2 VL3: Zentralnervöse Korrelate der Intelligenz

Question 1

Die 2 Faktoren Theorie von Charles Spearman

Answer 1

Jede Intelligenztestleistung beruht somit auf 2 Faktoren
• g- Faktor, der bei allen Intelligenz- leistungen zum tragen kommt
• s-Faktor(en): Aufgabenspezifische Spezialfaktoren
Befund: Einzelne Intelligenztestleistungen korrelieren sehr hoch miteinander!
• es lässt sich ein gemeinsamer Faktor extrahieren, der Varianz in allen Testleistungen aufklärt („g-Faktor“, „Generell Intelligence“, „Generalfaktor“), bzw. die Korrelation zwischen den unterschiedlichen Leistungen erklärt
• g-Faktor:
• etwas, das bei jeglicher Art intelligenten Verhaltens zum Tragen kommt
• abstrakte Fähigkeit, Zusammenhänge zwischen Objekten, Ereignissen und Informationen wahrzunehmen und daraus Schlussfolgerungen zu ziehen

Question 2

Thurstone (1938, 1941): Primärfaktoren-Modell

Answer 2

perceptual speed
reasoning/induction word fluency
memory
verbal comprehension number
space

Question 3

Wer hat Recht?

g-Faktor vs. Primärfaktoren der Intelligenz

Answer 3

Neuere Integrationsversuche: Hierarchische Intelligenzmodelle
• Intelligenz kann als Bündel spezieller Fähigkeiten beschrieben werden (= Primärfaktoren Thurstone), die sich auf höherer Abstraktionsebene einer einheitlichen Fähigkeit zuordnen lassen (= g-Faktor, Spearman)

Question 4

Zentralnervöse Korrelate der Intelligenz

Answer 4

~ Neurobiologische Aspekte
• Myelinisierung
• Neural Pruning
• Neurale Plastizität (axonale und
dendritischer Verzweigungen, synaptische Plastizität)
~ Anatomisch-funktionelle Aspekte
• Nervenleitgeschwindigkeit
• EEG-Parameter d. Info.verarbeitung
• Gehirnvolumen
• Funktionelle Konnektivität
• Neuronale Effizienz

Question 5

(Elektro)physiologische Korrelate der Intelligenz

Answer 5

Nervenleitgeschwindigkeit (s. Mental Speed)
EP-Latenzen (EEG)
String Length (EEG)
EP-Amplitude (EEG)

Question 6

Mental Speed: Ergebnisse

Answer 6

• Allgemeiner Befund
Korrelation mit Intelligenz über zahlreiche Untersuchungen und verschiedene Speed- Komponenten (inspection time/Reizdiskriminerung, response time etc.) mit Intelligenz hinweg:
• Implikation
Gemeinsame Varianz (d.h. Überlappung Mental Speed/Intelligenz)
–0.302 ~10%

Question 7

Mental Speed: Kritik

Answer 7

• Mental Speed überlappt mit ca. 10% relativ gering mit Intelligenz
Aber: dies liegt u.a. an der häufigen Verwendung studentischer Stichproben, die ggf. eine eingeschränkte Varianz in Mental Speed u./o. Intelligenz aufweisen (sich also in diesen Merkmalen nicht so stark unterscheiden)
bei repräsentativer Stichprobe steigt Korrelation auf bis zu .50!

