Wat houdt cognitieve ontwikkeling in? - Chapter 1 

In dit hoofdstuk wordt eerst het concept cognitieve ontwikkeling geïntroduceerd. Hoe denkprocessen in de loop der tijd veranderen wordt de cognitieve ontwikkeling genoemd. In de volgende hoofdstukken worden de biologische en sociale factoren, als onderliggende factoren van cognitieve ontwikkeling, verder toegelicht. 

Wat zijn de kernconcepten binnen cognitieve ontwikkeling?

Cognitie verwijst naar de processen en vaardigheden waardoor informatie wordt geleerd en gemanipuleerd. Het is niet direct te observeren, waardoor het niet direct gemeten kan worden. Het wordt daardoor altijd indirect onderzocht door gedrag te observeren. De vaardigheden die onderliggend zijn aan dit gedrag zijn interessant in onderzoek naar cognitie en cognitieve ontwikkeling. Het daadwerkelijke gedrag (zoals taal- en rekenvaardigheden) wordt gezien als secundair. Door kennis te vergaren over onderliggende factoren kan gedrag en de ontwikkeling daarvan beter begrepen worden. 

Veel cognitieve processen vinden onbewust plaats. Zo is lezen voor velen een automatisch proces, maar de onderliggende processen zijn complex. Cognitie bevat het verkrijgen, het begrijpen en het aanpassen van informatie voor een specifieke situatie. Dit zijn hogere orde processen van cognitie zoals het ontwikkelen van een oplossing. Mensen zijn zich bewust van deze processen. Onbewuste processen van cognitie zijn bijvoorbeeld perceptie en het verwerken van sensorische informatie. Hierbij ervaren we de uitkomst, maar zijn we ons over het algemeen niet bewust van het proces. Cognitie ontwikkelt en omvat dus de kennis van een persoon en wat er met de kennis wordt gedaan. 

Ontwikkeling (ook wel ontogenie) is de verandering in de structuur of functie van een persoon in de loop der tijd. Structuur verwijst naar de onderliggende laag van een individu. Bij cognitieve ontwikkeling wordt met structuur verwezen naar een mentaal construct wat kennis in kaart kan brengen en wat verandert met de leeftijd. Functie geeft de acties gerelateerd aan structuur aan. Hierbij gaat het bijvoorbeeld om de hormonale veranderingen. Het kan beschreven worden als ervaringen (externe vormen van stimulatie). Dit kan ook de activatie van een cognitief proces zijn, zoals het uitrekenen van een rekensom. Het gaat dus om actie van het kind zoals het ophalen van informatie uit het geheugen om een vraag te beantwoorden. 

Ontwikkeling is redelijk voorspelbaar, maar bestaat naast de biologische factoren ook uit culturele factoren en omgevingsfactoren. Het is een bidirectionele relatie tussen structuur en functie. Activiteit van de structuur en de omgeving kan leiden tot veranderingen in de structuur. Functie draagt bij aan het behouden van de structuur, maar ook aan ontwikkeling. Dit wederkerige verband wordt uitgedrukt in structuur ↔ functie. 

Het structuur ↔ functie verband kan worden uitgelegd aan de hand van de embryologie. Embryo's van kippen maken spontane bewegingen om de onderliggende structuur (skelet en zenuwstelsel) te laten ontwikkelen. Wanneer een stof wordt toegediend waardoor deze beweging niet mogelijk is, dan ontstaan er afwijkingen in de ontwikkelingen. De activiteit (functie) of de structuur is dus nodig om juist te ontwikkelen (structuur). Daarbij draait het om de interactie. Dit geldt ook voor kinderen op gedragsmatig niveau; het karakter van een kind zorgt voor bepaald gedrag, wat leidt tot andere ervaringen. 

Dit wordt ondersteund door Jean Piaget. Zijn werk was gericht op de activiteit van kinderen, wat volgens hem nodig is voor de ontwikkeling. Om een structuur te veranderen, moet deze actief zijn. Vanuit dit perspectief zijn kinderen grotendeels verantwoordelijk voor hun eigen ontwikkeling. Ontwikkelingspsychologen beamen dat er een wederkerige relatie bestaat tussen structuren (zoals neuronen) en de activiteit hiervan (het gedrag van het kind). Ontwikkeling is geen resultaat van pure uiting van genetische factoren (structuur), maar eveneens niet puur en alleen van ervaring (functie). 

In dit boek worden twee aspecten van cognitieve ontwikkeling bekeken, ontwikkelingsfunctie en individuele verschillen. Ontwikkelingsfunctie wordt gedefinieerd als de vorm die cognitie laat zien over tijd, zoals leeftijd gerelateerde verschillen. Hierbij wordt vaak gekeken naar gemiddeldes en informatie die over het algemeen juist is over een bepaalde doelgroep. De individuele variatie wordt hierbij niet meegenomen. Deze individuele verschillen zijn wel belangrijk. Intellectualiteit is bijvoorbeeld niet gelijk in alle groepen. De individuele verschillen kunnen veel vragen beantwoorden. De relatie tussen ontwikkelingsfunctie en individuele verschillen is dynamisch en komt in volgende hoofdstukken vaker aan bod.

Ontwikkeling is progressief: het gaat van eenvoudige naar meer complexe structuren. Toch hebben vroege vormen van ontwikkeling ook een eigen functie. Zo is perceptie bij kinderen bijvoorbeeld onderontwikkeld, maar dit zorgt ook voor minder overbelasting van het sensorische systeem van kinderen. Vaak sluiten de cognitieve capaciteiten van kinderen juist aan bij de levensfase. Het is voor kinderen wel effectief. Onderzoek bij apen laat bijvoorbeeld zien dat op jonge leeftijd beginnen met het leren van te complexe informatie ook kan zorgen voor negatieve resultaten. De apen die op latere leeftijd begonnen presteerden beter. Te vroeg beginnen met het aanleren van complexe taken kan zorgen voor verlenging van het leerproces. 

