Artikelen rond het thema 'Het lerende Brein' - geschreven in 2015/2016 voor het gelijknamige vak aan de Universiteit Leiden

Neurowetenschap en educatie

Carew, T. J., & Magsamen, S. H. (2010). Neuroscience and education: An ideal partnership for producing evidence-based solutions to guide 21^st century learning. Neuron, 67, 685-688.

Neuro-onderwijs probeert als opkomende discipline verschillende domeinen bij elkaar te brengen: neurowetenschappen, psychologie, cognitieve wetenschappen en educatie. Hierdoor kunnen wij een beter begrip krijgen over hoe we leren en hoe deze informatie gebruikt kan worden voor het creëren van meer effectieve lesmethoden, studieprogramma’s en onderwijsbeleid.

Leren en lesgeven zijn verweven met verschillende hersenfuncties. Toch bestond er jarenlang geen samenwerking tussen onderzoekers in het onderwijs en onderzoekers in de neurowetenschappen. Nu komt hier steeds meer verandering in en ontstaat er meer informatie voor deze praktijken (leren en lesgeven) vanuit de neurowetenschappen.

Internationaal belang

Uit testresultaten blijkt dat Amerikaanse kinderen niet uitblinken. Ze leren niet innovatief en creatief te denken en onze maatschappij produceert geen ingenieurs, wiskundigen, natuurkundigen en wetenschappers meer. We geloven dat neuro-onderwijs hier een oplossende rol in kan spelen. Ook in verschillende landen worden er initiatieven gedaan om onderwijs te combineren met neurowetenschappen om dit probleem op te lossen.

Hoe kan neurowetenschap helpen?

Met neurowetenschappen komt er elke dag nieuwe kennis bij door middel van onderzoek.

Waarom is het belangrijk?

Door middel van onderzoek en geavanceerde technieken kan ‘evidence-based’ kennis vergaard worden. Deze kennis kan toegepast worden in de praktijk; zo kunnen ouders en leraren geholpen worden bij de moeilijkheden en problemen die ze tegenkomen.

Gaining traction

Onderwijzers moeten onderzoeksresultaten toepassen in de klaslokalen, evalueren en terugkoppelen naar de wetenschapper. Dit wordt translational research genoemd.

De vroege jaren van educatieve hersenwetenschap

McCandliss, B. D. (2010). Educational Neuroscience: The early years. PNAS, 107(18), 8049–8050.

Het begin van de educatieve neurowetenschappen vindt zich in studies naar de rol van educatieve ervaringen in de vorming van specifieke hersencircuits die bepalend zijn voor complexe cognitieve processen (zoals lezen of rekenen). Dit interdisciplinaire veld slaat een brug tussen de neurowetenschap en het onderwijs.

Een veld waarbij deze interdisciplinaire benadering van waarde kan zijn, is bij leesontwikkeling. Veranderingen in het functionele circuit binnen en tussen systemen van zicht en taal zijn gekoppeld aan vorderingen van cognitieve ontwikkeling voor leesvaardigheid. Een herhaald fMRI-onderzoek laat zien dat kinderen, die gedurende 8 weken 3,6 uur extra speelden met een educatief computer programma, veranderingen hebben in neurale activiteit in regio’s die te maken hebben met het zien van letters.

Hersenactiviteit linken aan veranderingen in ervaringen in het onderwijs

Het koppelen van veranderingen in hersenactiviteit aan educatieve experimentele manipulaties is een lastige taak.

In een onderzoek van Brem en collega’s zijn kinderen toegewezen aan een of twee educatieve ervaringen (letter-sound graphogame versus number-math educatieve game). Met behulp van fMRI en ERP kon verandering in hersenactiviteit brein ontdekt worden. De educatieve manipulatie zorgde voor verandering in het gebied van letterperceptie. Dit levert sterk bewijs voor de samenhang tussen educatieve ervaringen en specifieke veranderingen in hersenactiviteit bij jonge kinderen.

Een andere fMRI-studie (James) bij kleuters laat de impact zien van twee educatieve ervaringen in de occipitaal-temporale regio’s die te maken hebben met het herkennen van letters. De hypothese was dat specifieke educatieve activiteiten met letters (in plaats van alleen visuele ervaring met letters) voor een verandering zorgde in de fusiform gyrus. Kinderen werden toegewezen aan groepen waarbij ze moesten leren om letters te printen (sensorisch) of letters hard moesten opnoemen. Het blijkt dat de eerste conditie meer verandering teweeg bracht in het brein. Dit onderzoek laat zien hoe verschillende onderwijsmethoden een verschillend effect kunnen hebben.

Neurale systemen integreren

Er is vaak interactie tussen verschillende neurale systemen. Een voorbeeld hiervan is een fMRI-studie naar de sensitiviteit van kinderen voor de associatie tussen letters en uitspraak. Er was een verschil tussen normale en dyslectische lezers. Het audio-visuele gebied werkte minder goed bij kinderen met dyslexie, waardoor het lijkt dat zij meer moeite hebben met het integreren van deze twee neurale systemen.

Educatieve computerspelletjes en educatieve neurowetenschappen

Educatieve vernieuwingen kunnen bijdragen aan leermoeilijkheden (bijvoorbeeld bij dyslectische kinderen). Een voorbeeld hiervan is de GraphoGame van Brem en collega’s waar de focus ligt op het aanpassen aan en het verhelpen van de problemen van het kind. 

De ontwikkeling van de hersenen weerspiegeld

Casey, B. J., Tottenham, N., Liston, C., & Durston, S. (2005). Imaging the developing brain: What have we learned about cognitive development? Trends in Cognitive Sciences, 9(3), 104-110.

Introductie

Het menselijk brein ondergaat significante veranderingen wat betreft structurele opbouw en functionele organisatie tijdens de levensloop. Neuroimaging technieken geven de mogelijkheid deze veranderingen op te merken in het levend menselijk brein. In dit artikel wordt er een review gedaan van literatuur over de neurobiologie van cognitieve ontwikkeling over de levensloop. Het blijkt dat corticale functies verfijnd worden en de regio's met basisfuncties groeien eerst, daarna de regio's die zich bezighouden met top-down controle van gedrag.

Het jaar 2005 markeert een decennia nadat fMRI voor het eerst gebruikt werd voor ontwikkelingsvragen. Het is bekend dat het brein zich tijdens de kindertijd en adolescentie ontwikkelt, maar er bestaat weinig informatie over de directe relatie tussen neurale en cognitieve ontwikkeling. Informatie over biologische substraten van cognitieve ontwikkeling helpen ons interventies te ontwikkelen voor individuen met atypische ontwikkeling.

De neuroimaging technieken geven alleen een indirecte meting van hersenstructuren en functies.

Structurele MRI geeft informatie over de anatomische bouw van de hersenen. Functionele MRI geeft informatie over de neurale activiteit in het brein door veranderingen in bloedtoevoer (zuurstofrijkbloed » activiteit) te meten. DTI (diffusion tensor imaging) meet de verbinding van fibers tussen verschillende anatomische structuren. Het is lastig om het mechanisme dat achter verandering zit definitief te karakteriseren. Hersenontwikkeling is een dynamisch proces van regressieve en progressieve veranderingen. Op jonge leeftijd zijn er heel veel neuronen en er worden ook meer aangemaakt (synaptogenesis). Naarmate je ouder wordt, wordt het aantal neuronen minder (synaptic pruning). Ze gaan efficiënter werken. Veranderingen met betrekking tot de hersenschors die opgemerkt zijn door MRI kunnen een combinatie zijn van myelinevorming, dendritic pruning en dichtheid van neuronen.

Neuroanatomische ontwikkeling van het menselijk brein

MRI studies hebben de neuro-anatomische weg van menselijke breinontwikkeling vastgelegd en deze komen overeen met bevindingen van dode mensen. Beweringen over causaliteit tussen toevallige veranderingen in het brein en gedragsontwikkeling zijn hier valkuilen. Er is geen simpel lineair verband met directe associaties in gedrag.

De meest overtuigende studies zijn longitudinale MRI studies. De volgorde waarin de cortex volgroeit, is parallel met cognitieve mijlpalen in menselijke ontwikkeling.

De eerste regio's die ontwikkelen zijn de primaire functies (motorisch, sensorisch). Daarna de temporale en parietale regio's (taal en ruimtelijk inzicht). Hogere orde functies (prefrontaal en lateral temporal) volgroeien als laatst. Het verlies van grijze stof begint in de primary sensorimotor gebieden, en als laatst in de dorsolaterale prefontale cortex. Dit komt overeen met studies die laten zien dat de prefrontale cortex langduriger rijpt. Het verlies van grijze stof is nodig, omdat het brein dan gevormd wordt tot een volledig functionerend, volgroeid brein.

Witte stof neemt (lineair) juist toe met leeftijd tot in de jonge volwassenheid. De myelinisatie van axons gaat door. Regressieve en progressieve processen gebeuren dus tegelijkertijd. Connecties worden gefinetuned. Dit alles geeft aan dat ‘functionele veranderingen in de ontwikkeling van het brein, gereflecteerd worden in structurele veranderingen.

Ontwikkeling van de menselijk brein verbindinen

MRI-studies laten zien dat corticale verbindingen worden verfijnd door het elimineren van overbodige synapsen en het versterken van relevante verbindingen. DTI kan handig zijn om de rol van corticale verbindingen te onderzoeken als het gaat om cognitieve ontwikkeling en hersenontwikkeling, omdat het informatie geeft over richting en regelmaat van gemyeliniseerde fibers. Een paar studies hebben hersenactiviteit gekoppeld aan cognitieve ontwikkeling, maar het is lastig om hier specifiek over te zijn (welke activiteit zorgt voor wat?).

