Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

5. Het ontwikkelende menselijke brein en intelligentie

Shaw, P. (2007). Intelligence and the developing human brain. Bioessays, 29, 962-973.

Introductie

Er is voortgang gemaakt in het bepalen van de hersenproporties –vooral in de cerebrale cortex- die mensen ‘brainier’ maken.

Measuring intelligence

Intelligentie wordt vaak beschreven als een verzameling van vaardigheden, inclusief de vaardigheid om te redeneren, problemen op te lossen, abstract te denken, snel te leren en te leren van ervaring.

Er is enige mate van overeenstemming tussen psychologen over hoe je intelligentie kunt meten. Een benadering zegt dat mensen die goed zijn in één vaardigheid, goed zijn in alle vaardigheden. Bijna alle intelligentietesten correleren positief met elkaar. Uit analyses blijkt dat één factor bijna 50% verklaart (g-factor). Individuen verschillen in hun g-factor: intelligentere individuen hebben een grotere g-factor. G wordt gezien als een algemene bron, of als heel veel vaardigheden bij elkaar die allemaal een andere cognitieve en neurale grondlaag.

Intelligentie kan ook gemeten worden met een test die allerlei cognitieve domeinen test, zoals Wechsler. In deze test komen verschillende verbale en visuospatiale subtesten voor.

Er is kritiek op het gebruik van intelligentietesten. Gould zegt dat je een abstract concept niet in materiaal kunt uitdrukken. Testen hebben daarnaast last van socio-culturele factoren. Een andere kritiek is dat met name traditionele IQ-testen alleen een klein deel van alle complexe vaardigheden (geen sociale, creatieve en emotionele domeinen) testen. Tot slot kunnen intelligentietesten niet goed gebruikt of geïnterpreteerd worden: het is voornamelijk beschrijvend en niet voorschrijvend.

The neural basis of intelligence: brain volumes and intelligence

Een basisbevinding over intelligentie is dat er een bescheiden correlatie is tussen grootte van het brein en intelligentie. Dit kan iets te maken hebben met de hoeveelheid grijze en witte stof in iemands brein. Er worden echter wel verschillen gevonden tussen personen: het is zeker niet mogelijk om iemands IQ te bepalen op basis van het breinvolume.

• Functionele brein technieken (PET, fMRI) dragen bij aan structuur-onderzoek, omdat ze hersenactiviteit AndeVoxel-based morphometry (VBM) is een techniek die veranderingen in structuur kan ontdekken. Er kunnen volumeverschillen tussen populaties gedefinieerd worden op voxel-niveau als de breinen gestandaardiseerd worden.

• Anderen meten de dikte van de cortex.

• Functionele brein technieken (PET, fMRI) dragen bij aan structuur-onderzoek, omdat ze hersenactiviteit kunnen onderzoeken. Hersenactiviteit verschilt bij mensen met verschillende niveaus van intelligentie.

Intelligence: a frontal focus or a distributed neural network?

Duncan vond dat G voornamelijk in een regio in de laterale prefrontale cortex zit.
Een onderzoek met VBM liet zien dat grijze stof te maken heeft met intelligentie, en dat die voornamelijk zat in de mediale prefrontale cortex. De bron van cognitieve processen kan dus gelokaliseerd worden in de prefrontale cortex. Bij een laesie van de prefrontale cortex wordt ook de intelligentie aangetast: voornamelijk fluid intelligence, minder de crystallized intelligence.

Andere onderzoeken vinden juist weer dat er meer diverse regio’s actief zijn en dat er dus overlap is in activatie die specifiek zijn voor intellectuele taken. Intelligentere mensen lieten grotere en meer verspreide hersenactivatie zien bij een werkgeheugentaak: activatie in de prefrontale en parietale cortex.

Neuroanatomische studies laten ook een netwerk zien. Met VBM heeft een onderzoeker gevonden dat taken die afhingen van G geassocieerd werden met toegenomen grijze stof volumes.

Netwerken zijn per definitie aan elkaar gekoppeld en de koppelingen tussen sleutelcomponenten van het neurale circuit moeten dus gevoelig zijn voor het intelligentieniveau. Lerch deed een studie waaruit bleek dat dit klopt.
Een synthese is mogelijk: intelligentie is een verdeeld goed over meerdere gekoppelde corticale regio’s, maar met een prefrontale voorkeur.

Does brain activity differ according to intelligence?