Kinderen hebben wel stimulatie nodig voor cognitieve ontwikkeling. De onvolwassen cognitie van kinderen heeft dus een functie. Het kan dus ook tegenstrijdig werken om van kinderen met een ontwikkelingsachterstand te verwachten dat zij vaardigheden ontwikkelen die passen bij de leeftijd.      

Wat zijn de zes 'waarheden' van cognitieve ontwikkeling?

Er zijn zes waarheden over cognitieve ontwikkeling die de meerderheid van de ontwikkelingspsychologen ondersteunt.

1. Cognitieve ontwikkeling is een resultaat van de dynamische en wederkerige relatie tussen interne en externe factoren. Dit omvat het antwoord op het huidige nature/nurture debat en sluit aan op de relatie tussen structuur en functie. Er zijn twee kampen in deze discussie. Aan de ene kant het nativisme, wat inhoudt dat de intellectuele vaardigheden van mensen aangeboren zijn. Aan de andere kant staat het empirisme, wat stelt dat cognitie ontstaat als gevolg van ervaring. De waarheid ligt in het midden, het gaat om een combinatie van aangeboren vaardigheden en ervaringen (structuur ↔ functie). 

Veel ontwikkelingspsychologen stellen dat de term 'aangeboren' ook genetisch determinisme impliceert. Dat betekent dat genen het gedrag bepalen. Echter, er bestaat gedrag met een sterke biologische basis. Daar wordt naar verwezen met de termen 'species-typical behaviors' of 'species-typical patterns of cognition'. 

Gedurende de laatste eeuw hebben er twee veranderingen plaatsgevonden. Om te beginnen wordt er meer nadruk gelegd op de context in combinatie met ontwikkeling. Daarnaast is er ook meer erkenning voor de biologische aspecten van ontwikkeling. Daardoor ligt er steeds meer de nadruk op de interactie tussen deze twee velden. Richard Lerner toont dit in het ontwikkeling-context model. Daarbij is het organisme de basis die interacteert met diverse contexten. Er zijn verschillende niveaus die een wederkerige relatie hebben met elkaar. Ontwikkeling is dus erg dynamisch door de interactie van kinderen op alle niveaus uit het model. 

2. Cognitieve ontwikkeling ontstaat binnen een sociale context. De sociale context speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van een kind. Een kind ontwikkelt zich namelijk altijd binnen een bepaalde sociale context. Hierbij speelt de culturele context ook een rol. Een cultuur draagt bij aan wat en hoe kinderen denken. Er zijn diverse sociaal-culturele perspectieven over cognitieve ontwikkeling. Lev Vygotsky stelt dat ontwikkeling van kinderen gestuurd wordt door de interactie van volwassenen met het kind. Deze interacties (hoe en waar) zijn afhankelijk van de culturele context. Uit onderzoek is bijvoorbeeld gebleken dat kinderen uit meer 'traditionele' culturen vaker leren door observatie en kinderen met opgeleide ouders vaker leren door verbale instructies. 

De evolutionaire benadering zorgt voor beter begrip van de reden waarom kinderen zich gedragen zoals zij dat doen. Deze benadering wordt verder toegelicht in hoofdstuk 2. Alle benaderingen bekijken cognitieve ontwikkeling op een ander niveau. Zo kijkt het ontwikkeling-context model naar de processen gedurende het leven van een kind, ook al voor de geboorte. De sociaal-culturele modellen houden ook rekening met de historische ontwikkeling van de cultuur. De evolutionaire theorie kijkt nog verder terug in de geschiedenis en houdt daarbij rekening met processen zoals natuurlijke selectie. Cognitieve ontwikkeling zal in het boek aan de hand van deze drie perspectieven bekeken worden. 

3. Cognitieve ontwikkeling bevat zowel stabiliteit en plasticiteit in de loop der tijd. De begrippen stabiliteit en plasticiteit zijn gerelateerd aan elkaar. Stabiliteit gaat over de mate waarin kinderen dezelfde rank behouden ten opzichte van leeftijdsgenoten in de loop der tijd. Concreet is hierbij de vraag: zal een peuter van 3 jaar die bovengemiddeld presteert op latere leeftijd nog steeds beter presteren dan leeftijdsgenoten? Plasticiteit is de mate waarin kinderen gevormd kunnen worden door ervaring. Is het cognitieve systeem flexibel wanneer een individu een bepaalde ervaring meemaakt?

Jerome Kagan introduceerde het 'tape recorder model' van ontwikkeling. Hierbij werd gesteld dat wanneer iemand een ervaring meemaakt, deze wordt opgeslagen (zoals op een bandje). Deze 'opname' is niet meer te wijzigen. Daarbij ondersteunt hij het idee dat vooral de ervaringen in de vroege kindertijd belangrijk zijn. Deze ervaringen neem je mee in je cognitieve ontwikkeling. In het begin leken kinderen die thuis bijvoorbeeld minder stimulatie kregen, meer beperkingen te vertonen. Echter, later onderzoek toont aan dat weeskinderen met een laag IQ die overgeplaatst worden naar een gezin met meer stimulatie na een aantal jaar een normaal IQ hebben. Dit laat plasticiteit en veerkracht van jonge organismen zien ten opzichte van negatieve ervaringen. 

Een mogelijke verklaring om veerkracht te verwachten is omdat ontwikkeling door verschillende fasen gaat. Wanneer er een overgang is veranderen de eerdergenoemde 'tapes' en worden deze bijvoorbeeld vergeten. Er komt namelijk een nieuwe manier van informatieverwerking in een nieuwe fase. Het is dus belangrijk om te onthouden dat vroege stimulatie van belang is evenals stimulatie op latere leeftijd om de ontwikkeling voort te zetten. 

