Was ist Intelligenz

1 Lernen hochbegabte Kinder anders ?– Erkenntnisse aus der Gehirnforschung Lernen hochbegabte Kinder anders ?Lernen hochbegabte Kinder anders ?–– Erkenntnisse aus der GehirnforschungErkenntnisse aus der Gehirnforschung Aljoscha C. Neubauer Vortrag auf Einladung des Fördervereins Pfiffikus, Humboldt-Universität, Berlin 10.10.2007 Differentielle Psychologie Institut für Psychologie Universität Graz http://psyserver.uni-graz.at/diff/ ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz? • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? – Die Perspektive der Gehirnforschung • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- & Lehr- Lernforschung ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz? • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? – Die Perspektive der Gehirnforschung • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- und Lehr- Lernforschung Intelligenz ist die Fähigkeit a) sich in neuen Situationen aufgrund von Einsichten zurechtzufinden, b) Aufgaben mit Hilfe des Denkens zu lösen, ohne dass hiefür die Erfahrung, sondern vielmehr die Erfassung von Beziehungen das Wesentliche ist. INTELLIGENZ IST LERNFÄHIGKEIT. Intelligentere - lernen schneller, - können Wissen flexibler einsetzen - Können besser abstrakte Konzepte verstehen Was ist Intelligenz ? Aufgaben in IntelligenztestsAufgaben in Intelligenztests verbale Aufgaben, z.B. •• Wortschatz: Wortschatz: Was bedeutet anonym?Was bedeutet anonym? • Analogien:Analogien: Gramm : Gewicht = Stunde : ?Gramm : Gewicht = Stunde : ? numerische Aufgaben, z.B.. •• Zahlenreihen:Zahlenreihen: 57 60 30 34 17 22 11 ?57 60 30 34 17 22 11 ? FiguralFigural--rrääumliche Testsumliche Tests Beispiel: 2 Intelligenzquotient IQ = Intelligenzquotient IQ = GaussGauss‘‘schesche NormalverteilungNormalverteilung y x(zB IQ) 0.3 0.2 0.1 70 77,5 85 92,5 100 107,5 115 122,5 130 Mx-2sx Mx-1sx Mx Mx+1sx Mx+2sx Z = -2 Z = -1 Z = 0 Z = 1 Z = 2 2% 4% 14% 10% 15% 34% 19% 19% 15% 14% 2%4%10% 34% Was messen Intelligenztests? Was messen Intelligenztests? -- ValiditValiditäätt Intelligenz * Erfolg: � IQ * Schulerfolg - Grundschule: r = .50 � IQ * Schulerfolg – Höhere Schulen: r=.30 bis .40 � IQ * Schulabschluss: r=.70 � IQ * Ausbildungserfolg/ beruflicher Erfolg: r = .3 - .5 Er fo lg Intelligenz 0,51 0,54 0,41 0,31 0,37 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 Va lid itä t (S ch m id t & H u n te r, 19 98 ) Allg. kogn . Leis tung stes ts Arbe itspr oben Integ ritäts test s Test s zu r Ge wiss enh aftig keit Asse ssm ent Cen ter Allgemeiner Berufserfolg und Methoden der PersonalauswahlAllgemeiner Berufserfolg und Methoden der Personalauswahl Schmitt & Hunter (1998) ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Perspektive der Gehirnforschung: Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- und Lehr- Lernforschung Das menschliche Gehirn Gewicht: 1,400 Gramm Oberfläche: ca. 2000 cm² (ca. eine Doppelseite einer großformatigen Tageszeitung) Neuronen (Nervenzellen) im Cortex: - bis zu 100 Milliarden Neuronen mit - bis zu 100 Billionen (1014) Verbindungen Bildgebende Verfahren der GehirnforschungBildgebendeBildgebende VerfahrenVerfahren derder GehirnforschungGehirnforschung Positron Emission Tomography (PET)EEG = Electroencephalography MEG = Magneto- encephalography (functional) Magnetic Resonance Imaging – (f)MRI 3 Lokalisation psychischer FunktionenLokalisation psychischer Funktionen aus: Nichols & Newsome, 1999; Nature PET-Scans of low vs. high IQ person (Haier, 1988, 1993) PET-Scans