Functional organization van het ontwikkelende menselijke brein

De ontwikkeling van de prefrontale cortex speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van hogere cognitieve functies. Volwassen cognitie wordt gekenmerkt door het vermogen om irrelevante informatie en handelingen te filteren en onderdrukken. Kinderen gebruiken bij taken als Go/No-Go en Stroop-task meer regio's dan volwassenen. Dat kan, omdat uit onderzoek blijkt dat gebieden waarbij de hersenactiviteit correleert met taakuitvoering meer verfijnd worden, terwijl gebieden die niet correleren met taakuitvoering met de leeftijd afneemt in activiteit. Regio-specifieke verschillen in activatie per leeftijd kunnen door ‘maturation’ komen, maar kunnen ook verschillen in ‘performance’ zijn. Daarom is het belangrijk om gedragsreacties te verzamelen. Kinderen presteren altijd lager dan volwassenen op hogere cognitieve taken, en je kunt niet controleren voor performance verschillen. Daarom is het lastig om te zeggen of iets aan leeftijd ligt of aan algemeen prestatieverschil. Om dit probleem op te lossen, kan je de ‘performance-matching’ strategie gebruiken, ter controle van de behavioral performance. Je kan proefpersonen na het onderzoek opdelen in subgroepen, gebaseerd op prestatie.

Hieruit kun je drie activatiepatronen onderscheiden: (1) prestatie/leeftijdsonafhankelijk, (2) prestatie gerelateerd en (3) leeftijdsgerelateerd.

Deze benadering zorgt voor een beter begrip van hoe rijping betrekking heeft op cognitief vermogen. Een andere benadering om prestatie te controleren tussen groepen, is de moeilijkheid van de taak manipuleren. Onrijpe cognitie wordt gekarakteriseerd door een verhoogde sensitiviteit voor storingen door concurrerende bronnen. De meeste observaties van ontwikkelingen worden gedaan in een cross-sectionele setting, of door studies te vergelijken. Cross-sectionele studies kunnen valse suggesties geven over veranderingen met de tijd. Er zijn grote individuele verschillen in breinstructuur, vooral tijdens ontwikkeling. De ontwikkelingstrajecten van sensomotorische en associatiegebieden (prefrontaal) zijn verschillend. Het is daarom belangrijk om longitudinale onderzoeken te doen.

Cortical organization lerend

Het patroon van resultaten in studies laat zien, dat activiteit in taakrelevante regio's vergroot wordt naarmate er meer getraind wordt, terwijl taakirrelevante regio's minder actief worden. Het is daarom belangrijk om bij studies de bijdrage van ervaring en leren apart te onderzoeken en te scheiden van effecten die we zien door rijping.

Toekomstontwikkelingen

In de toekomst zou men een individu vaker kunnen scannen, zodat je meer te weten komt over de koers van leren. Zo kun je de ontwikkeling en op ervaring gebaseerde processen vastleggen. Daarnaast kunnen imaging methoden gecombineerd worden (bijv. EEG en fMRI). Het combineren van deze methoden zorgt dat we meer begrijpen van neurale en cognitieve ontwikkeling.

Neurowetenschap en menselijke intelligentieverschillen

Deary, I., Penke, L., & Johnson, W. (2010). The neuroscience of human intelligence differences. Nature Reviews Neuroscience, 11, 201-211.

Differentiële psychologie houdt zich bezig met de mentale verschillen tussen mensen. Het gaat voornamelijk om verschillen in cognitie en persoonlijkheid, die kwantitatief onderzocht kunnen worden. Differentiële psychologie wil dit kunnen beschrijven, maar ook ontdekken wat de impact ervan is op het echte leven en de etiologie blootleggen (inclusief biologische basis). Differentiële neurowetenschap bekijkt die biologische basis.

Intelligentie wordt gemeten door psychometrische tests. Differentiële psychologie gaat ervan uit dat mensen die goed zijn in een vaardigheid, ook goed zijn in andere vaardigheden. Dit noemen zij general intelligence, ook wel G genoemd. G voorspelt veel voor cognitieve tests.

Intelligentieverschillen in de populatie volgen een normaaldistributie. De verschillen blijven stabiel in rangorde door de hele ontwikkeling. ‘General Intelligentie’ is geassocieerd met belangrijke levensuitkomsten, zijn sterk voorspellend voor ‘occupational attainment, sociale mobiliteit en prestaties of het werk en spelen een rol bij alledaagse beslissingen.

Psychometrische eigenschappen van intelligentie

Het is niet gepast om aan te nemen dat een cognitieve taak slechts één relevante mentale module heeft:

• Scores op tests naar cognitieve vaardigheden zijn altijd positief gecorreleerd (dit wordt positive manifold genoemd). Een G-factor voorspelt zo’n 40% van de variantie.

• Elke individuele cognitieve test laat een bepaalde hoeveelheid specifieke variantie zien. Dit kan errorvariantie of systematische variantie zijn.

• Tests die qua inhoud meer op elkaar lijken, zijn sterker gecorreleerd. Mensen hebben gebieden van sterkte en zwakte in sommige cognitieve domeinen. Individuele verschillen dragen bij aan een klein deel van de variantie.

• Een klein beetje variantie wordt voorspeld door de individuele verschillen die men heeft bij blootstelling aan een test.

De hiërarchie van intelligentie is: eerst G, dan reasoning, spatial ability, memory, processing speed, vocabulary. Leeftijd heeft ook een effect op G.

Volgens Spearman is general intelligence een algemene cognitieve vaardigheid die je gebruikt bij elk cognitief probleem. G verklaart een grote hoeveelheid variantie. Het is de genetische variantie.

Van veranderingspsychologie naar neurowetenschap

Neurowetenschap houdt zich bezig met het feit dat ongeveer de helft van de variantie verklaard wordt door een algemene cognitieve vaardigheid, maar dat de rest wordt verklaard door specifiekere vaardigheden die weer opgedeeld kunnen worden in ‘fluid’ en ‘crystallized’ aspecten die afhangen van leeftijd.

G maakt het voor neurowetenschappers lastig, want bij het meten zie je de activiteit van zowel G als specifieke vaardigheden. Zo kun je minder goed lokaliseren waar hersenactiviteit is. Sommige vaardigheden zijn uniek voor een taak, anderen vaardigheden worden gebruikt bij meerdere vaardigheden.

Twee biologische bevindingen uit de differentiële psychologie zijn:

• verschillen in general intelligence zijn erfelijk;

• er bestaat een matige, positieve correlatie tussen algemene intelligentie en breingrootte.

Genetische basisinvloeden op intelligentie

Onderzoek naar intelligentie en genetische invloeden is begonnen met Francis Galton die concludeerde dat mentale vaardigheden door erfelijkheid van de ene generatie naar de andere generatie wordt overgedragen. Onderzoek hiernaar gebeurt voornamelijk met tweelingen en adoptiekinderen. Schattingen van erfelijkheid zijn van 30-80%. General intelligence is het meest erfelijk. Genetische invloed op specifieke vaardigheden is lager. De erfelijkheid van general intelligence neemt toe met leeftijd. De rangorde blijft wel stabiel.

Gedeelde genetische invloeden tussen breinstructuur/functies en intelligentie

Bij volwassenen is er sterke genetische invloed op verschillende hersenstructuren en gebieden en het gehele breinvolume (zoals o.a. de dichtheid en volume van grijze en witte stof). Het verklaart 70 tot 90% van de variantie. Variaties in deze structuren kunnen endophenotypes zijn voor intelligentie (ze dragen er direct aan bij). Genen die te maken hebben met intelligentie kunnen dus meer invloed hebben op die structuren dan direct op intelligentie. Structuur en functie zijn namelijk hoog gecorreleerd met intelligentie.

De hersenontwikkeling bij kinderen is onder genetische controle. Genetische invloed op general intelligence is groter dan op specifieke regio’s. Genetische invloed is het sterkst op moment waarop het brein zich het meest ontwikkelt.

Het is lastig om een genetische locus te benoemen die betrouwbaar geassocieerd is met intelligentie. Er zijn geen genen die we verantwoordelijk kunnen stellen voor variatie in cognitie en de afname van cognitie met leeftijd. Het is mogelijk dat genetische variantie bij intelligentie komt door mutatie-selectie-balans. Veel onderzoeken naar genetische invloed op intelligentie geven maar kleine effecten.

Breinweerspiegeling en intelligentieverschillen

De centrale hypothese die al lang gebruikt wordt, is: hoe groter het brein, hoe slimmer. Huidige onderzoeksresultaten laten zien dat hoofdgrootte gemiddeld correleert met intelligentie. Met MRI kunnen we dit onderzoeken bij levende mensen. Er was een positieve correlatie met grootte van frontaal, parietaal en temporale cortex en ook met de Hippocampus. Met MRI kun je ook grijze stof scheiden van witte stof. Er is een hogere correlatie tussen intelligentie en grijze stof, dan tussen intelligentie en witte stof. Voor de meeste hersenregio’s geldt, dat de linker hemisfeer belangrijker is bij cognitieve taak prestatie. Dikte van de Cortex is ook positief gerelateerd aan intelligentie. Alles studies die gedaan zijn, zijn correlationeel, dus de exacte relatie tussen weefsel in het brein en intelligentie blijft onbekend. Het is niet duidelijk waarom dikkere cortex, meer neuronen en een groter brein leiden tot hogere intelligentie, zeker omdat er tijdens de hersenontwikkeling ‘pruning’ plaatsvindt.

