijst uitgevoerd.
Procedure
Na aankomst in het laboratorium om 9.00 ’s morgens krijgen de proefpersonen aselect één van de drankjes aangeboden. De proefleider is niet op hoogte van het suikergehalte in het drankje, om onderzoeksbias te voorkomen. De proefpersonen wordt gevraagd de vragenlijst over het drankje in te vullen. Vervolgens wordt EEG-apparatuur aangesloten voor het meten van hersenactiviteit en hartslag. De tijd tussen het drankje en het aansluiten van de EEG-apparatuur is voldoende voor de glucose om te zijn opgenomen in het bloed. De helft van de proefpersonen krijgt eerst de moeilijke taak en de andere helft eerst de makkelijke taak, om voor onder andere time-on-task- effecten (vermoeidheid), motivatie en concentratieverlies te controleren.
Analyse
De data wordt als volgt geanalyseerd. Per conditie wordt er een gemiddelde hartslag berekend. Deze verschillen worden met een t-toets vergeleken.
Wat betreft hersenactivatie wordt de duur van de frquentiebanden, alpha, beta en theta opgenomen in de analyse om daaruit de mate van arousal van het CZS af te leiden.
De taakprestatie wordt vervolgens vergeleken met het niveau van arousal (hartslag-frequentie en duur van EEG-frequentiebanden). Het aantal fouten bepaalt de taakprestatie per conditie. De correlaties tussen taakprestatie en arousalniveau (laag, gemiddeld en hoog) bepalen of het verband tussen suiker, arousal en taakprestatie significant is (Cronbach’s alpha 0.05).
Resultaten en conclusie
Hartslag
Verwacht wordt dat er een significant hogere hartslag gevonden wordt in de 50 gram suikerconditie, in vergelijking met de 25 gram suikerconditie en de controleconditie. .
EEG activiteit
Door de toegediende suiker wordt een dosis-afhankelijke toename van EEG activiteit verwacht, wat indicatief is voor het arousal niveau in de reticulaire formatie; het Ascending Reticular Activating System genoemd. .
Prestatie
De verwachtingen over de taakprestatie zijn:
1. de prestatie van de proefpersonen in de hoge-suiker conditie ligt significant hoger dan op de makkelijke taak in de controle conditie, maar niet hoger dan in de gemiddelde suiker conditie. Deze
Page | 6 resultaten ondersteunen de Yerkes-Dodson wet van arousal: prestatie op een makkelijke taak wordt gefaciliteerd door een middelmatig en hoog niveau van arousal.
2. De prestatie op de moeilijke taak in de hoge-suiker conditie is significant lager dan die in de lage suikerconditie. Volgens de Yerkes-Dodson wet faciliteert hoge arousal alleen de prestatie op een makkelijke taak, maar niet op een moeilijke taak.
3. De prestatie op de moeilijke taak in de hoge suikerconditie is overeenkomstig aan die van in de controleconditie, gebaseerd op de Yerkes-Dodson law, omdat enkel een middelmatige hoeveelheid van suiker de prestaties op moeilijke taken positief beïnvloedt.
Page | 7
Literatuurlijst
Bell, P. A., Greene, T. C., Fisher, J. D., & Baum, A. (2001). Environmental Psychology (5th ed.). New York: Taylor & Francis Group.
Bezdjian, S., Tuvblad, C., Wang, P., Raine, A., & Baker, L. (2014). Motor Impulsivity During Childhood and Adolescence: A Longitudinal Biometric Analysis of the Go/No-Go Task in 9 – 18-Year-Old Twins. Developmental Psychology, 50, 2549 – 2557.
Buysse, D. J., Nofzinger, E. A., Germain, A., Meltzer, C. C., Wood, A., Ombao, H., et al. (2004). Regional brain glucose metabolism during morning and evening wakefulness in humans: preliminary finding. Sleep, 27, 1245-1254.
Chen, L., Caballero, B., Mitchell, D. C., Loria, C., Lin, P. H., Champagne, C. M., et al. (2010). Reducing Consumption of Sugar-Sweetened Beverages Is Associated With Reduced Blood Pressure. Circulation, 121, 2398-2409.
Elman, I., Adler, C. M., Malhotra, A. K., Bir, C., Pickar, D., Breier, A. (1998). Effect of Acute Metabolic Stress on Pituitary-Adrenal Axis Activation in Patients With Schizophrenia. AM J Psychiatry, 155, 979-981.
Kennedy, D. O., & Scholey, A. B. (2000). Glucose administration, heart rate and cognitive performance: effects of increasing mental effort. Psychopharmacology, 149, 63-71.
Martino, O. & Morris, N. (2003).Drinking glucose improves mood at the beginning of the working day. Contemporary Ergonomics, 216 - 220.
Stanhope, K. L., Griffen, S. C., Bair, B. R., Swarbick, M. M., Keim, N. L., Havel, P. J. (2008). Twenty-four-hour endocrine and metabolic profiles following consumption of high-fructose corn-syrup-, sucrose-, fructose-, and glucose-sweetened beverages with meals. The American Journal of Clinical Nutrition, 87, 1194-1203.
World Health Organisation. (2015). Guideline: sugar intake for adults and children. World Health Organisation. Opgehaald 6 juni, 2015, van