4. Cognitieve ontwikkeling houdt in dat er veranderingen zijn in de manier waarop informatie wordt gerepresenteerd. Veel wetenschappers geloven dat er meerdere manieren zijn om informatie te verwerken omdat er verschillende manieren van representeren zijn. Wat is de herkomst van deze verschillende representaties? Een representatie is de mentale codering van informatie. Hoe kinderen kennis representeren en hoe zij gebeurtenissen opslaan verandert gedurende de ontwikkeling. Jonge kinderen (<18 maanden) kennen de wereld alleen door perceptie met weinig gebruik van symbolen. Dit is een veelgenoemde hypothese met betrekking tot infantiele amnesie. 

Infantiele amnesie is het gebrek van mensen om herinneringen op te halen van voor het 3de/4de levensjaar. Dit zou dus kunnen komen doordat jonge kinderen informatie anders opslaan met gebruik van sensaties. Oudere kinderen en volwassenen slaan informatie op door gebruik van taal. Dit wordt ondersteund door diverse onderzoeken. Er is consensus over het feit dat kinderen van verschillende leeftijden informatie anders representeren. Er is geen consensus over de onderliggende aard van deze verschillen. De meerderheid gelooft dat kinderen meerdere manieren hebben om informatie te representeren maar dat de mentale representaties van mensen, objecten en gebeurtenissen verbeteren gedurende de jaren.

5. Kinderen ontwikkelen steeds meer doelbewuste controle over hun gedrag en cognitie. Het is hierbij de vraag in welke mate kinderen van verschillende leeftijden bewust een oplossing kunnen bedenken. Daarbij wordt vaak verwezen naar het gebruik van strategieën. Een strategie is een mentale operatie die doelbewust gericht is op het vinden van een oplossing. We gebruiken strategieën al op erg jonge leeftijd, maar ze worden steeds complexer. Het blijkt dat kinderen vooral strategieën leren gebruiken op school. Daarnaast blijkt het dat kinderen wel beter zijn in het gebruik van strategieën voor bijvoorbeeld geheugen wanneer de woorden die zij moeten onthouden ook goed binnen de categorie passen zoals zij deze kennen. 

Om strategisch te kunnen denken moeten kinderen hun eigen gedrag goed kunnen reguleren. Daarbij maken zij gebruik van executieve functies. Executief functioneren bevat processen zoals aandacht en het verwerken van informatie op de juiste manier door bijvoorbeeld planning. Er zijn drie cognitieve vaardigheden die hierbij een rol spelen:

1. Werkgeheugen: om informatie op te slaan, te structureren en te verwerken.
2. Inhibitie: de mogelijkheid om niet te reageren op resterende stimuli. 
3. Cognitieve flexibiliteit: de mogelijkheid om verschillende 'regels' te gebruiken bij verschillende taken. 

Om een zelfsturende denker te worden is het van belang om de lagere cognitieve processen (executief functioneren) en hogere cognitieve processen (strategieën) te beheersen. 

6. Cognitieve ontwikkeling includeert veranderingen in domein-algemene en domein-specifieke vaardigheden. Theorieën die zich richten op domein-algemene vaardigheden geloven dat gedachten van kinderen op een bepaald punt gestuurd worden door een bepaalde serie van factoren en dat dit invloed heeft op alle aspecten van cognitie. Theorieën die zich richten op domein-specifieke vaardigheden zien ontwikkeling als iets dat zich ontpopt door veranderingen. Zij gaan uit van een bepaalde modulariteit in de hersenen. Dit houdt in dat een specifiek hersengebied verantwoordelijk is voor een specifieke taak (zoals taalverwerking). Vanuit deze theorie zegt de prestatie van een kind op één specifieke cognitieve taak niets over de prestatie op andere taken. 

Modulariteit suggereert inflexibiliteit, informatie wordt namelijk altijd op een bepaalde manier verwerkt. Nu is gebleken dat de mensheid juist erg flexibel is en daarmee problemen op kan lossen waarvan het leek dat deze niet opgelost konden worden. Daarom is het goed om te onthouden dat beide vaardigheden bestaan. 

Wat zijn de doelen van cognitieve ontwikkelingspsychologen?

De beschrijving van veranderingen gedurende de ontwikkeling van kinderen is niet genoeg. Het doel is om de onderliggende factoren te bepalen. Daarnaast proberen de ontwikkelingspsychologen die zich bezighouden met cognitie informatie te vinden om te generaliseren naar alledaagse situaties.  

Wat is de biologische basis van cognitieve ontwikkeling? - Hoofdstuk 2

De ontwikkelingspsychologie richt zich tegenwoordig steeds meer op de biologie. Er bestond vroeger 'biofobie' waarbij de sociale wetenschappers bang waren dat de biologische richting de culturele en sociale context zou vervangen. In dit hoofdstuk wordt eerst de relatie tussen evolutie en cognitieve ontwikkeling besproken. Vervolgens wordt een kort overzicht gegeven van hersenontwikkeling. Recent is het beroepsveld van de ontwikkelingscognitieve neurowetenschappen geïntroduceerd waar de relatie tussen de hersenen cognitie verder werd onderzocht.

Wat is de relatie tussen evolutie en cognitieve ontwikkeling?