Een onderzoek van Shaw en collega’s liet zien dat kinderen met hoge intelligentie een dunne cortex hadden die sneller dik werd tot de puberteit, terwijl de rest van de cortex verdunde. Verschillen in dikte van de cortex kunnen dus wel meer invloed hebben op intelligentie dan we denken.

Een andere manier waarop je kunt kijken naar de functie van een breinweefsel is door laesies. Het linkerfrontale en -parietale cortex lijken door dit soort onderzoek te maken te hebben met werkgeheugen, links frontaal voor verbaal begrip en rechts parietaal voor ruimtelijke organisatie.

Intelligentie is niet in een vaste breinregio, maar het is een klein netwerk. Hoge intelligentie heeft misschien een ongestoorde informatietransfer. Witte stof neemt af met de leeftijd en er is een relatie gevonden tussen ‘laesies’ in de witte stof en cognitieve vaardigheden. Ook in andere onderzoeken is een positieve relatie gevonden tussen intelligentie en witte stof, ook op verschillende leeftijden.

Hoge intelligentie kan er voor zorgen dat je gedrag laat zien door de levensloop dat er voor zorgt dat witte stof intact blijft. Daarnaast is het mogelijk dat intelligentie en witte stof overlappende sets van genetische- en omgevingsinput hebben. De organisatorische efficiëntie van witte stof is belangrijk voor hogere intelligentie.

Uit studies blijkt dat intelligentere mensen sneller reageren dan minder intelligente mensen. Er zijn met verschillende brain imaging methoden (EEG, fMRI en PET) onderzoeken gedaan naar intelligentiegerelateerde taken. Daaruit blijkt dat er inderdaad een netwerk achter intelligentie zit. Daarnaast klopt het ook dat het brein efficiënter informatie verwerkt bij intelligentere mensen.

Functionele connectiviteit wil zeggen dat er correlatie is tussen activatiepatronen van verschillende hersengebieden. Sommige hersengebieden zijn ook actief tijdens rustperioden, maar er is een verschil in activatie tussen intelligente en minder intelligente mensen (minder activatie). Hersenactiviteit kan dus gebruikt worden om onderscheid te maken tussen intelligente en minder intelligente mensen, ook als ze geen cognitieve taak krijgen.

Veel studies laten ook sekseverschillen. Bij mannen zijn hun cognitieve functies gebaseerd op minder maar dikkere en compactere fibres. Mannen lijken ook efficiënter op neuronaal niveau (minder hersenactivatie). Vrouwen lijken efficiënter op neuronaal niveau als het gaat om verbale taken. Mannen en vrouwen verschillen ook in hersengrootte en structuur, maar minder wat betreft general intelligence. Blijkbaar kunnen mannen en vrouwen dezelfde niveaus van intelligentie bereiken door verschillende structuren in het brein te gebruiken.

Er is ook verschil binnen de seksegroep zelf. Mensen kunnen eenzelfde intelligentie hebben, maar andere neuronale routes gebruiken omdat ze verschillende breinstructuren hebben of verschillende ervaringen of cognitieve strategieën.

Mensen kunnen compenseren voor cognitieve gebreken door andere hersengebieden te gebruiken met een indirecte relatie tot intelligentie. Compensatie zorgt voor een meer verspreid proces in het brein met een bredere activatie.

Intelligentie en het ontwikkelende menselijke brein

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

Introductie

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

Intelligentie meten

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 visuospatiele 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.

Neurale basis van intelligentie: breinvolumes

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.

• Voxel-based morphometry (VBM) is een techniek die volumeverschillen tussen populaties definieert op voxel-niveau als de breinen gestandaardiseerd worden.

• Functionele brein technieken (PET, fMRI) dragen bij aan structuur-onderzoek, door te kijken naar hoe de breinactiviteit verschilt volgens het intelligentieniveau van een individu.

• Anderen meten de dikte van de cortex.

Intelligentie: frontale focus of verdeeld neuraal netwerk?

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 verspreid 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.

Verandert breinactiviteit door intelligentie?

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 neuroplasticiteit.

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

Adoptie van het ontwikkelingsperspectief

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.

Het 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.

Intelligentie als bewegend 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.

Genen, brein en intelligentie

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 gecombineerde 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.

Onderliggende cellular events

Met MRI kunnen we wel corticale dikte beschrijven, 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.

Executief functioneren

Diamond, A. (2013). Executive Functions. Annual Reviews of Psychology, 64, 135- 168.

Executieve functies (of EF’s) verwijzen naar een aantal top-down mentale processen, die nodig zijn wanneer je je moet concentreren of je aandacht op iets moet richten. Het gebruik van EF’s kost moeite; het zou makkelijker zijn om op de automatische piloot door te gaan met waar je mee bezig bent.

Er zijn drie kern-EF’s:

1. Inhibitie – dit omvat ook zelfbeheersing, selectieve aandacht en cognitieve inhibitie

2. Werkgeheugen

3. Cognitieve flexibiliteit - ook wel mentale flexibiliteit of mentale set shifting, wordt gelinkt aan creativiteit

Hieruit ontstaan weer hogere-orde EF’s zoals redenering, probleemoplossend vermogen en planning. Ef’s zijn essentieel voor mentale en fysieke gezondheid, succes op school en in het leven en cognitieve, sociale en psychologische ontwikkeling.

Inhibitie

Bij inhibitie gaat het om het onder controle hebben van aandacht, gedrag, gedachten en/of emoties, om zo ongepaste reacties te onderdrukken en op een meer gepaste wijze te handelen. Zonder inhibitie zouden we constant handelen naar impulsen, oude gewoonten en allerlei stimuli uit de omgeving.

De controle over aandacht zorgt dat we selectief kunnen zijn in waar we aandacht aan schenken, kunnen kiezen waarop we focussen en we aandacht kunnen onderdrukken voor niet relevante stimuli. Een saillante stimulus, zoals een onverwachte beweging of een hard geluid, trekt onze aandacht of we dat nou willen of niet. Dit heet exogene, bottom-up, automatische, ‘door stimulus gedreven’, of onvrijwillige aandacht en wordt veroorzaakt door eigenschappen van de stimulus zelf. We kunnen er echter bewust voor kiezen om bepaalde stimuli te negeren.

Een ander aspect is het onderdrukken van bepaalde mentale representaties, dit heet cognitieve inhibitie. Hierbij worden bepaalde ongewilde gedachten of herinneringen bewust tegengehouden of vergeten. Dit gebeurt vaak om het werkgeheugen te ondersteunen (dit zal verderop besproken worden).

Zelfbeheersing in gedrag en emotie gaat om het weerstaan van verleidingen en het niet handelen naar impulsen, zoals het eten van snoep wanneer je probeert af te vallen. Een ander aspect van zelfbeheersing is het hebben van de discipline om aan een taak te blijven werken, ondanks de verleiding om op te geven of iets leukers te gaan doen. Dit is gerelateerd aan het laatste aspect van zelfbeheersing: uitgestelde beloning.

Hierbij dwing je jezelf om een onmiddellijk pleziertje te laten gaan, zodat je later een grotere beloning zult krijgen.

Problemen met impulsiviteit ontstaan wanneer we niet in staat zijn om te wachten. Veel jonge kinderen handelen te snel en reageren daarom op een verkeerde manier. Hun prestaties kunnen verbeterd worden wanneer hen geleerd wordt te wachten tot ze meer informatie hebben en zo dus beter kunnen handelen. De subthalamic nucleaus in de hersenen lijkt een belangrijke rol te spelen in het voorkomen van impulsief of te vroeg reageren. Het lijkt erop dat het geven van meer tijd om te reageren helpt, omdat de eerste impulsieve respons dan snel de drempelwaarde bereikt, maar dan weer minder wordt omdat er nog tijd is om te antwoorden. Dan heeft de juiste respons genoeg tijd om deze drempelwaarde te bereiken, maar dit gebeurt langzamer omdat het moeite kost om deze respons te genereren.

Uit onderzoek blijkt dat een goede manier om de impulsieve respons te onderdrukken is om de stimulus die de respons uitlokt uit het zicht te houden. Op die manier wordt de directe perceptuele aantrekkingskracht van de stimulus verminderd en is het makkelijker om een alternatieve respons te bedenken.

Psychologische taken voor het onderzoeken van inhibitie

Voorbeelden van psychologische taken voor het meten van inhibitie zijn onder andere de strooptaak, Simon taak, Flanker taak, uitstel van beloningstaken, go/no-go-taken en stopsignaaltaken.

Het effect van de strooptaak wordt veroorzaakt doordat wij onszelf hebben geleerd om de betekenis van tekst te lezen, en het lettertype of de kleur van de tekst te negeren. Het benoemen van de betekenis is dus de dominante respons en als we plotseling de kleur van het woord moeten noemen, duurt het langer voordat de juiste respons gegeven kan worden.

De Simon taak is heel simpel: voor stimulus A moet de proefpersoon op een knopje links drukken, voor stimulus B op een knopje rechts. Mensen reageren langzamer wanneer de stimulus verschijnt aan de andere kant dan het knopje waarop gedrukt moet worden (dus als stimulus A (linkerknopje) aan de rechterkant verschijnt). We hebben blijkbaar een dominante neiging om te reageren aan de kant waar de stimulus verschijnt en deze neiging moet dan onderdrukt worden.

De Strooptaak eist minder van het geheugen, want de stimulus wijst je waar je moet antwoorden. Je moet in de richting waar de pijl wijst drukken. Soms verschijnt de pijl aan de richting die hij wijst (congruent), maar soms verschijnt de pijl aan de andere kant (incongruent). Men heeft de neiging om te drukken op kant waar de pijl verschijnt en juist dit moet onderdrukt worden.