of low vs. high IQ person (Haier, 1988, 1993) Neural EfficiencyNeuralNeural EfficiencyEfficiency “Intelligence is not a function of how hard the brain works but rather how efficiently it works. … This efficiency may derive from the disuse of many brain areas irrelevant for good task performance as well as the more focussed use of specific task-relevant areas.” (Haier et al., 1992, pp. 415-416). The hypothesis ElektroenzephalographieElektroenzephalographie (EEG)(EEG) Kortikale Aktivierung beim Satz-Verifikations-TestKortikale Aktivierung beim SatzKortikale Aktivierung beim Satz--VerifikationsVerifikations--TestTest Neubauer, Freudenthaler, Pfurtscheller, 1995, Intelligence (1) Anzahl Neuronen (2) Anzahl Synapsen (3) Dendritische Verzweigungen (1)+(2)+(3) = grey matter (4) Myelinisierung (white matter) (Miller, 1994) Neurobiologische Grundlagen der IntelligenzNeurobiologische Grundlagen der IntelligenzNeurobiologische Grundlagen der Intelligenz general ‚biological features' (1) Frontallappenhypothese (2) fronto-parietales Netzwerk single brain regionvs. 4 Die FrontallappenDie Frontallappen--Hypothese der IntelligenzHypothese der Intelligenz • Bei Intelligenztestaufgaben wird (im Vergleich zu anderen Aufgaben) vor allem der präfrontale Kortex verstärkt aktiviert (Prabhakaran et al., 1997; Duncan et al., 2000): • Funktionen des präfrontalen Kortex: • Handlungsplanung • Entscheidungsfindung • selektive Aufmerksamkeit • Arbeitsgedächtnis, zentrale Exekutive Graue (GM) und weiße Substanz (WM) korrelieren mit Intelligenz Graue (GM) und weiGraue (GM) und weißße Substanz (WM) e Substanz (WM) korrelieren mit Intelligenzkorrelieren mit Intelligenz • r GM x Intelligenz ≈ .30 Korrelationen (0 bis .50) • r WM x Intelligenz ≈ .30 Korrelationen (.20 bis .50) (Gignac et al., 2003); Gur et al., 1999; Haier et al., 2004; Posthuma et al., 2002; Thoma et al., 2005; Wilke et al., 2003; etc.; Metaanalyse: McDaniel, 2005) • Geschlechtsunterschiede: - Frauen: WM*IQ > GM*IQ - Männer: GM*IQ > WM*IQ (Haier et al., 2004; Neuroimage; Schmithorst & Holland, 2006, Neuroimage) Gehirnvolumen, Gene und IntelligenzGehirnvolumen, Gene und Intelligenz ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? – Die Perspektive der Gehirnforschung • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- und Lehr- Lernforschung Gehirnentwicklung – Der Mythos der ersten drei Lebensjahre Das Gehirn entwickelt sich nur in den ersten 3 Lebensjahren ?! Gehirnentwicklung ist lebenslang: � Neuronen bilden sich auch nach der Geburt (adulte Neurogenese) � Synapsenzahl nimmt zu, dann ‚Pruning‘ (Bereinigung) � Myelin ‚wächst‘ bis ins mittlere Alter dann ‚Bereinigung‘ Gehirnstruktur ist auch veränderbarGehirnstruktur ist auch verGehirnstruktur ist auch veräänderbarnderbar • GM-Veränderungen nach Jongliertraining (Draganski et al., 2004, Nature) • GM-Zunahmen in motorischen, auditorischen, visuell-räumlichen Arealen im vergleich Profi-Musiker vs Amateure vs. Nichtmusiker (Gaser & Schlaug, 2003; Ann. NY Acad.Sc.) • Beherrschung einer Zweitsprache und Alter des Erwerbs beeinflusst GM- Dichte (Mechelli et al., 2004, Nature) • Mehr hippocampales GM-Volumen in Taxifahrern mit mehr Berufs- bzw. Navigationserfahrung (Maguire et al., 2000, PNAS) -6 -4 -2 0 2 4 6 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Zeit als Taxifahrer (in Monaten) Po st e rio re r Hi pp o ca m pu s 5 Draganski et al. (2006)Draganski et al. (2006) • Medizinstud. 