Ontwikkelingspsychologen stellen veel vragen over cognitieve ontwikkeling in relatie tot evolutie. Biologen bedoelen met evolutie het proces van de verandering van genen in populaties over tijd, waardoor uiteindelijk nieuwe soorten ontstaan. De evolutietheorie start bij Darwin. Hij stelt dat er meer leden van een soort worden geboren (per generatie) dan dat er kunnen overleven. Er is dus variatie tussen verschillende leden van een soort. Het feit dat sommige soorten wel overleven en anderen niet wordt natuurlijke selectie genoemd. Daarbij worden de erfelijke eigenschappen van de soorten die overleven doorgegeven aan de volgende generatie. Daardoor ontstaan dominante kenmerken van een soort. Dat verhoogt de kans dat een soort blijft bestaan en zich kan voortplanten. Dat wordt reproductieve fitheid genoemd. 

De evolutionaire theorie geeft een kader om gedrag en ontwikkeling in te plaatsen. Het geeft antwoord op de 'waarom'-vragen en de 'hoe'-vragen met betrekking tot cognitieve ontwikkeling bij kinderen. Het antwoord op de waarom vraag is over het algemeen dat het of belangrijk was om te overleven of dat het flexibel was om zich aan te passen om de overlevingskans te vergroten (adaptief). Dat is bijvoorbeeld het geval bij de voorkeur van mensen voor zoet en vet eten. Dat was ooit belangrijk om te overleven, maar is nu niet meer adaptief. Het antwoord op de 'hoe'-vragen is over het algemeen natuurlijke selectie. 

Binnen de ontwikkelingspsychologie bestaat het veld evolutionaire ontwikkelingspsychologie. Cognitieve psychologie is volgens evolutionaire psychologen de missende schakel in de evolutie. Adaptief gedrag is namelijk gekoppeld aan adaptief denken en natuurlijke selectie zou ontstaan omdat informatieverwerkingsprocessen zich aanpassen aan de hedendaagse problemen. Vanuit een evolutionair oogpunt is het van belang om te onderzoeken wat het doel is van cognitieve verwerkingsprocessen. Welke problemen lost het op? Daarbij is het goed om in gedachten te houden dat cognitieve processen zich ontwikkelen en dat problemen in de kindertijd verschillen van problemen in volwassenheid. 

Natuurlijke selectie heeft invloed gehad op domein-specifieke en domein-algemene mechanismen. Domein-specifiek door om te gaan met specifieke aspecten binnen de sociale context. Domein-algemeen door de ontwikkeling van executieve functies. Het domein-specifieke mechanisme impliceert dat er beperkingen zouden zijn in het leren. Deze beperkingen lijken het leren van nieuwe informatie juist mogelijk te maken. Er zijn drie verschillende beperkingen te onderscheiden:

1. Architectural constraints: hoe zijn de hersenen georganiseerd wanneer een kind geboren wordt? Waar zitten welke neuronen en welke functie hebben deze neuronen? Daardoor kunnen specifieke delen van de hersenen alleen specifieke informatie verwerken. Dit zorgt voor beperkingen omdat alleen een bepaald type informatie verwerkt kan worden en alleen op een specifieke manier. 
2. Chronotopic constraints: sommige hersengebieden ontwikkelen zich eerder dan anderen. Er is daardoor een beperking in het tijdstip van de gebeurtenissen. Alle gebieden zijn daardoor in een andere periode gedurende de ontwikkeling extra gevoelig voor het leren van informatie. Daardoor is het noodzakelijk dat ervaringen tijdens de gevoelige periode (sensitive period) worden aangeboden, omdat hersengebieden dan optimaal kunnen profiteren van deze informatie en zich kunnen ontwikkelen.
3. Representational constraints: dit refereert naar het idee dat sommige informatie aangeboren is of heel vroeg ontwikkelt. Zo zouden kinderen al bepaalde 'kern domeinen' (zoals taal en basisinformatie over objecten) hebben gevormd. Daardoor kunnen zij sneller informatie verwerken in specifieke domeinen en is de wereld niet overweldigend. 

Mensen zijn dus voorbereid door natuurlijke selectie om informatie te kunnen verwerken. Bovenstaande beperkingen zijn het gevolg van genen in interactie met omgeving en interacties tijdens de ontwikkeling. Dit sluit aan bij het idee van geëvolueerde probabilistische cognitieve mechanismen. Dit zijn processen voor informatieverwerking die door interactie zijn ontstaan in de loop der tijd. Hierbij gaat het om interacties tussen bijvoorbeeld genen en cultuur. Deze mechanismen ontwikkelen op een typische manier wanneer een individu een specifieke situatie meemaakt.

Een voorbeeld van deze mechanismen is de angst voor slangen. Kinderen hebben in eerste instantie geen angst voor slangen. Wanneer er video's worden getoond van dieren met een blije of beangstigende stem, kijken kinderen langer naar de slang in combinatie met de beangstigende stem dan met de blije stem. Wanneer er een video van een giraf wordt getoond met een beangstigende stem kijken de kinderen niet significant langer naar de video. Kinderen hebben dus wel de neiging om alert te zijn op bepaalde stimuli (in dit geval slangen) en dit makkelijker te associëren met beangstigende stemmen.  

Volgens David Geary ontwikkelen domein-specifieke elementen in de structuur van de hersenen naarmate het kind meer in interactie komt met de wereld. Hij gaat uit van twee dominante domeinen: sociaal en ecologisch. Het sociale domein gaat uit van de volkspsychologie waarbij het gaat om het zelf, het individu en de groep. Het domein ecologie is onderverdeeld in volksbiologie en volksfysica. Deze twee domeinen omvatten niet alle facetten, maar toch wordt deze theorie als basis voor onderzoek gebruikt. Ondanks de domein-specifieke benadering hangt de cognitieve ontwikkeling grotendeels samen met ervaringen. Daardoor worden de processen specifieker. 

Kinderen ontwikkelen zich tot jongeren en blijven, in tegenstelling tot andere diersoorten, lang binnen deze periode. Volgens onderzoekers is dit nodig omdat mensen zich aan moeten passen aan een complexe maatschappij met veel technologieën. Daarvoor moet de cognitie gedurende lange tijd flexibel zijn om zich aan te kunnen passen aan al de verschillende indrukken en omgevingen. Daardoor kan het organisme optimaal leren binnen diverse situaties. 