Voor de Flanker taak is selectieve aandacht nodig: de proefpersoon moet aandacht schenken aan de centrale stimulus en moet de stimuli eromheen negeren. Wanneer de Flanker stimuli de tegenovergestelde respons vereisen (als zij de centrale stimulus waren geweest), wordt er langzamer gereageerd op de centrale stimulus.

Bij uitstel van beloningstaken wordt een heerlijk snoepje neergezet voor een kind. Het kind wordt verteld dat het moet wachten met het eten van het snoepje, want dan zullen ze een extra snoepje krijgen. Als ze het snoepje echter meteen opeten, krijgen ze alleen dat eerste snoepje.

Bij een go/no-go-taak moet de proefpersoon altijd op een knopje drukken wanneer een stimulus verschijnt, maar bij één bepaalde stimulus moet dat juist niet. Bij de stopsignaaltaak moet de proefpersoon bij alle stimuli reageren, maar bij sommige trials verschijnt er een stopsignaal net als de proefpersoon wil gaan reageren. Dan moet er plotseling toch niet gereageerd worden.

Overeenkomsten en verschillen tussen diverse vormen van inhibitie

Uit analyse blijkt dat de inhibitie van aandacht en acties een soortgelijke neurale basis hebben. Cognitieve inhibitie daarentegen, lijkt een aparte vorm van inhibitie te zijn. Hetzelfde geldt voor uitstel van beloning. Het lijkt er ook op dat het neurale systeem dat zorgt voor het inhiberen van een actie en dus helemaal niet te handelen, niet hetzelfde systeem is als het systeem dat zorgt voor het inhiberen van een actie om vervolgens een andere actie uit te voeren. Ook is het duidelijk dat automatische inhibitie (wat bijvoorbeeld voorkomt bij negatieve priming) gezien kan worden als volledig gescheiden van de bewuste inhibitie die hier besproken is.

Ontwikkeling van inhibitie

Inhibitie is buiten verhouding moeilijk voor jonge kinderen. Naarmate we ouder worden, worden we hier steeds beter in. Inhibitie blijft door ontwikkelen in de adolescentie. Het is wel zo dat inhibitie vroeg in het leven een voorspeller is van uitkomsten later in het leven, ook in de volwassenheid. Kinderen die minder snel afgeleid worden en minder impulsief zijn, maken vaker hun school af en laten minder vaak risicovolle gedragingen (zoals roken en drugsgebruik) zien. Ze zijn vaak gezonder (zowel mentaal als fysiek), verdienen meer en houden zich beter aan regels en wetten. Wanneer we echter oud beginnen te worden, wordt onze inhibitie weer minder goed. Oudere mensen zijn bijvoorbeeld minder goed in het inhiberen van visuele en auditieve afleidingen.

Werkgeheugen

De tweede kern-EF is werkgeheugen, wat het vasthouden van en werken met informatie in de geest inhoudt, ook als deze informatie niet langer waargenomen kan worden. Er zijn twee soorten werkgeheugen – verbaal en non-verbaal (visuo-spatieel). Werkgeheugen is kritiek voor het begrijpen van dingen die zich over tijd ontwikkelen, want daarvoor is het nodig om informatie vast te houden van wat er eerder gebeurd is, om dit te kunnen relateren aan latere gebeurtenissen.

Dit geldt dus ook voor het begrijpen van geschreven of gesproken taal, of het nou een zin, een paragraaf of een nog langere tekst is. Verder is het werkgeheugen cruciaal voor het redeneren.

Werkgeheugen versus kortetermijngeheugen

Werkgeheugen (informatie houden en manipuleren) verschilt van kortetermijngeheugen (informatie houden). Het gaat om verschillende neurale subsystemen. Werkgeheugen wordt vooral geregeld in de dorsolaterale prefrontale cortex, terwijl kortetermijngeheugen de controle door dit hersengedeelte niet nodig heeft, omdat de vastgehouden informatie niet bewerkt hoeft te worden. Het kortetermijngeheugen ontwikkelt zich eerder en sneller dan het werkgeheugen.

De relatie tussen werkgeheugen en inhibitie

Over het algemeen hebben werkgeheugen en inhibitie elkaar nodig om goed te werken. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer je tegengesteld moet handelen aan de eerste neiging, op basis van de informatie die wordt vastgehouden in het werkgeheugen. Werkgeheugen ondersteunt inhibitie, want je moet een doel in gedachten houden om te weten wat relevant of gepast is en wat er dus geinhibeerd moet worden. Het werkt ook andersom: inhibitie ondersteunt werkgeheugen. Om meerdere ideeën of feiten aan elkaar te kunnen relateren, moet je in staat zijn om de neiging te weerstaan om slechts op één ding tegelijk te focussen. Daarnaast moet je ideeën en feiten op nieuwe, creatieve manieren met elkaar kunnen combineren. Daarvoor moeten interne en externe afleidingen geinhibeerd worden. Wanneer dit niet lukt, kunnen je gedachten afdwalen. Ook kan inhibitie werkgeheugen ondersteunen door ervoor te zorgen dat onze mentale werkruimte niet te rommelig wordt door irrelevante gedachten te onderdrukken en niet langer relevante informatie te verwijderen.

Werkgeheugen en inhibitie uit elkaar houden

Omdat werkgeheugen en inhibitie zo met elkaar verstrengeld zijn, is het lastig om specifieke onderzoeksvragen op te stellen om danwel de één, danwel de ander te onderzoeken. Dit kan echter wel, door gebruik te maken van taken waarbij alleen verschil tussen de condities zit op danwel werkgeheugen, danwel inhibitie. Een andere mogelijkheid is het ontwikkelen van een taak waarbij slechts één van de twee nodig is, zoals het ordenen van items die iemand heeft gehoord. Hiervoor is vrijwel geen inhibitie nodig, dus is het een vrij pure meting van werkgeheugen.

Het is lastig om te bepalen of werkgeheugen en inhibitie echt twee verschillende cognitieve vaardigheden zijn. Een andere theorie is dat de twee gebaseerd zijn op hetzelfde systeem met gelimiteerde capaciteit. Het zou dan zo zijn dat het vergroten van de druk op het ene, van invloed is op de mogelijkheid om het andere uit te voeren.

Een vorm van het falen van de EF’s is een action slip, waarbij we het één willen doen, maar per ongeluk iets anders doen (vaak uit gewoonte, of een actie die het eerst naar boven komt). Dit soort slips komen voor wanneer we even geen aandacht schenken aan het doel dat we in gedachten hebben.

Wanneer ons gevraagd zou worden wat dat doel is, kunnen we het direct benoemen, maar omdat onze aandacht even afdwaalde, handelden we er niet naar. Dit verschilt van andere gevallen dat mensen tegen hun bedoelingen in handelen. Als je bijvoorbeeld chocoladetaart eet terwijl je wilt afvallen, is je aandacht vaak niet afgeleid van het doel. Het is dan gewoon zo dat twee doelen met elkaar in strijd zijn, en dat ‘nu-chocolade’ wint van ‘later-afvallen’.

Werkgeheugen en selectieve, gerichte aandacht

Focussen op informatie die vastgehouden wordt in het geheugen kan ook het richten van de aandacht op deze mentale inhoud genoemd worden. Werkgeheugen en selectieve, gerichte aandacht komen op veel manieren overeen, waaronder neurale basis in het prefrontale pariëtale deel van de hersenen. Ontwikkelingsverbeteringen in werkgeheugen kunnen helpen bij ontwikkelingsverbeteringen in selectieve aandacht.

Psychologische taken voor het onderzoeken van werkgeheugen

Voor het onderzoeken van werkgeheugen kan gebruikgemaakt worden van de backward-digit span task, waarbij de proefpersoon een reeks nummers moet herhalen in de omgekeerde volgorde waarin hij ze gehoord heeft. Nog beter is het om een proefpersoon een reeks door elkaar gehusselde nummers te laten horen en deze vervolgens op numerieke volgorde te laten herhalen.

De corsi-block test is een veelgebruikte meting van het visuospatieel werkgeheugen. Hierbij raakt de onderzoeker een reeks blokken aan en moet de proefpersoon de blokken vervolgens op dezelfde volgorde aanraken. Er is ook een versie van de test waarbij de proefpersoon de reeks blokken op een geordende volgorde moet aanraken.

In de ‘self-ordered pointing task’ zien proefpersonen 3 tot 12 items (lijntekeningen, abstracte designs, of doosjes met daarin een beloning). Ze worden dan gevraagd om één item per keer aan te raken, in welke volgorde ze maar willen, zonder in herhaling te vallen en zonder een item over te slaan. Wanneer een beloning uit een doosje is gehaald, is het doosje de rest van de trial leeg. Herinneren welke items zijn aangeraakt op basis van identiteit wordt getest door verschillende items die na elke aanraking door elkaar gehusseld worden. Herinneren welke items zijn aangeraakt op basis van locatie wordt getest door identieke items te gebruiken die op dezelfde plek blijven staan.

De ontwikkeling van werkgeheugen

Het vermogen om informatie vast te houden ontwikkelt zich al heel vroeg; zelfs hele kleine kinderen kunnen al één of twee dingen behoorlijk lang in gedachten houden. Kinderen van 9 tot 12 maanden kunnen de inhoud van hun werkgeheugen ‘updaten’, zoals wanneer ze van taak moeten wisselen. Echter, het vasthouden van veel verschillende dingen en het manipuleren van deze informatie ontwikkelt zich pas veel later en langzamer.