3-mal in 3 Monaten gescannt • vor, während, nach Lernen für Prüfung (Staatsexamen) • Posteriorer und lateraler posteriorer Cortex Zunahme GM t1 → t2 • Posteriorer Hippocampus: Zunahme GM t1 → t2 → t3 Die Bedeutung von Begabung und Wissen für das ‚Können‘ � Expertise = domänenspezifische Leistung � Experten-Novizen-Paradigma: Vergleich von Experten vs. Novizen (z.T. kombiniert mit IQ hoch vs. niedrig) � ein Experte bringt auf einem bestimmten Gebiet stabil herausragende Leistungen (z.B. Bundesligaschachspieler) � ein Novize ist (eher) neu innerhalb eines Gebiets (aber kein Laie, z.B. Anfänger oder Hobbyschachspieler) Wissenspsychologie und Expertiseforschung: � Wissen ist wichtiger als Intelligenz/Begabung (‚weiche‘ Expertise Hypothese) � wenn Wissen erworben wurde, ist Intelligenz/Begabung irrelevant (‚harte‘ Expertise Hypothese; umstritten! ) Begabung vs. Wissen 18 25 33 34 0 5 10 15 20 25 30 35 wenig intelligent intelligent wenig intelligent intelligent Novizen Experten 31 44 41 53 0 10 20 30 40 50 60 wenig intelligent intelligent wenig intelligent intelligent Novizen Experten Merkleistung fußballbezogen in % Kann neurale Effizienz ‚erworben‘ werden?Kann neurale Effizienz ‚erworben‘ werden? Vergleich von Experten (Taxifahrer) mit höherer vs. niedriger Intelligenz im Hinblick auf Gehirnaktivierung (neurale Effizienz) während der Bearbeitung einer a) einer vertrauten, expertise-bezogenen Aufgabe (räumliche Orientierung in Graz) b) einer neuartigen, intelligenztestartigen Aufgabe (räumliche Orientierung allgemein) Die ‚Grazer‘ Taxifahrer Studie (Grabner, Stern, Neubauer, 2003, Int.J.Psychophysiol.) Neubaugasse 6 Leonhardgürtel Gehirnaktivierung von Gehirnaktivierung von „„ExpertenExperten““ niedrigerer vs. hniedrigerer vs. hööherer Intelligenzherer Intelligenz IQ niedrig IQ hoch IQ niedrig IQ hoch %ERD 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Expertise-A. Intelligenz-A. % ER D Expertise-Aufgabe Intelligenz-Aufgabe Die Schach-Studie Grabner, Neubauer, Stern (Brain Research Bulletin, 2006) Die SchachDie Schach--StudieStudie Grabner, Neubauer, Stern (Brain Research Bulletin, 2006)Grabner, Neubauer, Stern (Brain Research Bulletin, 2006) • N = 47 Turnierschachspieler • Alter: 18-65 Jahre (M = 37.45, SD = 13.16) • Spielstärke (ELO): 1325 – 2338 (M = 1893, SD = 227) • Untersuchung von intelligenteren vs. weniger intelligenten Schachspielern mit • höherer vs. niedrigerer Expertise (ELO-Zahl) • im Hinblick auf Gehirnaktivierung während • schachspezifischer vs. • schachunspezifischer Aufgaben • (Speed, KZG, Reasoning) 7 Representative Demands -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 AF F FC TC CP PT PO Topographic Area % ER D IQf low er IQf higher Non-representative Demands -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 AF F FC TC CP PT PO Topographic Area % ER D IQf low er IQf higherIQf höherIQf niedriger Schachaufgabe Schachunspezifische Aufgabe Effekte der IntelligenzEffekte der IntelligenzEffekte der Intelligenz Effekte der ExpertiseEffekte der ExpertiseEffekte der Expertise -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 AF F FC TC CP PT PO Topographic Area % ER D Expertise low er Expertise higher Geschwindigkeitsaufgabe AUFGABE: Zählen Sie die Anzahl der Läufer und Pferde so schnell wie möglich erfolgreichere weniger erfolgreich %ERD • Gehirnaktivierung: • Unabhängige Effekte von Expertise und Intelligenz • Intelligenzeffekte sind eher global: höhere neurale Effizienz über dem gesamten Kortex bei Intelligenteren • Expertiseeffekte: Höhere Expertise → stärker posteriore, weniger frontale Aktivierung • Effiziente Gehirnaktivierung