Geary onderscheidt daarnaast twee soorten vaardigheden. Ten eerste de biologische primaire vaardigheden, een voorbeeld hiervan is taal. Dit is ontstaan in de loop der tijd door de evolutie en deze vaardigheden zijn universeel. Ten tweede de biologische secundaire vaardigheden, zoals lezen. Dit zijn vaardigheden die zijn ontstaan door cultuur en hebben vaak meer tijd en herhaling nodig om te ontwikkelen. 

Natuurlijke selectie ontstaat niet alleen door genen maar door genen in interactie met de omgeving. Hiertussen bestaat een dynamische interactie wat invloed heeft op de adaptatie van cognitieve ontwikkeling. Er is dus geen sprake van biologisch determinisme. 

De meeste psychologen die zich bezighouden met cognitieve ontwikkeling zullen zich kunnen vinden in de theorie van Darwin, waarbij kinderen voorbereid zijn om de wereld te structureren door natuurlijke selectie. De benadering van Nora Newcombe sluit hierbij aan. Deze benadering wordt het neuroconstructivisme genoemd en houdt in dat kinderen goede capaciteiten hebben om te leren van ervaringen in een omgeving die de meeste soorten verwachten te ervaren. Hierdoor kunnen specifieke patronen van cognitieve ontwikkeling ontstaan. 

Wat zijn de modellen van gen-omgeving interactie?

Iedere ontwikkelingspsycholoog gaat uit van een gen-omgeving interactie als het gaat om de ontwikkeling van kinderen. Hierbij zijn twee benaderingen te onderscheiden: de ontwikkeling systeembenadering (of ontwikkeling contextualisme) en de genotype → omgeving theorie. Deze twee theorieën verschillen op het punt of ervaring het organisme beïnvloedt of dat een organisme zichzelf ontwikkelt door de epigentica. 

De ontwikkeling systeem benadering ziet ontwikkeling als een systeem met veel niveaus van interactie. Epigenese speelt hierbij een belangrijke rol. Epigenese stelt dat individuele ontwikkeling gekenmerkt wordt door een meer complexe organisatie in de loop der tijd. Het gaat hierbij over alle niveaus van interactie, waaronder de interactie tussen de omgeving en het organisme. Daarnaast gaat het onder andere om de actie van genen, RNA, neuronen en neurotransmitters. Daarnaast is de activiteit van het organisme belangrijk voor de eigen ontwikkeling. Het kan door unieke ervaringen zorgen voor veranderingen in het DNA.

Gottlieb beschrijft het als een bidrectionele relatie tussen biologie en omgeving. De relatie kan zo worden omgeschreven: genetische activiteit (DNA ↔ RNA ↔ eiwitten) in interactie met rijping en in interactie met functie en activiteit. De ervaring door eigen activiteit kan dus ook zorgen voor ontwikkeling. Vanuit dit perspectief is ontwikkeling een gevolg van epigenese door complexe interacties op diverse niveaus. Dit wordt ondersteund door onderzoek naar tweelingen. Door unieke ervaring ontstaan epigentische veranderingen tussen tweelingen over tijd. Dit verschil zorgt voor een andere expressie van gedrag, wat weer kan zorgen voor andere ervaringen.

Ontwikkeling ontstaat volgens de ontwikkeling systeembenadering dus door zelforganisatie, wat leidt tot bidirectionele interacties tussen de omgeving, gedrag, neurale activiteit en genetische activiteit. Dit blijkt uit onderzoek waar bleek dat borstvoeding zorgt voor een hoger IQ, maar alleen in combinatie met specifieke allelen. Dit was afhankelijk van de aanwezigheid van die allelen, want in sommige gevallen was er geen verschil in IQ bij fles- of borstvoeding. 

Leden van een soort ontwikkelen een soort-typisch patroon en groeien op in een soort-typische omgeving. Het gaat dus om een interactie van soort en omgeving. Dit kan geïllustreerd worden aan de hand van de ontwikkeling van eenden. Het leek dat eenden instinctief reageren op het geluid van de moeder wanneer zij uit het ei komen. Het blijkt echter dat zij prenataal al geluiden horen waardoor zij geluid kunnen herkennen dat specifiek is voor de soort. 

De timing van een gebeurtenis kan veel effect hebben op de ontwikkeling. Zoals eerdergenoemd wordt in ontwikkeling ook gesproken van een sensitieve periode. Dit is de tijd waarin ontwikkeling het meest gemakkelijk gaat. De sensitieve periode wordt soms ook een kritische periode genoemd. Wanneer de ervaring die nodig is voor de ontwikkeling buiten de sensitieve periode wordt aangeboden, dan zal de vaardigheid niet volledig of helemaal niet aangeleerd worden. Taal is een duidelijk voorbeeld. Dit kan makkelijker aangeleerd worden in de vroege kindertijd. Volwassen zijn echter nog wel in staat om een tweede taal te leren, het kost alleen meer moeite. 

Uit onderzoek blijkt dat de sensorische ervaringen bij kinderen in het begin nog niet volledig ontwikkeld zijn. Dit zorgt er ten eerste voor dat kinderen niet overspoeld worden met sensorische informatie en daardoor langzaam de wereld leren begrijpen. Daarnaast zorgt het minder functioneren van een van de systemen (zoals zicht) voor eerdere ontwikkeling van een ander systeem (zoals gehoor), waardoor er geen competitie is tussen deze twee systemen in de hersenen.