Werkgeheugen neemt weer af wanneer we ouder worden. Dit lijkt voor een groot deel te komen door de afname van inhibitie, waardoor ouderen gevoeliger worden voor interferentie van irrelevante informatie en voor afleiding.

Cognitieve flexibiliteit

De derde kern-EF, cognitieve flexibiliteit, bouwt voort op de andere twee en ontstaat pas veel later in de ontwikkeling. Een aspect van cognitieve flexibiliteit is het vermogen om van spatieel perspectief te wisselen (‘hoe zou dit eruit zien als ik het vanuit een andere richting zou zien?’), of van interpersoonlijk perspectief (‘eens kijken of ik dit vanuit jouw oogpunt kan bekijken.’). Om van perspectief te veranderen, moeten we ons oude perspectief inhiberen en een nieuw perspectief in ons werkgeheugen introduceren. Zo zijn inhibitie en werkgeheugen dus nodig voor cognitieve flexibiliteit.

Cognitieve flexibiliteit houdt ook in dat je flexibel genoeg moet zijn om aan te passen aan veranderende eisen of prioriteiten, om toe te geven dat je fout zat en om gebruik te maken van plotselinge, onverwachte kansen. Er is veel overlap tussen cognitieve flexibiliteit en creativiteit, wisselen van taak en set shifting.

Psychologische taken voor het onderzoeken van cognitieve flexibiliteit

De unusual uses task vraagt bijvoorbeeld of de proefpersoon zo veel mogelijk manieren kan bedenken om een tafel te gebruiken, of hoe veel woorden hij kan verzinnen die beginnen met een F. Eerst komen de meest gebruikelijke antwoorden naar boven, maar creatieve mensen zullen meer manieren of woorden kunnen bedenken die minder gebruikelijk zijn.

Verder worden er vaak verschillende task switching en set shifting taken gebruikt. De oudste hiervan is de Wisconsin Card Sorting Task. Elke kaart moet gesorteerd worden op kleur, vorm of nummer. De taak voor de proefpersoon is om af te leiden op welke eigenschap gesorteerd moet worden, op basis van feedback op de keuzes die hij maakt. Daarnaast is flexibiliteit nodig voor het wisselen van strategie wanneer de onderzoeker aangeeft dat de te sorteren eigenschap veranderd is.

Veel van deze taken omvatten twee verschillende opdrachten, zoals aangeven of een nummer even of oneven is en aangeven of een letter een klinker of medeklinker is. Zo kan het knopje links dus staan voor een even getal en een klinker. De stimuli zijn vaak bivalent, wat betekent dat ze een voor beide taken relevante eigenschap hebben, maar dat de correcte respons hierop voor de ene taak, de verkeerde respons zou zijn voor de andere taak. Een voorbeeld hier is B2, want voor B (een medeklinker) moet rechts gedrukt worden, maar voor 2 (een even getal) moet links gedrukt worden. De respons is dus afhankelijk van welke taak de proefpersoon op dat moment moet doen.

Wanneer dit fout gaat, komt dat door moeilijkheden in het inhiberen of overwinnen van een fenomeen dat attentional inertia heet. Dit houdt de neiging in om de aandacht te blijven richten op wat voorheen relevant was. Dit is vooral bij jonge kinderen te zien, maar de neiging verdwijnt nooit helemaal. Tussen 4,5 en 5 jaar leren kinderen om bijvoorbeeld van perspectief te wisselen, of van strategie te wisselen in een sorteertaak. Het duurt echter tot de leeftijd 7-9 tot kinderen flexibel kunnen wisselen per trial, zoals alle standaard task-switching taken vereisen.

De ontwikkeling van cognitieve flexibiliteit

Vanaf zo’n 2,5 jaar oud kunnen kinderen een hele simpele wisseltaak uitvoeren, waarbij respons 1 in de eerste taak gegeven moet worden bij stimulus A, maar in de tweede taak bij stimulus B. Pas vanaf een jaar of 4,5 – 5 kunnen kinderen een kaartsorteertaak met succes uitvoeren. Ook task switching verbetert gedurende de ontwikkeling, maar wordt weer slechter naarmate we ouder worden.

Hogere orde executieve functies: relationeel beredeneren / logisch beredeneren / vloeiende intelligentie

Vloeiende intelligentie (fluid intelligence) is het vermogen om te beredeneren, problemen op te lossen en om patronen of relaties tussen items te zien. Het omvat zowel deductief als inductief redeneren en het uitvogelen van abstracte relaties die ten grondslag liggen aan analogieën. Het is dan ook niet verrassend dat deze vorm van intelligentie synoniem is met de redenatie- en probleemoplossingscomponenten van EF’s (zie schema ‘executice functions).

Verschillen en overeenkomsten tussen executieve functies en gerelateerde termen

Zelfregulatie verwijst naar processen die het voor ons mogelijk maken om optimale niveaus van emotionele, motivationele en cognitieve opwinding te behouden. Het gaat dan vooral om controle en regulatie van de emoties en dit overlapt behoorlijk met inhibitie. Echter, EF-onderzoekers zien emoties vooral als problemen die geinhibeerd moeten worden, terwijl zelfregulatie-onderzoekers ook het belang inzien van motivatie en interesse als nuttige emotionele responsen bij het bereiken van een doel.

Effortful control verwijst naar een aspect van temperament. Het is een aangeboren neiging om met gemak zelfregulatie toe te passen, misschien zelfs te gemakkelijk, versus moeite hebben met zelfregulatie of het minder natuurlijk aan te voelen.

Executieve aandacht verwijst naar de top-downregulatie van aandacht. Er is veel verwarring over de brede toepassing van deze term op onder andere werkgeheugencapaciteit en responsinhibitie.

Het is niet altijd goed om executieve functies of top-downcontrole te gebruiken

We hebben de laterale prefrontale cortex (EF’s) nodig wanneer we iets nieuws aanleren. Echter, als iets niet langer nieuw is, is het beter om uit gewoonte of routine te handelen, dan presteer je beter op de taak. Sterker nog, als je ergens echt goed in bent, presteer je slechter wanneer je gaat nadenken over wat je doet. Een vaardigheid wordt automatisch door veel te oefenen.

Executieve functies als waarschuwingssysteem

EF’s en de prefrontale cortex merken het als eerste wanneer er iets mis is in je leven. Zij lijden het meest wanneer je gestrest, verdrietig of eenzaam bent, slaaptekort hebt of niet fysiek fit bent. Elk van deze omstandigheden kan zorgen dat het lijkt of je een EF-stoornis hebt, zoals ADHD, terwijl dat eigenlijk niet het geval is.

Ze hebben invloed op de fysiologische en neurologische processen en op gedrag (slechter redeneren en probleem oplossen, vergeetachtigheid en minder in staat om discipline en zelfbeheersing toe te passen).

Training en oefening verbeteren executieve functies

EF’s kunnen verbeterd worden. Er is zelfs gevonden dat door bepaalde EF’s te trainen, ook andere EF’s kunnen verbeteren terwijl die niet specifiek zijn getraind. Dit is echter niet zozeer het geval wanneer werkgeheugen getraind wordt, maar wel wanneer task switching wordt getraind. Dit trainen gebeurt vaak met computerprogramma’s. Kinderen die het meest achterlopen in EF-ontwikkeling hebben het meeste baat bij deze training. De oefeningen moeten toe blijven nemen in moeilijkheid om vooruitgang te blijven boeken en het is belangrijk om herhaaldelijk te blijven oefenen. Het is nog niet duidelijk hoe lang de voordelen van training aanwezig blijven, of er opfris-sessies nodig zijn en zo ja, hoe vaak en hoe lang?

Factoren als tweetaligheid blijken een positieve invloed te hebben op de ontwikkeling van EF’s. Tweetaligen ontwikkelen EF’s sneller gedurende de kindertijd en behouden ze langer wanneer ze ouder worden. Het belangrijkste voordeel van tweetaligheid is echter een verbeterde verwerkingssnelheid. Deze mensen vertonen dus geen betere inhibitie op bijvoorbeeld de simon taak, maar reageren sneller op alle taken.

Kort samengevat zijn EF’s dus van kritiek belang voor veel vaardigheden die in verband worden gebracht met succes – creativiteit, flexibiliteit, zelfbeheersing en discipline. Ef’s maken het mogelijk om mentaal met ideeën te spelen, snel en flexibel aan te passen aan veranderende omstandigheden, de tijd te nemen om te overwegen wat een volgende stap is, verleidingen te weerstaan, gefocust te blijven en nieuwe, onverwachte uitdagingen aan te gaan.

De ontwikkeling van neurale leesmechanismen

Turkeltaub, P. E., Gareau, L., Flowers, D. L., Zeffiro, T. A., & Eden, G. F. (2003). Development of neural mechanisms for reading. Nature Neuroscience, 6, 767-773.

Abstract

Een cross-sectionele fMRI studie is gedaan om de relatie van hersenactiviteit met lezen te onderzoeken onder participanten van 6-22 jaar. Hieruit is gebleken dat het leren lezen geassocieerd wordt met twee patronen van hersenactiviteit. Er is namelijk sprake van een verhoogde activiteit in de linker hemisferische midden temporaal en inferieure frontale hoekwindingen (‘gyri’) en er is sprake van verlaagde activiteit in de rechter inferieure temporale hersengebieden. Activiteit in de linker posterior superieure temporale sulcus van de jongste participanten wordt geassocieerd met de rijping van hun fonologische verwerkingscapaciteiten.