De hypothese dat hogere intelligentie gekoppeld is aan meer hersenactiviteit heeft empirische steun. Deze bevindingen zijn echter in contrast met hypotheses dat hogere intelligentie samenhangt met grotere neurale efficiëntie. EEG-studies laten zien dat intelligentere kinderen meer efficiënte samenwerking tussen neurale netwerken hebben. Een MEG-studie laat zien dat kinderen met hogere intelligentie een kleiner gebied activeren, maar wel intensiever.

Het bestaan van G heeft geleid tot een hypothese dat er een onderliggend neuraal proces is dat intelligentie bepaalt. Het feit dat basis cognitieve functies als reactietijd hoog met intelligentie correleren, zou kunnen betekenen dat intelligentie te maken heeft met de snelheid van informatieverwerking.

Andere mensen zeggen dat G ondersteund wordt door fysieke componenten als neuroplasticity.

G kan misschien beter gezien worden als een plek waar alle psychologische en fysiologische processen plaatsvinden.

Adopting a developmental perspective

De link tussen hersenvolume en intelligentie varieert met de leeftijd. Bij kinderen kan deze link sterk zijn, alhoewel andere studies alleen een relatie tussen grijze stof en IQ lieten zien bij adolescenten. Dit soort studies suggereren dat correlaties met specifieke breinregio’s kunnen verschillen per ontwikkelingsstadium, en dat ze sterker worden met de tijd.

In een onderzoek werd een matige relatie gevonden tussen toename IQ en toename corticale dikte. Bij jongere kinderen was IQ juist negatief gecorreleerd met corticale dikte. Brein is dus erg gevoelig voor ontwikkeling. Verschillen gelinkt aan intelligentie werden vooral gevonden in de frontale kwabben. Verschillen in IQ werden groter tijdens de adolescentie.

Intelligence as a moving target

In een onderzoek waarbij gekeken werd naar ruwe scores van een IQ test, zag men dat kinderen die meer verbale kennis hadden, ook meer corticale dikte verloren bij de linker hemisfeer. Hoe beter de vaardigheden, hoe groter het verlies van dikte. Deze beschrijvende studies kunnen echter geen oorzaak-gevolg relatie aangeven. Interventiestudies zijn hier nodig. Het is bekend dat een rijke omgeving de academische prestatie kan verhogen. Er is hierover nog geen informatie op neuroanatomisch niveau, maar wel andere bevindingen dat het verhogen van intelligentie kan zorgen voor neuroanatomische veranderingen.

Genes, the brain and intelligence

IQ is ongeveer voor 50% erfelijk. Men is opzoek naar de genetische varianten die verantwoordelijk zijn voor variatie in intelligentie. Er zijn wel kandidaat-genen, maar het is lastig om definitief te zijn. Dit komt onder andere omdat we niet weten hoe DNA mRNA en de eiwitten beïnvloed, waardoor een eigenschap naar buiten komt of juist niet. Het is meer aannemelijk dat er meerdere manieren zijn waarop verschillende genen gecombineerd intelligentie vormen. Daarnaast is er maar weinig replicatie gedaan op dit gebied.

Bij tweelingonderzoek zien we dat hersenstructuur en intelligentie grotendeels hetzelfde zijn, maar ook gedeeltelijk genetische overlap hebben. Bij monozygote tweelingen is de gelijkenis namelijk groter dan bij dizygote tweelingen. Door tweelingparen verschillend te behandelen, kun je de genetische componenten isoleren.

Over de werking van individuele genen is echt bijna niets bekend.

De erfelijkheid van IQ heeft een ontwikkelingstraject: 20% in kindertijd, 40% in midden-kindertijd, 50% in volwassenheid. Dit kan te maken hebben met verschillen in genexpressie op verschillende leeftijden.

Underlying cellular events

Met MRI kunnen we wel corticale dikte bescrhijven, maar niet de natuur van de onderliggende cellulaire gebeurtenissen. In de kindertijd is er toenemende corticale dikte en toename van grijze stof, voornamelijk zichtbaar bij het intelligente kind. Bij dieren zien we dat corticale dikte te maken heeft met de toename van nieuwe verbindingen en verandering in de sterkte van bestaande verbindingen. Daarnaast kan een verrijkte omgeving ook voor veranderingen in morfologie zorgen. Onderzoek bij overleden mensen geeft aan dat de processen bij mensen hetzelfde gaan.

De afname van corticale dikte kan ontstaan door de eliminatie van synapsen. Ook myelinevorming kan corticale dikte beïnvloeden.