Bovenstaande is ook onderzocht bij kwartels. Bij de experimentele groep werd drie dagen voor de geboorte een deel van de schil van het ei verwijderd waardoor zij visuele cues kregen. Bij de controlegroep werd ook een deel van de schil verwijderd maar dit zorgde niet voor visuele cues. Daarna bleek dat de experimentele groep beter was in het onderscheiden van visuele informatie maar slechter op auditieve cues. Daaruit bleek dat de visuele vaardigheden ten koste van de auditieve vaardigheden waren ontwikkeld. De timing van perceptuele cues is dus van belang voor de ontwikkeling. Wanneer een organisme te vroeg wordt blootgesteld aan vaardigheden die normaal pas later ontwikkelen, dan kan dit gevolgen hebben voor het leren van andere vaardigheden.  

De tweede benadering is de genotype → omgeving theorie van Scarr en McCartney uit het veld van gedragsgenetica. Hierbij worden de genetische effecten op gedrag en complexe psychologische karakteristieken onderzocht. Het feit dat genen het gedrag beïnvloeden betekent niet dat de omgeving geen rol speelt. De genotype → omgeving theorie stelt dat iemand zijn genotype invloed heeft op de omgeving waarin zij opgroeien en de ervaringen die iemand meemaakt. Genen leiden tot een bepaalde omgeving, waardoor het een grote rol speelt. 

Deze theorie zegt daarmee dat de karakteristieken van een kind (fenotype) beïnvloed worden door het genotype van het kind en door de omgeving. Het genotype van de ouders heeft ook invloed op de omgeving en op het genotype van het kind. Het fenotype van het kind heeft vervolgens ook invloed op de omgeving van het kind. Dit samen zorgt voor de ontwikkeling van een kind. Er worden hierbij drie typen van het genotype → omgeving effect beschreven:

1. Passief: de ouders van het kind zorgen voor de omgeving van het kind en de genen. Dit wordt minder naarmate het kind ouder wordt. 
2. Suggestief: de karakteristieken van het kind, zoals het temperament, zorgen voor een reactie van anderen. Dit blijft constant aanwezig en laat de interactie tussen ouders en het kind zien. 
3. Actief: kinderen zoeken een omgeving die past bij hun genotype. Dit wordt steeds meer naarmate het kind ouder wordt. 

Hoe is dit nu gerelateerd aan cognitieve ontwikkeling? Dit model laat zien dat ouders vooral veel invloed hebben op de omgeving van het kind wanneer het kind jonger is. Daarna wordt het meer actief gezocht vanuit het kind. Kinderen gaan dus steeds meer op zoek naar een omgeving die hen stimuleert en die bij hen past. Dit heeft invloed op bijvoorbeeld het IQ van kinderen. Zo is uit onderzoek naar geadopteerde kinderen gebleken dat de IQ-scores in de vroege kindertijd met elkaar samenhingen. In de adolescentie was die samenhang echter 0, wat betekent dat de intelligentie van het ene kind op geen enkele manier de intelligentie van het andere kind kan voorspellen. Dit laat zien dat doordat zij in die periode meer op zoek gaan naar een eigen omgeving, de correlatie dus lager wordt. Dit bewijst dat genen en omgeving met elkaar correleren. 

Genen en omgeving zijn dus dynamische concepten die zich verschillend tot elkaar relateren op verschillende momenten in de ontwikkeling. 

Hoe ontwikkelen de hersenen?

Het verschil tussen de hersenen van zoogdieren en mensen is dat de cerebrale cortex van mensen groter is en dat er veel meer groei plaatsvindt na de geboorte. De hersenen ontwikkelen zich erg snel na de geboorte en zijn dan ook snel volgroeid in grootte. De hersenen zijn verantwoordelijk voor alle aspecten van het gedrag. Het limbische systeem is vooral verantwoordelijk voor emotie. De neocortex en dan specifiek de frontale kwabben zorgen voor wat wij herkennen als menselijkheid. 

Er zijn steeds meer neuroimaging technieken met hoge-concentratie gebeurtenis gerelateerde potentialen zoals electroencephalography (EEG), positron emission tomography (PET), single-photon emission computed tomography (SPECT) en functional magnetic resonance imaging (fMRI). 

Hoe ontwikkelen de hersenen op neuronaal niveau?

In de hersenen worden elektrische signalen van het ene neuron naar de volgende gestuurd. In het neuron bevindt zich het cellichaam. Deze bevat diverse onderdelen, waaronder een axon. Een axon draagt boodschappen van het ene neuron over naar het volgende neuron. Andere vertakkingen zijn dendrieten. Deze ontvangen de boodschap van andere neuronen en brengen de informatie naar het cellichaam. Dendrieten komen niet met elkaar in contact, er is namelijk een smalle ruimte tussen de dendrieten. Dit wordt de synaps genoemd en daar worden boodschappen overgegeven. Neurotransmitters zijn de boodschappers in de hersenen die via de axon in de synaps terecht komen, zoals dopamine. Vervolgens gaat de informatie via de dendriet naar het cellichaam van de volgende neuron. 

Wanneer een axon volledig is ontwikkeld, wordt het bedekt met een soort vetlaagje wat myeline wordt genoemd. Dit wordt geproduceerd door glial cellen. Myeline zorgt ervoor dat de informatie zich sneller over het neuron kan bewegen, zonder tussenkomst van andere neuronen. Ze zijn dus meer specifiek en er gaat minder verloren. Myelinisatie neemt toe gedurende de kindertijd. Het begint al prenataal in het sensorische systeem, waarna vrij snel het motorische systeem volgt. De frontale cortex myeliniseert als laatste en dit gebeurt pas volledig in de vroege volwassenheid. De gemyeliniseerde axonen behoren tot de witte stof en tot de grijze stof behoren de meeste cellichamen in corticale en subcorticale gebieden. 