ist nicht nur eine Frage von Intelligenz, sondern auch von domänenspezifischer Kompetenz Grabner, Neubauer, Stern (Brain Research Bulletin, 2006) ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? – Die Perspektive der Gehirnforschung • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- und Lehr- Lernforschung Wie erwerben wir Wissen und Expertise ? – Achievement vs. underachievement Wie erwerben wir Wissen und Expertise ? Wie erwerben wir Wissen und Expertise ? –– Achievement vs. underachievementAchievement vs. underachievement Begabungsforschung: Underachievement: große Diskrepanz zwischen kognitivem Potential und tatsächlicher Leistung (z.B. in der Schule) Definition: z.B. obere 25 % in Intelligenztest aber unterdurchschnittlich in der Schule Underachievement � (Schul-)Leistung < IQ für > 1 oder 2 Jahre � Eher ein ‚männliches Problem‘: 2:1 to 3:1 � Inzidenz: 10 to 12 % der Begabten (50 % ?; definitionsabhängig) Lassen sich mehr oder weniger begabte Lassen sich mehr oder weniger begabte achieverachiever und und underachieverunderachiever neurophysiologisch unterscheidenneurophysiologisch unterscheiden?? (Staudt & Neubauer, 2006, High Ability (Staudt & Neubauer, 2006, High Ability StudiesStudies)) • 167 Schüler/innen aus 6. bis 8. Klassen (AHS) • 106 Mädchen & 61 Burschen • 15 bis 19 Jahre (M = 16.31, SD = 1.01) • Tests: • Intelligenz-Struktur-Test 2000 R • Verbale, numerische & figurale Intelligenz • Lern- und Arbeitsverhaltensinventar • Arbeitshaltung, Stressbewältigung & Lerntechnik 8 Lassen sich mehr oder weniger begabte achiever und underachiever neurophysiologisch unterscheiden? (Staudt & Neubauer, 2006, High Ability Studies) Lassen sich mehr oder weniger begabte Lassen sich mehr oder weniger begabte achieverachiever und und underachieverunderachiever neurophysiologisch unterscheidenneurophysiologisch unterscheiden?? (Staudt & Neubauer, 2006, High Ability (Staudt & Neubauer, 2006, High Ability StudiesStudies)) Hoher IQDurchschnittl. IQ 2.9 0.44 1.6 0.37 3.3 0.33 2.2 0.20 Noten M SD 120 6.31 130 13.14 106 6.75 106 8.72 IQ M SD Under-Ach n = 8 Ach n = 9 Under-Ach n = 7 Ach n = 7 Lower IQ underachievers: stärkste frontale Aktivierung aber niedrigste posteriore Aktivierung (niedrige frontale Effizienz) lower IQ achievers (‘overachievers’): ähnliche präfrontale Aktivierung wie high IQ Gruppen aber höchste posteriore Aktivation (cf. Expertise Effekt in Schachstudie: frontal→parietal Verlagerung) High IQ underachievers: niedrigste frontale Aktivation → Perspektive für eine neurophysiologisch basierte Identifikation begabter Underachiever (hohe neurale Effizienz)! -10 0 10 20 30 40 AF F FC CT CP PT PO Topograhic area % ER DD IQ↓ A IQ↓ Ua IQ↑ A IQ↑ Ua Achiever Underachiever IQ↓ IQ ↑ Gehirnaktivierung bei einfachen Gedächtnisaufgaben Von Begabung zur Expertise durch Motivation: Was ist die neurophysiologische Grundlage einer hohen Motivation? Von Begabung zur Expertise durch Von Begabung zur Expertise durch Motivation: Motivation: Was ist die nWas ist die neurophysiologische Grundlage europhysiologische Grundlage einer hohen Meiner hohen Motivationotivation?? ÜÜbersicht:bersicht: • Begabung: Was ist Intelligenz • Neurale Effizienz: Der Unterschied zwischen intelligenteren und weniger intelligenten Gehirnen • Intelligenz und Wissen: Kann man neurale Effizienz ‚trainieren‘? • Was unterscheidet Underachiever von Achievern (und von Overachievern)? – Die Perspektive der Gehirnforschung • Die Erweiterung des Begabungsbegriffs: Neurowissenschaftliche Aspekte des