Intersections of Cognitive Performance, Physical Fitness, Sex, and Selection Bias: Insights from Web-Based Assessments

Abstract

Cognitive testing encompasses methods designed to measure mental capabilities such as memory, attention, processing speed, and problem-solving skills. Traditionally conducted through pen-and-paper assessments, the advent of technology has seen a shift towards computerized and web-based platforms, which offer broader accessibility and standardized testing administration. Memoro, the self-administered web-based neuropsychological testing platform used in this thesis, exemplifies this technological advancement, allowing for the collection of large-scale data across diverse populations. The study of cognition requires consideration of various influencing factors including age, sex, education, physical health, and lifestyle choices like physical activity. It is also critical to account for potential biases, such as selection and engagement biases, which can impact the validity and generalizability of research findings. The primary goal of this thesis was to explore the connections between cognition and physical exercise, demographic variables, and health factors across various research settings, while also examining the prevalence and impact of selection biases and participant engagement on study results. Throughout this thesis, I used the Memoro platform to evaluate cognitive abilities in three distinct studies in a Norwegian sample. In paper 1, I investigated the impact of a physical activity intervention (and aerobic exercise) with high- and moderate-intensity training versus following national PA guidelines and CRF on the cognitive abilities of older adults. I employed a longitudinal design spanning 5 years and 4 time points with 106 participants from the randomized control trial Generation 100. In paper 2, I investigated how verbal memory differs between sexes and how other cognitive abilities and learning strategies support verbal memory differently in men and women. I used a cross-sectional approach, incorporating data from 4,403 participants enrolled in the Hjernetrim substudy, part of the observational study, the Health Survey of Trøndelag (HUNT4). In paper 3, I examined if web-based testing leads to biased recruitment in a general population setting, by evaluating the influence of demographic, health, and lifestyle factors on participation rates and engagement with the study. I adopted a cross-sectional design, comparing 5,634 HUNT4 Hjernetrim participants with 60,217 HUNT4 participants who did not participate in the Hjernetrim substudy. The findings from these studies contribute to our understanding of how web-based study designs can be used in the research of cognitive abilities. In particular, they underscore the link between CRF and cognitive health, revealing that maintaining higher levels of physical activity and fitness can have protective effects against cognitive decline. Moreover, the research highlights a female advantage in verbal memory tasks and indicates that learning strategies and cognitive abilities such as processing speed and working memory contribute differently to verbal memory performance in men and women. Lastly, the results validate the efficacy of web-based cognitive testing platforms like Memoro, demonstrating their potential for conducting large-scale cognitive assessments, while also noting the importance of addressing biases to enhance the reliability of future research.

Sammendrag (Norwegian summary) Kognitiv testing omfatter metoder som er utviklet for å måle mentale evner som hukommelse, oppmerksomhet, prosesseringshastighet og problemløsningsferdigheter. Tradisjonelt ble disse testene gjennomført med penn og papir, men i takt med den teknologiske utviklingen har man gått over til å bruke datastyrte og nettbaserte plattformer, som gir større tilgjengelighet og standardisert testadministrasjon. Memoro, den selvadministrerte, nettbaserte nevropsykologiske testplattformen som brukes i denne avhandlingen, er et eksempel på denne teknologiske utviklingen, og gjør det mulig å samle inn data i stor skala på tvers av ulike populasjoner. Studiet av kognisjon krever at man tar hensyn til en rekke påvirkningsfaktorer, blant annet alder, kjønn, utdanning, fysisk helse og livsstilsvalg som fysisk aktivitet. Det er også viktig å ta hensyn til potensielle skjevheter, for eksempel seleksjons- og engasjementsskjevheter, som kan påvirke validiteten og generaliserbarheten til forskningsresultatene. Hovedmålet med denne avhandlingen var å utforske sammenhengen mellom kognisjon og fysisk aktivitet, demografiske variabler og helsefaktorer i ulike studie design, samtidig som jeg undersøkte forekomsten og effekten av seleksjonsskjevheter og deltakerengasjement på studieresultatene. I denne avhandlingen har jeg brukt Memoro-plattformen til å evaluere kognitive evner i tre ulike studier. I artikkel 1 undersøkte jeg effekten av en fysisk aktivitets-intervensjon med høy vs. moderat intensitet sammenlignet med det å følge de nasjonale retningslinjer for fysisk aktivitet på kognitive evner hos eldre voksne, og evaluerte utfall som hukommelse og perseptuell hastighet. Jeg benyttet et longitudinelt design som strakte seg over 5 år og 4 tidspunkter med 106 deltakere fra den randomiserte studien Generation 100-studien. I artikkel 2 undersøkte jeg hvordan verbal hukommelse er ulik i kvinner og menn, og hvordan andre kognitive evner og læringsstrategier understøtter verbal hukommelse forskjellig i de to kjønnene. Jeg brukte en tverrsnittstilnærming og inkluderte 4 403 deltakere i Hjernetrim studien, en understudien i helseundersøkelsen i Trøndelag, HUNT- 4-studien. I artikkel 3 undersøkte jeg om nettbaserte kognitive tester i en generell befolkningssammenheng egner seg til å innhente data ved å evaluere hvordan demografiske faktorer, helsefaktorer og livsstilsfaktorer påvirker deltakelsen. Jeg benyttet et tverrsnitts design og sammenlignet 60 217 deltakere fra HUNT4 som ikke deltok i Hjernetrim med 5 634 deltakere fra HUNT4 Hjernetrim. Funnene fra disse studiene bidrar til øket forståelse av hvordan nettbaserte studiedesign kan brukes i forskning på kognitive evner. De understreker spesielt sammenhengen mellom kondisjon og kognitiv helse, og viser at et høyt nivå av fysisk aktivitet og kondisjon kan ha en beskyttende effekt mot kognitiv svikt. Forskningen viser også at kvinner har en fordel når det gjelder verbal hukommelse, og at læringsstrategier og kognitive evner som prosesseringshastighet og arbeidsminne bidrar ulikt til verbal hukommelse hos menn og kvinner. Til slutt validerer resultatene effekten av nettbaserte kognitive testplattformer som Memoro, og viser at metoden har potensial til å gjennomføre kognitive tester i stor skala, samtidig som det påpekes at det er viktig å ta hensyn til skjevheter blant de som deltar for å øke påliteligheten i fremtidig forskning.