Neuronen gaan door drie fasen van ontwikkeling. De eerste fase is proliferatie (of neurogenese) en dat is de productie van nieuwe neuronen door celdeling en mitose. Dit vindt voornamelijk plaats tijdens de prenatale periode. In de volwassenheid worden ook nog nieuwe neuronen geproduceerd, bijvoorbeeld in de hippocampus. De hippocampus is betrokken bij het vormen van nieuwe herinneringen. Echter, de meeste neuronen zijn al aanwezig bij de geboorte.

De tweede fase is migratie, waarbij de cel zich verplaatst naar een definitieve plaats in de hersenen. Dit vindt niet voor alle neuronen tegelijk plaats. Ongeveer 7 maanden na conceptie is dit voltooid. Wanneer dit niet goed gaat, is er bijvoorbeeld kans op epilepsie.

De derde fase is differentiatie (of cyrodifferentiation). Wanneer neuronen op hun definitieve plek zijn, beginnen zij te groeien en worden de dendrieten en axonen langer. Dan ontstaan synapsen wanneer een axon een passend dendriet kan vinden bij een ander axon. De meeste differentiatie vindt plaats na de geboorte. Het proces van het vormen van synapsen wordt synaptogenese genoemd. Dit gaat door gedurende het leven en verandert naarmate er meer informatie komt. De meeste synapsen worden echter prenataal of kort naar de geboorte gevormd. De piek is verschillend in diverse hersengebieden. 

In het begin zijn er te veel synapsen in de hersenen van een kind, meer dan nodig. Dan begint het proces wat pruning of ook wel selectieve celdood of apoptose genoemd wordt. Dit gebeurt ook weer op andere tijden bij verschillende delen in de hersenen. Tieners hebben uiteindelijk minder maar betere en effectievere connecties tussen neuronen. Uit onderzoek is daarnaast gebleken dat kinderen met een hoog IQ een dunnere cortex hebben dan kinderen met een laag IQ. 

Uit onderzoek met PET-scans is gebleken dat de hersenen van kinderen meer neuronen en synapsen bevatten en dat deze hersenen bovendien harder werken dan de hersenen van volwassenen. Daarnaast zijn er ook meer neurotransmitters in hogere mate actief bij kinderen. Een van de theorieën waarom jongere kinderen een piek vertonen in het aantal neuronen en andere aspecten van de hersenontwikkeling, is dat jonge kinderen dit nodig hebben om alle nieuwe informatie te leren. Er is meer plasticiteit. Wanneer er echter iets misgaat in de selectieve celdood kunnen stoornissen als schizofrenie ontstaan. 

Hoe worden verbindingen gelegd in de hersenen van jonge kinderen?

De oorspronkelijke gedachte is dat de hersenen meer complexe informatie kunnen verwerken doordat deze zich verder ontwikkelen. Door bovengenoemde processen worden de hersenen steeds specifieker. Dit idee wordt nog steeds ondersteund, alleen lijkt er ook een belangrijke rol te zijn voor ervaring. Hierbij wordt gedacht dat specifieke ervaringen zorgen voor neuronale activiteit. Dat zorgt ervoor dat bepaalde verbindingen wel of niet blijven bestaan. Hier wordt naar verwezen als ervaring-verwachte processen (of ervaring-verwachte synaptogenese), geïntroduceerd door Greenough en collega's. Hiermee wordt bedoeld dat, door natuurlijke selectie, de hersenen van mensen al in kunnen spelen op stimulatie die iedereen van onze soort meemaakt (zoals leven in een 3D wereld).

De neuronen die door deze ervaringen geactiveerd worden kunnen zich organiseren met de andere geactiveerde neuronen. De neuronen die niet geactiveerd worden sterven af. Kinderen zijn dus in bepaalde mate 'voorbereid' op bepaalde ervaringen. Dit is onderzocht bij ratten, waaruit bleek dat ratten die niet worden blootgesteld aan visuele cues (maar in het donker leven) gedurende de eerste periode van hun leven, moeilijker visuele cues kunnen onderscheiden. Hoe langer het duurt voor zij worden blootgesteld aan visuele cues, hoe slechter het wordt. Daaruit blijkt dus dat het alleen ontwikkelt in combinatie met de bijbehorende ervaring. Dan kunnen goede verbindingen aangelegd worden. Dit is ook onderbouwd met onderzoek naar kinderen met staar.

Greenough en collega's stellen dat er nog een tweede proces is voor synaptogenese: ervaring-afhankelijke processen (of ervaring-afhankelijke synaptogenese). Verbindingen tussen neuronen laten dan de unieke ervaring van een individu zien. Het aantal en de inhoud van de verbindingen hangt dus ook af van de omgeving. De neuronen die uiteindelijk niet worden geactiveerd door een ervaring sterven af. Genen spelen dus een belangrijke rol in de structuur van de hersenen maar ervaring bepaalt welke verbindingen gelegd worden. 

Hoe ontwikkelt de neocortex?

De neocortex of cerebrale cortex is een laag neuronen van ongeveer 3-4 mm dikte, die om de rest van de hersenen ligt. Het wordt geassocieerd met denken. De neocortex bestaat uit twee hersenhelften (hemisferen) die verbonden zijn door een massa zenuwcellen. Dit wordt het corpus callosum genoemd. De neocortex kan dan weer opgedeeld worden in primaire en secundaire delen. De primaire delen zijn bijvoorbeeld sensorisch, die zorgen voor het verwerken van sensorische informatie, en motorisch, die sturen signalen naar de spieren. De secundaire delen integreren informatie en hebben verbindingen met diverse delen in de hersenen voor meer complexe taken.