Question 8

Nervenleitgeschwindigkeit und Intelligenz

Answer 8

• Geschwindigkeit mit der elektrische Impulse entlang einzelner peripherer Nervenfasern und über Synapsen übertragen werden (periphere Nerve Conduction Velocity - NCV)
• Messung: elektrische Stimulation, mittels Oberlächenelektroden appliziert (häufig am Handgelenk)
• z.B. am Ellenbogen, der Achsel werden die durch die Stimulation ausgelösten Aktionspotentiale mit Ableitelektroden erfasst (speziell, die Latenz)
• Auf Basis der Distanz zwischen Stimulations- und Ableitelektrode kann aus den Latenzen die Übertragungsgeschwindigkeit der Nerven berechnet werden (NCV)
bereits in den 20er/30er Jahren wurden Hinweise auf positive Zusammenhänge zwischen Nervenleitgeschwindigkeit und Intelligenz gefunden
• Erste neuere Untersuchungen (Vernon & Mori, 1989, 1992) erfassten die NCV am Mediannerv des Arms in mehreren Studentenkohorten; NCV wurde mit Intelligenztestwerten und Reaktionszeit korreliert
• Erwartungskonforme Ergebnisse zeigen positive Korrelation von r = 0.42 mit Intelligenztestwerten und eine negative Korrelation r = -.28 mit Reaktionszeiten
Frage?
• Ergo: intelligentere Personen wiesen eine höhere Nervenleitgeschwindigkeit und kürzerer Reaktionszeit auf

Question 9

Nervenleitgeschwindigkeit und Intelligenz

Kritik:

Answer 9

für Messung der NCV ist keine kognitive oder sensorische Aktivität erforderlich!
 Messung erfolgte am peripheren Nervensystem und nicht am zentralen Nervensystem!
• Frage: Inwiefern könnte das periphere Nervensystem mit intelligenzzugrundeliegenden Informationsverarbeitungsprozessen zu tun haben?
Vernon‘s Argument zum Zusammenhang NCV und IQ:
• Tierversuche zeigen genetisch interindividuell variierendes Aufkommen spezifischer Proteine, die am Aufbau und der Impulsübertragung von Neuronen generell beteiligt sind.
• Aber: bis dato kein direkter Nachweis der Übertragbarkeit dieser Versuche auf den Menschen.

Question 10

Alternative Messung: Brain NCV (BNCV)

Answer 10

 geschätzt aus Latenzen früher visueller EPs (N70 und P100) und der Entfernung zwischen Retina und primärem visuellen Kortex (Reed & Jensen, 1991, 1992; s. a. Neubauer, 2005)
Ergebnis:
• BNCV und Intelligenz: r = .26
Schlussfolgerung des BNVC-Ansatzes:

Hohe Intelligenz vermittelt über höhere Übertragungsgeschwindigkeit subkortikaler und kortikaler Neuronen (BNCV). Diese Annahme legt eine effizientere Informationsübertragung beteiligter Neuronenpopulationen nahe (und stünde damit auch im Einklang mit der neuralen Effizienzhypothese)

Question 11

Prämissen zum Zusammenhang EP-Latenz und Intelligenz:

Answer 11

 Es bestehen bedeutsame individuelle Unterschiede in der EP-Latenz
 Späte EP-Komponenten reflektieren vorranging kognitive Verarbeitung
 Biologisch effiziente Organismen sollten relevante Informationen schneller verarbeiten als weniger effiziente Organismen
 Dies sollte sich in der Latenz späterer kognitiver EP-Komponenten wiederspiegeln

Question 12

• String-Length-Hypothese:

Answer 12

Menschen mit hohem IQ und damit komplexeren EPs weisen längere „EP-Schnur“ auf.

Question 13

String Length (HENDRICKSON & HENDRICKSON, 1980)
Annahme

Answer 13

EPs intelligenterer Personen weisen eine höhere EP-Komplexität auf (d.h. eine größere Anzahl identifizierbarer EP Komponenten) (siehe a. Abbildung Ertl & Schäfer, Folie 11/12)
Biologischer Erklärungshintergrund:
Geringerer Fehleranfälligkeit der axonalen und synaptischen Informationsübertragung in Gehirnen höher intelligenter Personen (Hendrickson & Hendrickson, 1980)
• Weniger verrauschte und damit stärker ausgeprägte bzw. komplexere EPs

Question 14

EP-Amplitude und Intelligenz

Answer 14

• Interindividuelle Variation in EP-Amplituden zur Messung von Intelligenzunterschieden potentiell geeignet
• Aber: Ableitung von gerichteten Hypothesen schwierig:
• Ist ein intelligentes Gehirn jenes, bei dem möglichst viele Neuronen eines kortikalen Areals gleichzeitig feuern? (dies kann auch die Höhe der EP-Amplitude beeinflussen)…
• Sollten intelligenter Gehirne nicht vergleichsweise mehr „Reservekapazität“ besitzen? (s. Neurale Effizienz Hypothese)

Aber: Funktionale Bedeutung der EP-Komponente ist relevant! Bilden bestimmte EP Komponenten zugrundliegende Informationsverarbeitungsprozesse von Intelligenz in besonderer Weise ab?

