"Målet är att få barn att röra på sig under hela skoldagen," sa Hillman. Även om han medger att akademisk lektion också är viktig, "det är klart att det akademiska vid det här laget är till priset av att vara fysiskt aktiv, och jag tror att det måste finnas en viss nivå av boende."
Hillman varnar också för att fysisk aktivitet ensam inte har visat sig öka kognitiva prestationer. En långsam promenad till exempel gör lite för att göra någon smartare. Det som definitivt är kopplat till hjärnans hälsa, sa Hillman, är fysisk kondition.
"Effekter finns faktiskt i hjärnan," sa Hillman. "Vi har upptäckt att barn med bättre passform har en differentiell hjärnfunktion än barn med lägre passform."
Den prefrontala cortexen och hippocampus hos fysiskt vältränade barn är bättre utvecklade än hos mindre vältränade barn, sa Hillman. Dessa två hjärnstrukturer styr många av de förmågor som leder till höga akademiska prestationer: långtidsminne, självreglering och målsättning, bland andra nyckelfunktioner.
Hillman, som ger råd till U.S. Department of Health and Human Services om den senaste träningsforskningen för 2018 års revision av avdelningens rekommendationer för fysisk kondition, sade att bevis på ett samband mellan kondition och hjärnfunktion har ökat stadigt åren.
A 2009 Stanford University studie fann att femte, sjunde och nionde klass elever i Kalifornien som klarade det statliga fysiska konditionstestet och de vars kondition förbättrades mellan femte och sjunde klass fick bättre poäng än sina mindre vältränade kamrater på statens standardiserade tester. A 2013 studie av nästan 12 000 Nebraska-studenter fann också att aerobt vältränade elever var mer benägna att klara statens standardiserade matte- och läsprov, oavsett deras vikt eller socioekonomiska status. Ännu en studie från 2013 som slumpmässigt tilldelade 8- och 9-åriga Illinois-barn till ett nio månader långt träningsprogram efter skolan fann att de barn vars kondition förbättrades också blev bättre på att uppmärksamma och ignorera distraktioner. De förbättrades också till ung-vuxna nivåer i sin förmåga att reglera sitt beteende.
Skoldistrikt som har lagt till mer fysisk aktivitet till sina dagliga scheman i hopp om att förbättra akademisk prestation har också sett mätbara förändringar. När en Ft. Worth, Texas skola gjorde en mycket omtalad switch för sina dagis- och förstaklasselever från en 20-minutersrast om dagen till fyra 15-minutersraster - eller en timme, totalt — den fann att eleverna var mer fokuserade i klassen och att lärare kunde gå igenom läroplansmaterial snabbare. Beteenden utanför uppgiften i klassen minskade med 25 till 35 procent och elevernas kroppsmassaindex (vikt dividerat med längd) stabiliserades eller minskat, sa Deborah Rhea, professor vid Texas Christian University och ledande forskare om det längre uppehållet initiativ.
"Vi kommer åtminstone närmare en hälsosam miljö som främjar lärande för lärare och barn," sa Rhea om de flera 15-minutersrasterna.
All den här forskningen kommer efter nästan tre decennier av skolpolitik som minskade rasterna i rädsla att den ostrukturerade tiden ledde till studentbråk eller tog tid från elevernas fokus på att klara standardiserat tester. En undersökning från 2007 av George Washington University fann att 20 procent av ett representativt urval av distrikt hade minskat rastertiden med en i genomsnitt 50 minuter i veckan och 9 procent hade minskat idrottstiden med i genomsnitt 40 minuter.
Idag är mellan- och gymnasieskolor fortfarande minst benägna att ha daglig fysisk träning eller raster. Fyrtioen stater kräver fysisk utbildning på mellanstadienivå, enligt årsredovisningen för 2016 av SHAPE, och 46 kräver det i gymnasiet. Men endast 15 stater inkluderar en viss tid mellanstadiebarn måste spendera i fysisk utbildning per vecka; endast sex stater har ett liknande tidskrav på gymnasienivå. De flesta stater kräver inte att mellan- eller gymnasieskolor erbjuder raster alls.
Tanken att små barn behöver röra sig mycket är ganska intuitivt för alla som någonsin har tillbringat tid i sällskap med ett barn under åtta år. Men äldre barn behöver rörelse också - minst en timme om dagen enligt federala riktlinjer – och de får mycket mindre av det. Färre än var tredje gymnasieelev — 27 procent 2015 — får det rekommenderade antalet minuters daglig träning, enligt data från Child Trends, en ideell forskningsorganisation med fokus på ungdomsfrågor. Flickor, svarta studenter och spansktalande elever får mindre motion än vita pojkar.
Dessutom är budgetarna för utrustning och förnödenheter för fysisk träning små; medianen är bara $764 per år per skola, enligt SHAPEs 2016-rapport.
Många skyller på den federala utbildningslagen känd som No Child Left Behind (NCLB), som antogs under tidigare president George W. Bush, för bristen på idrottsmedel och fokus. "Det fanns ingen fysik i NCLB," sa Wright. "Lärarna skars ned, budgetarna skars ned, vissa stater upphävde statliga regler för fysik. Det var definitivt några ganska allvarliga oavsiktliga konsekvenser."