kreativen Denkens • Förderung von Kreativität: Was passiert im Gehirn? • Perspektiven einer neurowissenschaftlichen Begabungs- und Lehr- Lernforschung Definition von KreativitDefinition von Kreativitäätt „Kreativität ist die Fähigkeit etwas Neues zu schaffen“ (Barron, 1965) „Ein kreatives Produkt ist ein neues Produkt, das von einer Gruppe zu irgendeinem Zeitpunkt als brauchbar oder befriedigend angesehen werden kann“ (Stein, 1953; deutsch 1973) “Creativity can be defined as an idea or product that is original, valued, and implemented” (Csikszentmihalyi & Wolfe, 2000) Messung von KreativitMessung von Kreativitäätt Bsp.: Ziegelsteine verwendet man üblicherweise um Häuser und Mauern zu bauen. Wozu könnte man sie noch verwenden? Etwas anderes bauen (z.B. Regal oder Treppe) (50) Als Unterlage (17) Wurfgeschoss (16) … Karateübungen (5) Buchstütze (1) Originelle Visitenkarte (1) • Ideenflüssigkeit, -flexibilität, -originalität, Elaboration 9 TraktorChristbaumkugel Spiegelei Mein Morgenkaffee von oben Steckdose Vervollständigung von Figuren: Neurophysiologische Interaktionen zwischen Kreativität und Intelligenz (Fink & Neubauer, 2006, Int.J.Psychophysiol.) NeurophysiologischeNeurophysiologische InteraktionenInteraktionen zwischenzwischen KreativitKreativitäätt und und IntelligenzIntelligenz (Fink & Neubauer, 2006, (Fink & Neubauer, 2006, Int.J.PsychophysiolInt.J.Psychophysiol.).) � Identifikation von Gehirnzuständen, die mit der Produktion von originelleren vs. eher gewöhnlichen Einfällen einhergehen, sowie �Wechselwirkung mit (verbaler) Intelligenz Nächste Aufgabe GehirnzustGehirnzustäände beim kreativen Denkennde beim kreativen Denken (Fink & Neubauer, International Journal of (Fink & Neubauer, International Journal of PsychophysiologyPsychophysiology, 2006), 2006) Aktivierungsmaß: Aufgabenbezogene Veränderung der EEG-Alpha- Aktivität Task-related Power TRP = Pow activation – Pow reference (Pfurtscheller, 1999) Ruhephase 15s Stimulus onset Antwortintervall 3min A A AR IDEE IDEE IDEE + 1250 – 250 ms pre IDEA 1250 – 250 ms pre IDEA 1250 – 250 ms pre IDEA 2500 – 12500 ms z.B.: Angenommen, es würde eine Kletterpflanze geben, die bis in den Himmel reicht. Was würde Sie am Ende der Pflanze erwarten? Aufgabe: � Kreatives Denken: Stärkere Zunahme der Alpha-Aktivität in anterioren (frontalen) im Vergleich zu posterioren Kortexarealen � Originellere Antworten sind (posterior parietal) mit geringfügig stärkeren Alpha Power Zunahmen assoziiert 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Ergebnisse Ergebnisse Fazit � Die Ergebnisse weisen auf eine spezielle Rolle der frontalen und posterioren Gehirnregionen für kreatives Denken hin � Diffuse Zunahme der Alphaaktivität (Alphasynchronisation) in posterioren, parietalen Gehirnregionen erlaubt (Neu-) Kombination semantischer, bislang unverbundener Informationen � Frontale Alpha-Synchronisierung als inhibitorische (hemmende) top- down Kontrolle: frontale Gehirnregionen sollen während Produktion origineller Ideen nicht von ablenkenden, aufgabenirrelevanten Prozessen gestört werden (während Ideenproduktion) InteraktionInteraktion von von IntelligenzIntelligenz mitmit OriginalitOriginalitäätt derder AntwortenAntworten �������� kortikalekortikale AktivierungAktivierung 0.20 0.15 0.00 -0.10 -0.20 0.20 0.15 0.00 -0.10 -0.20 WENIGER ORIGINELLE IDEEN SEHR ORIGINELLE IDEEN Hoher verbaler IQ Durchschn. verbaler IQ Frauen: - Höchste frontale Hemmung bei verbal hoch Intelligenten für originelle Einfälle - Höchste frontale Aktivierung bei verbal du