Question 15

Negative Korrelation zwischen Oddball-RT

Answer 15

und WAIS Scores

Question 16

Individuen mit geringerem (!) IQ :

Answer 16

􏰀 signifikant längere P300 Latenzen

􏰀 signifikant kleinere P300 Amplitude

Question 17

Hirnvolumen und Intelligenz

Answer 17

􏰀 Das Gehirn enthält bis zu 100 Milliarden Nervenzellen und 100000 Milliarden Synapsen (s. Rushton & Ankney, 2009)
Metaanalytische Befunde:
􏰀 Meta-Analyse (McDaniel, 2005): k=37, N=1500; r = .33
􏰀 Meta-Analyse/Review von MRT Studien (Rushton & Ankney, 2009); k = 28 Studien,
N = 1389; r = .38 bis r = .40; keine Geschlechtseffekte, keine ethnischen Unterschiede Fazit
􏰀 Vermutlich handelt es sich um ein pleiotropes Phänomen: „Gehirnvolumen und Intelligenz werden von gleichen Genen beeinflusst“ (Van Leeuwen et al., 2009)
􏰀 Haier (2005): totales Hirnvolumen klärt etwa 16% in Messwerte der allgemeinen Intelligenz (g) auf.
􏰀 Insgesamt kann der Zusammenhang zwischen Hirnvolumen und Intelligenz (g) als weitgehend belegt angesehen werden!

Question 18

Zahlreiche Studien weisen auf Zusammenhänge zwischen Kopfgröße, bzw. intrakraniellem Hirnvolumen und Intelligenz hin (graue & weiße Substanz)

Answer 18

􏰁 Männer weisen ein ca. 10.8% größeres Hirnvolumen als Frauen auf (2.1 SD bzw. 131 ml) (e.g., Herculano-Houzel, 2012)
􏰁 Frauen weisen mehr Verbindungen der weißen Substanz zwischen den Hemisphären und eine komplexere kortikale Gyrifizierung auf (Luders et al., 2004)
􏰁 Männer und Frauen nutzen Gehirne teils unterschiedlich, um vergleichbare Ergebnisse in Intelligenztests zu erzielen (Deary et al., 2010)
􏰁 z.B. höherer IQ bei Männern stärker mit dem fronto-parietalen Volumen der grauen Substanz assoziiert, bei Frauen mit dem Volumen der weißen Substanz

Question 19

Können wir unser Hirnvolumen durch Training verändern?

Answer 19

Taxifahrer zeigen erhöhte graue Masse im Hippocampus verglichen mit Kontrollen (je länger sie Taxi fuhren, desto größer der Anstieg)
Längsschnittstudie zeigt Zunahme der grauen Masse im posterioren Kortex und Hippocampus bei Medizinstudenten, die sich auf eine Prüfung vorbereiteten (MRT Messungen vor, direkt im Anschluss und 3 Monate nach der Prüfung)

Question 20

Neurale Effizienz:

Brighter brains comsume less energy? “

Answer 20

Intelligenz und Glukosemetabolismus
Methode: PET-Scan während der Bearbeitung von Ravens Advanced Progressive Matrices (APM)
􏰀Ergebnis: signifikant negative Korrelation zwischen IQ und Glukosemetabolismus (~ r = 0.70)
􏰁intelligente Menschen verbrauchen bei kognitiver Beanspruchung weniger „Energie“ und weisen eine geringere kortikale Aktivität auf als weniger intelligente Personen
Gilt insbesondere bei Aufgaben mit
niedrig bis moderatem Schwierigkeitsgrad (Neubauer & Fink, 2009)