ETH: Bestätigung für neurale Effizienz

ETH

Ein Proband löst eine Gesichtserkennungsaufgabe während die elektrische Aktivität seines Gehirns mittels EEG gemessen wird. (Foto: Fabio Bergamin / ETH Zürich)

Zürich – Wie genau sich Intelligenzunterschiede im menschlichen Gehirn zeigen, ist eine der grossen Fragen der Intelligenzforschung. Forschenden der ETH Zürich gelang es, weitere Details zu vermuteten Funktionsunterschieden im Gehirn intelligenter Personen zu untersuchen. 

Das Gehirn intelligenterer Menschen ist in der Lage, Aufgaben effizienter zu lösen. Darum sind diese Personen kognitiv leistungsfähiger als andere. Oder mit den Worten von Elsbeth Stern, Professorin für empirische Lehr- und Lernforschung an der ETH Zürich, ausgedrückt: «Sind eine intelligentere und eine weniger intelligente Person gleichermassen mit einer Aufgabe vertraut, muss die intelligentere Person ihr Gehirn weniger stark aktivieren, um die Aufgabe zu lösen.» In der Wissenschaft wird dies als Hypothese der neuralen Effizienz bezeichnet, wobei es längst keine Hypothese mehr ist, sondern eine unter Experten unbestrittene Tatsache, die mit ausreichend Daten unterlegt ist.

Daniela Nussbaumer konnte im Rahmen ihrer Doktorarbeit in der Arbeitsgruppe von Stern diesen Effekt nun auch bei Aufgaben nachweisen, welche das sogenannte Arbeitsgedächtnis betreffen, sowie erstmals innerhalb einer überdurchschnittlich intelligenten Personengruppe. «Wir massen die elektrische Aktivität des Gehirns von Hochschulstudierenden und konnten dabei Hirnaktivitätsunterschiede feststellen zwischen leicht überdurchschnittlich und stark überdurchschnittlich intelligenten Personen», so Nussbaumer. Bisherige Studien nutzten in der Regel Personengruppen mit sehr viel grösseren Intelligenzunterschieden, um den Effekt der neuralen Effizienz aufzuzeigen.

Erinnerung an Gesichter getestet
Als Arbeitsgedächtnis bezeichnen Psychologen die Fähigkeit eines Menschen, Erinnerungen mit neuen Informationen zu verknüpfen sowie sich an wechselnde Ziele anzupassen und unwichtig gewordene Informationen auszublenden. An den entsprechenden Prozessen ist das Frontalhirn in hohem Masse beteiligt. Die ETH-Forschenden liessen über 80 freiwillige Studierende vor dem Bildschirm unterschiedlich komplexe Aufgaben lösen, in welchen diese Fähigkeiten gefordert sind.

Es ging dabei beispielsweise darum, für einzelne Buchstaben oder Gesichter zu entscheiden, ob sie Teil einer unmittelbar vorher präsentierten Auswahl von Buchstaben oder Gesichtern waren oder nicht. Als besondere Schwierigkeit waren die Buchstaben und Gesichter den Probanden bereits aus früheren Durchgängen bekannt und mussten die Aufgaben unter Zeitdruck bearbeitet werden. Während die Studierenden die Tests absolvierten, massen die Wissenschaftler ihre Hirnaktivität mittels Elektroenzephalografie (EEG). Für die Auswertung der Ergebnisse teilten die Forschenden die Probanden in zwei Gruppen ein: in eine mit leicht überdurchschnittlicher und eine mit stark überdurchschnittlicher Intelligenz. Dazu wurden alle Probanden einem klassischen IQ-Test unterzogen.

Neurale Effizienz bei mittelschweren Aufgaben
Die Ergebnisse: Während sich bei sehr leichten und sehr schwierigen Aufgaben keine Hirnaktivitätsunterschiede zwischen den beiden Probandengruppen zeigten, konnten die Forschenden bei mittelschweren Aufgaben deutliche Unterschiede messen. Stern erklärt sich das so: Die leichten Aufgaben waren für alle Teilnehmenden ein Kinderspiel, und bei den sehr schwierigen Aufgaben, waren auch die sehr intelligenten Teilnehmenden kognitiv gefordert. Die mittelschweren Aufgaben hingegen wurden zwar von allen Probanden gleich gut gelöst, die sehr intelligenten Teilnehmenden mussten dafür aber weniger Ressourcen einsetzen.

Zur Veranschaulichung benutzt Stern das Bild eines effizienteren und eines weniger effizienten Autos: «Fahren beide Autos langsam, ist auch bei dem wenig effizienten der Benzinverbrauch gering. Fährt das effiziente Auto mit Maximalgeschwindigkeit, hat auch dieses einen hohen Verbrauch. Bei einer mittleren Geschwindigkeit hingegen kommen die Unterschiede im Verbrauch deutlich zum Tragen.»

Intelligenz lässt sich nicht trainieren
Wäre es denn möglich, mit EEG-Messungen direkte Rückschlüsse auf die Intelligenz zu ziehen? Stern relativiert: «Wenn ich etwas über die Intelligenz herausfinden möchte, muss ich einen klassischen Intelligenztest machen, ein solcher liefert immer noch die zuverlässigsten Ergebnisse», sagt sie. EEG und andere Hirnmessungen seien nicht ausreichend präzis, um damit bei einzelnen Personen Diagnosen bezüglich der Intelligenz zu stellen. Nichtsdestotrotz sei es interessant, diese Methoden in der Grundlagenforschung zu verwenden, um zu untersuchen, auf welche Weise sich Intelligenzunterschiede im Gehirn abbildeten.

Die Untersuchung der ETH-Intelligenzforschenden gibt ausserdem Hinweise darauf, dass sich das Arbeitsgedächtnis nicht trainieren lässt. Wegen widersprüchlichen Studienergebnissen war diese Frage unter Wissenschaftlern in den vergangenen Jahren umstritten. Trainieren Probanden über längere Zeit eine Testaufgabe, werden sie mit der Zeit geschickter. Wie Stern und ihre Kollegen nun in ihrer Studie zeigten, haben trainierte Personen gegenüber untrainierten jedoch keine Vorteile, wenn man ihnen eine andere, unbekannte, aber ähnliche Aufgabe präsentiert. (ETH/mc/pg)

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