Flera faktorer verkar leda till att lärare och beslutsfattare börjar ta itu med dessa konsekvenser: den nuvarande motreaktionen mot standardiserade testning, den ständigt förbättrade förståelsen av hjärnvetenskap och inflytandet från nationella kampanjer som före detta First Lady Michelle Obamas Let's Flytta! och SHAPEs ansträngningar att påverka nationell lagstiftning, såsom ESSA.
I Wisconsin, till exempel, övervakar statens utbildningsavdelning ett program som heter Core 4+, som innehåller billiga insatser för att öka rörelsen under hela skoldagen. Programmet är nu på plats kl 450 skolor betjänar över 300 000 studenter. Appleton, som har sett flera av sina skolor få nationellt erkännande för sina insatser på detta område en av städerna som deltar i Core 4+, mer känd av skolledare här som "aktiva barn, aktiva klassrum.”
Tanken på att lägga till så många minuters rörelse på dagen, särskilt under lektionerna, möttes till en början av ett visst motstånd, sa Mikki Duran, som övervakar Appletons avdelning för fysisk utbildning. Lärarna sa till henne att de inte hade tid. Durans svar var att ta tid att flytta faktiskt skulle resultera i mer fokuserad dags att lära sig. När de väl provat det, sa hon, blev de flesta lärare snabba omvändare.
Idag har varje skola i Appleton sitt eget program som vart och ett syftar till att öka fysisk aktivitet och kondition. På Horizons Elementary börjar minst 40 av skolans 350 barn varje dag i skolans gymnastiksal och spelar ett spel som "Castle" - ett slags dodge ball, capture-the-flag mash-up. Gymmet är öppet hela dagen för lärare eller assistenter som vill ta med barnen för att springa ett varv och bränna bort lite överflödig energi. Det finns också en löparklubb och lärarna själva startar ofta personalmöten med några varv runt skolbanan.
Idrottsläraren här, Carrie Michiels, har också introducerat "Fit in 15"-raster för klassrumslärare för de dagar som deras elever inte är planerade att ta en fullständig fysisk utbildning klass.
"Barn är piggare, mer involverade" efter rasterna, sa läraren i femte klass Gina Dresang, en 23-årig veteran. "Det kan vara knepigt. När de väl reser sig kan de bli dumma och det tar tid att få dem tillbaka på uppgiften, men fördelarna överväger nackdelarna."
För flera pedagoger i Appleton har jakten på bättre kondition också blivit personlig. Efter att ha lärt sig mer om effekterna av fysisk kondition på hjärnan för några år sedan beslutade Kalejdoskop-rektorn Al Brant att han behövde göra en förändring. Han var tung i hela sitt liv och valde en gastric bypass-operation, förbättrade sin kost och började träna. Han gick ner 120 pund och tillbringade en del av förra sommaren på en resa med sin dotter för att klättra 19 300 fot till toppen av Kilimanjaro. Bilderna från hans vandring pryder hans kontorsväggar tillsammans med bilder på hans bågjaktsexpeditioner.
"Det förändrade min attityd om att marknadsföra phy-ed," sa Brant om sin erfarenhet.
Nu vill han att hans elever ska veta om personlig kondition långt innan de blir överviktiga vuxna. Han har prioriterat rörelse på sin skola och ger starkt stöd till idrottslärarna här. Personalmöten avbryts nu regelbundet när lärare reser sig och rör sig i några sekunder eller minuter, precis som de "hjärnpauser" som erbjuds i de flesta klassrum. Brant har också helt köpt in sig i tanken på rörelse under lektionen. Förra våren godkände han köpet för 9 072 USD av 144 vingliga stolar – de som barnen verkar älska även om de insisterar på att de inte gör det.
Förändringen i elevernas förmåga att fokusera, särskilt hos barn som kämpar med uppmärksamhetsstörning, har varit märkbar, sa han. Han råder andra rektorer som funderar på att göra ett skifte på sina skolor för att hitta några vuxna mästare som kan hjälpa till förklara hjärnvetenskapen och ge praktiska råd till andra lärare om hur man kan göra rörelse till en större del av dag. Han säger också att det är värt att ha idrottsalternativ med tydliga kursplaner och inlärningsstandarder. Ju mer barn förstår vad de kan göra för att vara i form nu, desto mer sannolikt kommer de att kunna hålla sig i form som vuxna.
Faktum är att, sade Wright, den nationella förespråkaren från SHAPE, den största vinsten av mer fysisk träning och paus för Amerikas skolbarn skulle vara vältränade vuxna.
"Elever som är fysiskt aktiva och friska har högre testresultat, lägre frekvens av disciplinhänvisningar och ökat fokus i klassrummet", sa hon. Och även om det är viktigt, betonade Wright också hälso- och välbefinnandevärdet av högkvalitativ fysisk utbildning: Den lär barn "hur man är fysiskt aktiv under en livstid."