Dit is van belang voor de cognitieve ontwikkeling. De prefrontale kwabben in de hersenen ontwikkelen zich namelijk binnen ongeveer 2 jaar. Deze kwabben zijn betrokken bij hoge cognitie taken zoals inhibitie. Uit onderzoek met de A-niet-B taak van Piaget is gebleken dat kinderen van 7 maanden inderdaad minder inhibitie vertonen dan kinderen van 12 maanden. Volgens Diamond ontwikkelt dit zich stapsgewijs gedurende de eerste twee levensjaren. Dit wordt ook ondersteund door EEG-onderzoek. Het lijkt alsof meisjes dit sneller ontwikkelen dan jongens. 

Leeftijd gerelateerde veranderingen in de hersenen zijn ook te zien in de adolescentie. Doordat bijvoorbeeld de amygdala en andere limbische structuren zich eerder volledig ontwikkelen dan de prefrontale kwabben (voor bijvoorbeeld inhibitie) is er meer sprake van risicovol gedrag. Daarnaast verandert de structuur van neurotransmitters en ontstaat er steeds meer witte stof waardoor hersengebieden gekoppeld worden. Deze veranderingen zijn adaptief, omdat adolescenten onafhankelijkheid moeten zoeken van hun ouders. Door te experimenteren in nieuwe omgevingen binnen een sociale groep kan dit ontstaan. Uit onderzoek blijkt hier alleen een correlatie tussen te bestaan, want dit geldt niet voor alle adolescenten. Het is dus afhankelijk van individuele verschillen en de omgeving speelt een rol in dit dynamische proces. 

Hoe plastisch zijn de hersenen? 

Plasticiteit is de mogelijkheid om te veranderen. Hoe kunnen cellen zich organiseren op basis van ervaring? In de cerebrale cortex is er weinig plasticiteit in de zin van het produceren van nieuwe neuronen. Vanaf de geboorte is er in dit deel van de hersenen alleen sprake van celdood. Nieuwe synaptische connecties kunnen echter wel gedurende het leven worden gevormd. Deze vormen zich door ervaring. In onderzoek naar ratten en muizen groeiden een deel op in een rijke omgeving en een deel in een achtergestelde omgeving. Het bleek dat de ratten en muizen in de rijke omgeving meer synaptische verbindingen hadden en deze effecten bleven ook in de volwassenheid bestaan.

Synaptische plasticiteit is het grootst in de kindertijd. Door ervaring worden daarnaast ook andere connecties onmogelijk om te vormen. Neurale plasticiteit blijft desondanks het hele leven bestaan. De ervaring moet dan wel intenser zijn dan voorheen. Het verlies van plasticiteit is niet volledig negatief, dat geeft neuronen de kans om zich te specialiseren en daardoor effectiever te worden.

Plasticiteit wordt vaak onderzocht door patiënten met niet-aangeboren hersenletsel te onderzoeken. Het nadeel is dat hersenschade zich vaak niet beperkt tot een specifiek gebied, dat het vaak complex is, dat de stoornissen na aanleiding van niet-aangeboren hersenletsel niet laten zien hoe de hersenen normaal werken en dat hersenbeschadiging in een bepaald deel ook gevolgen kan hebben in andere delen van de hersenen. Toch blijken uit dit onderzoek twee standpunten: vroege plasticiteit of vroege kwetsbaarheid. 

Het oogpunt van vroege plasticiteit stelt dat de hersenen van jonge kinderen erg flexibel zijn waadoor deze hersenen mogelijke hersenschade beter op kunnen vangen. Dit wordt ondersteund door onderzoek naar taal. Het blijkt dat dit weer bijna geheel kan herstellen bij jonge kinderen. Kinderen herstellen bovendien ook beter van een hersenschudding. Volgens het Kennard effect kunnen jonge hersenen zich sneller herstellen. Uit het oogpunt van vroege kwetsbaarheid wordt gezegd dat de hersenen van jonge kinderen zich specialiseren en dat door hersenbeschadiging de normale ontwikkeling wordt verstoord. Daardoor kunnen de hersenen zich niet optimaal specialiseren. Deze twee uiterste liggen op een continuüm en er zijn factoren zoals omgeving die herstel beïnvloeden. 

Het algemene idee is nu: als de beschadiging effect heeft op het meer algemeen cognitief functioneren (zoals IQ), kan het beter later in het leven gebeuren. Ontwikkeling kan zich dus aanpassen aan de situatie, maar niet altijd volledig. Toch laten de hersenen daardoor wel veerkracht en flexibiliteit zien. Dat komt doordat de hersenen doorgroeien tot in de volwassenheid en zij daardoor zich nog langere tijd aan kunnen passen. Processen zijn dan wel minder geautomatiseerd maar er is meer cognitieve flexibiliteit. 

Veel van bovenstaande ideeen zijn geïmplementeerd in de interactieve specialitatie modellen van hersenontwikkeling. Dit is een domein-algemeen model. Corticale ontwikkeling is een zelforganiserend proces. Als we meer ervaringen meemaken dan worden de hersenstructuren steeds meer gespecialiseerd, waardoor ze minder flexibel worden. Daardoor is er minder plasticiteit. Het hangt daarnaast af van ervaring-verwachte en ervaring-afhankelijke synaptogenese. Uit onderzoek blijkt dat bij jonge kinderen meer hersengebieden actief zijn tijdens het leren, wat zou duiden op minder gespecialiseerde hersengebieden. 

Hoe verhoudt de ontwikkelingsbiologie zich ten opzichte van de cognitieve ontwikkeling?

Onderzoekers binnen de cognitieve psychologie werden zich steeds meer bewust van de rol van biologie. Sindsdien is de developmental cognitive neuroscience ontstaan waarbij gefocust wordt op de cognitieve en neurologische ontwikkeling. Dit hoofdstuk is de basis voor de komende hoofdstukken. Het is belangrijk om een idee te hebben van de neuronale en evolutionaire oorzaken van gedrag in de ontwikkeling.