Theoretische achtergrond

Lezen is een vaardigheid die wordt geleerd door expliciete training waarbij vaardigheden voor fonologische verwerking van belang zijn. De neurale veranderingen die onderliggend zijn aan het leren lezen zijn echter nog niet bekend. Ook moeten de neurale mechanismen waarmee specifieke fonologische vaardigheden bijdragen aan het leren lezen nog ontdekt worden. In tegenstelling tot eerder onderzoek is er recent een dorsaal-ventraal neuro-anatomisch model vastgesteld op basis van data van o.a. dyslectische kinderen. Dit onderzoek heeft aangetoond dat jonge lezers gebruik maken van een linker temporoparietal-inferior frontaal fonologisch decoding circuit om te lezen. Een latere verwerving van leesvaardigheden wordt geassocieerd met de betrokkenheid van een linker inferotemporal ‘woordvorm gebied’. Recent normatief onderzoek heeft verschillen laten zien tussen kinderen en volwassenen met betrekking tot de neurale verwerking van enkele woorden.

De primaire vraag van dit onderzoek is: Hoe veranderen de neurale processen die verantwoordelijk zijn voor lezen tijdens het leren lezen? Om deze vraag te beantwoorden is een fMRI studie gedaan met participanten die allen formeel onderwijs volgden. Er is gebruik gemaakt van een ‘impliciete woord verwerking taak’, waarbij visuele kenmerken van zowel woorden als van overeenkomstige valse lettertype reeksen (false font strings) moeten worden gedetecteerd. Hoewel er aan de participanten geen instructie wordt gegeven om te lezen vindt lezen verplicht plaats zonder bewuste inspanning, wat resulteert in vergelijkbare hersenactiviteit zoals geassocieerd met expliciete leestaken. Als aanvulling op de fMRI experimenten zijn gangbare gedragsmetingen van lezen en fonologische vaardigheden verworven om de relatie tussen hersenactiviteit en cognitieve constructen met betrekking tot lezen te evalueren.

In overeenstemming met het dorsaal-ventraal neuro-anatomisch model is er gevonden dat jonge lezers primair gebruik maken van de linker posterior superior temporale cortex.

Verder is er echter gevonden dat het leren lezen geassocieerd is met de betrokkenheid van zowel de linker inferieure frontale en middelste temporale cortex als de rechter inferotemporal cortex. Dit laatste gebied komt meer overeen met eerder onderzoek van Samuel Orton (1925).

Methode en Resultaten

Participanten en taakuitvoering

Er zijn 57 gezonde, ééntalige, rechtshandige participanten (31 vrouwen) bestudeerd die Engels als moedertaal beheersen en geen significante neurologische familiegeschiedenis of leerstoornissen hebben. Zestien participanten zijn uiteindelijk uitgesloten van het onderzoek omdat ze mogelijk een leerstoornis hadden of voldeden aan een andere uitsluitingscriteria. Deze participanten hadden een gemiddelde leeftijd van 14.1 jaar (22 vrouwen 14.6 en 19 mannen 13.6).

De gestandaardiseerde metingen waren niet significant gerelateerd aan leeftijd. De ‘kenmerk detectie (feature detection) taken’ zijn met 70% accuratesse uitgevoerd. De taak- en controle condities waren gelijk overeengestemd over de leeftijd en ability spans van de steekproef. Ook kunnen de ontwikkelingseffecten in hersenactiviteit voor het ‘woord vs. valse lettertype reeks’ contrast niet toegekend worden aan de taakuitvoering.

De participanten hebben na de sessies met afbeeldingen een ‘geforceerde keuze herkenning post-test’ gedaan om impliciete verwerking van stimuli te bevestigen. De participanten waren in staat om een juist onderscheid te maken tussen de gepresenteerde stimuli tijdens het scannen van de overeenkomstige afleiders (distractors).

Er is een sterke overeenkomst gevonden tussen impliciete woordverwerking en metingen van leesvaardigheid, dit door de significante correlatie met de Woodcock Johnson III Letter/Woord Identificatie Subtest.

Impliciet lezen

De contrasten in hersenactiviteit voor elke stimuli (woorden en valse lettertype reeksen) laten zien dat de twee type stimuli gebruik maken van gelijke corticale en subcorticale structuren: gestreepte (striate) en extragestreepte (extrastriate) cortex, motor cortex, aanvullende (supplementary) motor gebied, parietal associatie cortex, dorsolaterale prefrontale cortex, de thalamus en het cerebellum.

De hersenactiviteit van volwassenen met betrekking tot impliciet lezen komt overeen met eerder onderzoek, er was namelijk sprake van betrokkenheid van de posterieure temporoparietal cortex, voorste laterale temporale cortex en dorsale en ventrale gebieden van de linker inferieure frontale (gyrus). De neurale basis van impliciet lezen is onderzocht onder kinderen van 9 jaar oud of jonger, hierbij was met name sprake van activiteit in de posterieure regio van de linker superieure temporale cortex.

Leren lezen

Er is een regressie gedaan op de ‘voxel manier’ tussen woord vs. valse lettertype reeks afbeeldingen en leesvaardigheid. Leesvaardigheid correleerde positief met activiteit in de linker-hemisferische en frontale en temporale corticale gebieden en negatief met activiteit in rechter-hemisferische posterieure corticale gebieden.

Impliciete leesactiviteit nam toe met leesvaardigheid in twee gebieden van de linker ventrale inferieure frontale gyrus en in de linker middelste temporele hoekwinding. Zoals gesuggereerd in eerder onderzoek is leesvaardigheid ook positief gerelateerd aan activiteit in een gebied in de linker inferotemporal cortex, een gebied waar de huisvesting is van het vermeende visuele woordvorm gebied.

Lezen en fonologische verwerking

Fonologische verwerking, het gebruik maken van de geluidsstructuur van taal om mondelinge of geschreven informatie te verwerken, is essentieel voor de ontwikkeling van geletterdheid van kinderen. Drie soorten fonologische verwerking zijn belangrijk voor de verwerving van leesvaardigheden: fonetische hercodering (recoding) in het werkgeheugen, fonologische bewustzijn en fonologische hercodering in lexicale toegang (fonologische naamgeving). Om te meten hoe deze vaardigheden zijn gerelateerd aan hersenactiviteit gedurende het lezen is er gebruik gemaakt van drie gedragstesten: Digit Span, Lindamood Auditory ConceptualizationTest (LAC) en de Rapid Automized Naming Letter Subtest (RAN).

De meting van het fonetische werkgeheugen correleerde significant met activiteit in de linker intrapariëtale sulcus. De meting van het fonologische bewustzijn correleerde significant met een linker-hemisferisch netwerk van taalregio’s. Daarentegen correleerde de fonologische naamgeving metingen significant met een duidelijk verschillend bilateraal netwerk. Er is bijna geen enkele significante overlap gevonden tussen de gebieden waar hersenactiviteit plaatsvindt, betreffende de drie fonologische processen.

Discussie

Begrip van de neurale basis van de verwerving van normale cognitieve vaardigheden is cruciaal voor het onderzoek naar ontwikkelingsstoornissen van cognitie. Lezen is een ideaal model voor het leren in de kindertijd, gezien deze vaardigheid wordt verworven over een langdurige periode die begint op een leeftijd vatbaar voor fMRI studies en zich voortzet tijdens de formele scholing. Wanneer kinderen alfabetische kennis verkrijgen leren ze de grafeem/foneemkoppeling en maken ze gebruik van fonetische aanwijzingen. Volwassenen kunnen onbekende woorden identificeren door gebruik te maken van analogieën voor bekende woorden. Het eindpunt van dit ontwikkelingsproces is een volwassen netwerk van hersenregio’s dat gebruikt wordt door geletterde volwassenen om woorden te lezen.

De complexiteit van ‘brain imaging’ bij hersenen die in de ontwikkeling zijn hebben tot op heden de identificatie van de neurale systemen die verantwoordelijk zijn voor het leren lezen gehinderd. Gaten in de huidige kennis hebben een complete weergave uitgesloten van een ontwikkelingsproces dat net zo cruciaal als complex is.

Door het gebruik van een impliciete leestaak en een overeenkomstige controle conditie kon het leren lezen worden onderzocht over de gehele loop van de schoolperiode.

De resultaten van dit onderzoek tonen aan dat de tempoparietale cortex, met inbegrip van de linker superieure temporale sulcus, vroeg rijpt en betrokken blijft bij lezen in de volwassenheid. Dit breidt het eerdere bewijs uit dat posterieure taalgebieden eerder rijpen dan anterieure taalgebieden.

Individuele verschillen bij strategiegebruik voor het oplossen van deelsommen

Hickendorff, M., van Putten, C. M., Verhelst, N. D., & Heiser, W. J. (2010). Individual differences in strategy use on division problems: Mental versus written computation. Journal of Educational Psychology, 102(2), 438-452.

Bij rekenkunde kennen en gebruiken kinderen meerdere strategieën. Er is veel onderzoek gedaan naar strategieën voor optellen, aftrekken en vermenigvuldigen op basisscholen. Toch is er weinig bekend over de strategieën die kinderen gebruiken bij deelsommen. In Nederland is een grote achteruitgang in prestatie zichtbaar wat betreft deelsommen. Daarom is het belangrijk dat er een systematische studie wordt gedaan naar complexe oplossingsstrategieën. In dit artikel wordt zo'n studie beschreven. Het doel is om individuele verschillen te analyseren die zich voordoen op het gebied van strategiekeuze en strategie accuratesse.

Strategiecompetentie is op te delen in vier dimensies:

1. Strategierepertoire (welke strategieën gebruik je?)

1. Strategieverdeling (hoe vaak gebruik je een strategie?)

2. Strategie-efficiëntie (snelheid, accuraatheid; er is veel individuele variatie)

3. Strategieselectie (in welke situatie gebruik je welke strategie?; dit ligt aan het soort rekenprobleem en de karakteristieken van de strategie)

De drempelwaarde voor het wel of niet kiezen van een strategie is bij iedereen verschillend voor elke strategie. Daarnaast zien we ook invloed van cognitieve, sociaal-emotionele en socio-culturele variabelen op de strategiekeuze. Er zijn bijvoorbeeld sekseverschillen gevonden (jongens zijn meer intuïtief, meisjes werken meer volgens regels) en verschillen tussen betere en mindere rekenaars (Bijvoorbeeld: zwakkere rekenaars zijn minder adaptief in strategiekeuze en gebruiken vaker mentale strategieën).

Individuele verschillen in strategiegebruik kunnen worden gevonden als men de individuele profielen van strategiekeuze en prestatie analyseert. In dit artikel gebruiken de onderzoekers de Choice/No-Choice methode. Hierbij kun je in de ‘choice’ situatie kiezen uit twee verschillende strategieën, terwijl je in de ‘no choice’ situatie gedwongen wordt om een bepaalde specifieke strategie te gebruiken om alle sommen op te lossen.

Complexe deelsommen worden gedefinieerd als deelsommen waarin het quotiënt een meercijferig getal is. Het kan ook zijn dat het getal waardoor je deelt meerdere cijfers bevat.

De afgelopen decennia heeft men het Realistisch Rekenen (Realistic Mathematics Education, RME) ingevoerd. Leerlingen moeten actieve studenten worden die hun eigen rekenkunde opbouwen. Het gaat om diep begrip in plaats van het leren van regels en procedures. Mentaal rekenen is van belang en leerlingen bepalen intuïtief de strategie.

In Nederland is er een daling in prestatie te zien bij rekenen, voornamelijk bij complexe rekenkunde Over het algemeen zien we twee grote veranderingen in verband hiermee:

1. Strategiegebruik is verschoven. Er wordt minder gebruik gemaakt van geschreven strategieën/berekeningen, terwijl de geschreven strategie meer correcte antwoorden produceert.

1. Alle strategieën geven minder correcte antwoorden. De accuratesse is afgenomen.

De huidige studie bekijkt strategieën die gebruikt worden bij het oplossen van complexe deelsommen. Er werd gedeeltelijk een Choice/No choice methode gebruikt. In de ‘Choice situatie’ kon men kiezen tussen een geschreven of mentale strategie. In de ‘No choice situatie’ moesten de leerlingen een geschreven strategie gebruiken. De Choice/No-choice methode werd gedeeltelijk gebruikt, omdat er geen test werd afgenomen waarbij leerlingen alleen een mentale strategie mochten gebruiken in de ‘No choice situatie’. Dit zou voor een aantal studenten erg frustrerend zijn, waardoor de motivatie af zou kunnen nemen. Er werd ook geen reactietijd gemeten, wat in de originele methode wel gebeurt.

Tijdens dit onderzoek lag de focus op mentale (zonder vastleggen van rekenkundige methode) en geschreven strategieën. Uit nationaal onderzoek blijkt namelijk dat het gebruik van mentale strategieën over de tijd is toegenomen, maar de slaagkansen zijn in vergelijking met de geschreven strategieën ver achter gebleven.

Allereerst wilden de onderzoekers het repertoire en de distributie van zowel mentale als geschreven strategieën vastleggen. Het probleem bij mentale strategieën is echter, dat je niet weet of iemand een strategie gebruikt, of dat diegene schat of gokt. Daarnaast weet je in de ‘No-choice conditie’ niet of een student wel geschreven procedures in zijn of haar repertoire heeft en of deze strategie hetzelfde is als die van de studenten die in de ‘Choice conditie’ ook al een geschreven strategie gebruikten.

Het tweede doel van de onderzoekers was het analyseren van individuele verschillen op het gebied van kiezen tussen geschreven en mentale procedures. Daarbij werd gekeken naar de strategie en relatie tussen somkarakteristieken, sekse en algemeen rekenniveau. Sommen kunnen veel cognitief vermogen vragen, of juist weinig. Men verwacht dat de complexe sommen om meer geschreven strategieën vragen en dat er minder cognitieve moeite nodig was voor minder complexe sommen waardoor er geen behoefte was om iets op te schrijven. Daarnaast verwacht men dat jongens meer geneigd zijn om mentale strategieën te gebruiken, en dat studenten met een lager rekenniveau minder adaptieve strategiekeuzes maken.

Het laatste doel was het vergelijken van de relatieve accuratesse van mentale- en geschreven strategieën. Uit eerder onderzoek bleek dat de accuratesse hoger ligt als je gebruik maakt van een geschreven strategie. De hypothese is dat de prestatie van studenten die een mentale strategie gebruikten zou verbeteren wanneer ze gedwongen zouden worden om een geschreven strategie te gebruiken. Hiernaast zal de prestatie van studenten die altijd al geschreven strategieën gebruikten gelijk blijven.

Methode

Er waren 362 participanten (193 jongens, 161 meisjes, acht onbekend) van gemiddeld twaalf jaar oud (laatste klas basisschool) van 12 scholen in Nederland. In de experimentele conditie waren vier gepaarde sommen, 8 totaal (met veel cognitieve moeite) en vijf ongepaarde sommen (met weinig cognitieve moeite). De gepaarde sommen namen toe in moeilijkheidsgraad.

Het rekenniveau van de leerlingen werd vastgesteld door de CITO. In de ‘choice-conditie’ losten de kinderen negen sommen op, in de No-Choice-conditie vier. Als de leerlingen in de No-Choice-conditie niets opschreven, werd gezegd dat het antwoord fout was. De choice-conditie ging vooraf aan de No-Choice-conditie. De test werd afgenomen in het klaslokaal. De leerlingen mochten pas aan de tweede taak beginnen als iedereen klaar was met de eerste taak. Er was geen tijdsdruk. Een aantal kinderen werd individueel geïnterviewd over de strategiekeuze in de choice-conditie.

Resultaten

• Het gemiddelde aantal correct beantwoorde CITO-vragen is 45,2 van de zestig. Dit is iets beter dan het nationaal gemiddelde. Meisjes beantwoordden significant minder items goed dan jongens. Dit is representatief voor de populatie.

• In de choice-conditie werden items één tot en met vier beantwoord met behulp van een mentale strategie door 12% tot 29% van de studenten. De items vijf tot en met negen waren makkelijker te beantwoorden met een mentale strategie, dus hier was het percentage hoger (39-65%). De meerderheid van de geschreven procedures bestond uit chunking op hoog niveau. Dit wil zeggen dat de studenten door grotere getallen delen (100 : 20 in plaats van 100 : 10 en 100 : 10). Studenten die een mentale berekening gebruikten in de choice-conditie, gebruikten vaker verkeerde of onduidelijke procedures in de no-choice-conditie bij het vergelijkbare item.

89 studenten werden geïnterviewd over hun mentale strategieën in de choice-conditie. Het antwoord op de eerste vier items werd vaker gegokt of geschat. Daarnaast werd er vaker chunking van laag niveau toegepast en gebruikten deze studenten vaker een foute of onduidelijke strategie. Er werd ook significant vaker gebruik gemaakt van compensatiestrategieën.

• In de choice-conditie koos 38% minimaal één keer voor een mentale procedure bij het oplossen van items één tot en met vier, terwijl 79% minimaal één keer een mentale procedure gebruikte bij het oplossen van items één tot en met negen. Het bleek dat jongens hoofdzakelijk mentale strategieën gebruiken, terwijl de meerderheid van de meisjes consistent geschreven strategieën gebruikt. Daarnaast zagen de onderzoekers ook dat jongens vaker geschreven en mentale strategieën combineren. Over het algemeen vonden zij dat medium- en sterke studenten vaker geschreven en mentale strategieën combineren dan zwakke studenten. Zwakke studenten kiezen consistent voor een geschreven of mentale strategie.

• De eerste hypothese was dat de prestatie hoger is van studenten die een geschreven strategie gebruiken in de choice-conditie. Deze hypothese werd bevestigd: de accuratesse is inderdaad hoger. De tweede hypothese was dat studenten die in de choice-conditie een mentale strategie gebruikten, beter zouden presteren als zij in de no-choice-conditie het parallelle item met een geschreven strategie oplossen. Ook deze hypothese werd bevestigd. De laatste hypothese was, dat de prestatie gelijk zou blijven van studenten die in de choice-conditie ook al een geschreven strategie gebruikten. Deze hypothese werd bevestigd.

Discussie

De hoofdresultaten zijn dat er individuele verschillen zijn tussen strategiekeuze. Twintig procent van de studenten gebruikte hoofdzakelijk mentale strategieën, veertig procent gebruikte hoofdzakelijk geschreven procedures en de overige veertig procent gebruikte mentale strategieën voor makkelijke items en geschreven strategieën voor moeilijke items. Mentale calculatie bleek minder accuraat, voornamelijk voor studenten met een lager rekenniveau. Als studenten, die eerst mentale procedures gebruikten, overstapten op geschreven procedures, verbeterde hun prestatie. Dus deze studie laat zien dat mentale calculatie een minder accurate strategie is dan geschreven strategieën. Het gebruik van kladpapier voor complexe deelsommen moet bemoedigd worden en de prestatie van studenten zal waarschijnlijk verbeteren.

Individuele verschillen. Er was een associatie tussen het type strategie dat gebruikt werd in de choice-conditie en het type strategie dat gebruikt werd in de no-choice-conditie. Studenten die mentaal rekenden, gebruikten minder gestructureerde maar meer intuïtieve geschreven strategieën. Daarnaast verschilden de items wel in de mate dat zij mentale calculatie aantrokken. Goede studenten pasten hun strategie aan de somkarakteristieken aan, maar zwakke studenten konden moeilijk geschreven en mentale strategieën combineren. Zij waren minder flexibel.

Methodologische bezwaren. Bij het opstellen van parallelle items werd er vanuit gegaan dat de manier van oplossen van (bijvoorbeeld) item 1a representatief zou zijn voor het oplossen van item 1b. Dit kan echter niet getest worden. Hier is wel in enige mate rekening mee gehouden tijdens het onderzoek door middel van counterbalancing (de helft van de groep begon met item 1a en de andere helft met item 1b).

Daarnaast is er besloten om geen tweede no-choice conditie toe te voegen waarin leerlingen alleen mentale strategieën mochten gebruiken, omdat verwacht werd dat veel leerlingen hier moeite mee zouden hebben. Als consequentie kan er geen vergelijking worden gemaakt wat betreft het verschil in accuratesse tussen mentale strategieën en geschreven strategieën.

Een derde methodologische beperking is, dat de test werd afgenomen in een klaslokaal. Hierdoor kon er geen data worden verkregen over snelheid. Ook was het direct interviewen van de mentale rekenaars geen optie in het klaslokaal, dus dit werd een retrospectief interview. Nadeel hiervan is, dat men dingen kan vergeten of verzinnen.

Educatieve implicaties. In het onderwijs kan aandacht besteedt worden aan het promoten van de waarde van het opschrijven. Daarnaast rijst de vraag welke rol een school speelt bij de strategiekeuze. Het zou zo kunnen zijn dat door de grote nadruk op mentale calculatie bij Realistisch Rekenen, er een neveneffect ontstaat omdat sommige studenten de mentale calculatie te vaak gebruiken. Het is van belang dat leerkrachten de mogelijke voordelen van opschrijven benadrukken. Daarnaast zou er eventueel aandacht besteedt kunnen worden aan het traditionele algoritme van deelsommen.

Het ontwikkelende sociale brein: implicaties voor educatie

Blakemore, S. J. (2010). The developing social brain: Implications for education. Neuron, 65, 744-747.

Humans Are Exquisitely Social

Mensen zijn hele sociale diersoorten. Een belangrijk aspect van het sociale brein is dat het sociale respons vaak snel en instinctief is. Hiernaast hebben mensen de vaardigheid om de gezichtsuitdrukking, acties en gebaren van andere mensen te lezen in termen van hun onderliggende emoties en mentale staat. We zijn constant hiermee bezig omdat we willen weten wat anderen denken en voelen en wat ze gaan doen. Dit noemen we ook wel ‘Theory of Mind’ of ‘mentalizing’. Deze vaardigheid ontwikkelt zich in de eerste vier/vijf levensjaren. Op 4-jarige leeftijd begrijpen kinderen dat andere mensen andere dingen kunnen denken. Het begrijpen van de mentale staat van een ander speelt een kritieke rol in sociale interactie, want we kunnen zo te weten komen wat andere willen en we kunnen ook hierdoor ons eigen gedrag daarop aanpassen.

Social Cognition Is Special

Interactie met mensen is cruciaal voor normale neurocognitieve ontwikkeling. Een empirisch voorbeeld is het feit dat Japanse mensen de R en L klank niet kunnen onderscheiden. Japanse baby’s kunnen dit wel, maar alleen vóór 9 maanden. In de Japanse taal is er geen R en L klank, dus de baby’s worden niet blootgesteld aan dit verschil en verliezen de mogelijkheid om onderscheid te maken.

Geluiden die verloren raken, kunnen wel opnieuw geleerd worden. Kinderen ouder dan 9 maanden kunnen wel leren discrimineren tussen spraakgeluiden waar zij niet aan zijn blootgesteld. Kuhl en collega’s deden dit onderzoek bij Amerikaanse baby’s van 9 maanden oud die niet bloot waren gesteld aan Chinees Mandarijnse klanken. Drie groepen werden getraind: 1) interactie met een echte Mandarijnse spreker, die met hun speelde en hun voorlas; 2) luisteren en kijken naar filmopnamen van diezelfde Mandarijnse spreker; 3) luisteren naar opnamen van een mandarijnse spreker via een koptelefoon. Alleen de groep die echt contact had met de Mandarijnse spreker maakte significante vooruitgang. Dit onderzoek geeft aan dat herleren mogelijk is, en dat sociale interactie een cruciale factor is. Een mogelijkheid is, dat sociale interactie de motivatie van kinderen vergroot door toegenomen aandacht en opwinding. Sociale interactie zorgt er ook voor dat de leraar focust op de individuele behoefte van de leerling. Kinderen beginnen bij 9 maanden te begrijpen dat als je naar iets wijst, dat daar naar gerefereerd wordt. Dit is het begin van de ontwikkeling van Theory of Mind (ToM).

The Social Brain

Er is redelijk wat consistent bewijs voor breinregio’s die betrokken zijn bij de ToM. Bij een mentalizing taak wordt er een netwerk geactiveerd dat de posterior STS bij de temporoparietal junction (TPJ), temporal poles en dorsal medial PFC bevat. Deze gebieden zijn essentieel voor het proces van mentalizing.

Studies bij mensen met breinlaesies tonen aan dat de superior temporale kwabben en PFC betrokken zijn bij mentalizing. Echter, bij één onderzoek met een laesie aan de PFC was mentalizing nog intact. PFC lijkt dus niet perse nodig, of die persoon gebruikte een andere neurale strategie (plasticiteit).

Schade aan de PFC op verschillende leeftijden heeft verschillende consequenties. Het is mogelijk dat de mPFC nodig is om mentalizing te verkrijgen, maar niet om het later te gebruiken. Dit is in lijn met data van fMRI-studies, waaruit blijkt dat de mPFC verschillend bijdraagt aan mentalizing op verschillende leeftijden.

Een aantal fMRI ontwikkelingsstudies naar mentale staat attributie lieten zien dat de activiteit van mPFC afneemt tussen adolescentie en volwassenheid. Daarnaast is er bewijs voor differentiële functionele connectiviteit tussen mPFC en andere delen van het mentalizing netwerk. Er is dus consistente informatie over de richting van veranderingen van mPFC-activiteit. Waarom de activiteit van mPFC minder wordt tissen adolescentie en volwassenhei is niet duidelijk, maar er zijn twee mogelijke verklaringen. Ten eerste kan de cognitieve strategie voor mentalizing veranderen tussen adolescentie en volwassenheid, en ten tweede is het mogelijk dat de functionele verandering met leeftijd te verklaren is door het feit dat er neuroanatomische veranderingen zijn in deze periode. Er vindt synaptic pruning plaats. Er is echter geen directe relatie bekend tussen neurale activiteit en aantal synapsen of synaptische activiteit.

Online Mentalizing Usage Is Still Developing in Mid-adolescence

Veel ontwikkelingsstudies focussen op vroege kindertijd, omdat kinderen relatief moeilijke mentalizing taken kunnen doen rond 4-jarige leeftijd. Een mentalizing taak moet voor een kind niet hun maximale prestatie belichten, dus de vraag naar taalvaardigheden en executieve functies wordt moeilijker. Hierdoor is het lastig om verbetering in prestatie alleen toe te wijzen aan betere mentalizing. De langdurige structurele en functionele ontwikkeling van breinregio’s in adolescentie en vroege volwassenheid lijkt mentale staat begrip te beïnvloeden.

Een recent onderzoek maakt gebruik van de theory of mind informatie om beslissingen te maken. Participanten zien planken met objecten, en aan de andere kant staat een directeur die ook planken ziet, maar niet allemaal. Correcte interpretatie van de instructie laat participanten het perspectief van de directeur gebruiken en zij verplaatsen alleen de objecten die de directeur kan zien. De mid-adolescenten maken hier meer fouten dan volwassenen. Dit wijst erop dat de mogelijkheid om een anders perspectief te nemen nog steeds in ontwikkeling is.

Implications for Education

Kennis over hoe het brein ontwikkelt en leert heeft diepe impact op educatie in de toekomst. Men kan educatieve strategieën transformeren en educatieve programma’s ontwikkelen die leren voor mensen van alle leeftijden en alle behoeften optimaliseren.
Sociale interactie met een echt persoon is kritiek voor sommige types van vroeg leren. De vraag is, of social networking hetzelfde is als echte interactie, of dat het de ontwikkeling van het brein tegenwerkt. De kritieke factor van sociale interactie is echter nog steeds onbekend.

Het begrip van de basis van het brein wat betreft sociaal functioneren en sociale ontwikkeling is cruciaal voor het voeden van sociale competentie in en buiten de klas. Sociaal functioneren speelt een rol bij het vormen van leren en academische prestatie.

Veranderingen in het brein gaan door tot in de adolescentie. Onderzoek laat zien dat adolescentie een belangrijke tijd is voor de ontwikkeling van regio’s in het brein die te maken hebben met sociale cognitie en self-awareness. Dit kan komen door een aantal factoren, waaronder de verandering van de sociale omgeving, hormonen en structurele en functionele veranderingen in het brein. De vroege kindertijd, maar ook de adolescentie zijn een ‘sensitieve periode’. In het brein vindt reorganisatie plaats. Daarom is leren op deze leeftijd nog zo belangrijk: het brein vormt, ontwikkelt en past zich aan.