Spezifische kognitive Fähigkeiten Katrin Hegewald & Anna Schmitt

Gliederung 1. Forschergruppe 2. Netherlands Twin Register (NTR) → Stichprobe 3. Intelligenztest - RAKIT 4. Studien: 4.1 Die Einflüsse von Anlage und Umwelt auf die Intelligenzentwicklung → Fazit 4.2 Eine Zwillingsstudie zur Differenzierung kognitiver Fähigkeiten in der Kindheit 5. Literaturangabe

1. Forschergruppe M. Bartels; G. C. M. Van Baal; D. I. Boomsma; M. J. H. Rietveld; C. V. Dolan Arbeitsbereiche: Verhaltensgenetik Quantitative Genetik Physiologische Psychologie Zwillingsforschung

2. Niederländisches Zwillingsregister

→ Stichprobe 47 MZ ♀ und 37 DZ ♀ 42 MZ ♂ und 44 DZ ♂ 209 Zwillingspaare des Niederländischen Zwillingsregisters, davon: 47 MZ ♀ und 37 DZ ♀ 42 MZ ♂ und 44 DZ ♂ sowie 39 DZ ♀+♂ (= verschiedenen Geschlechts) durchschnittliches Alter: 1. Messung: 5,3 Jahre, 2. Messung: 6,8 Jahre, 3. Messung: 10 Jahre, (4. Messung: 12 Jahre) Intelligenztest mit allen 209 Zwillingspaaren im Alter von 5 Jahren im Laufe der Zeit "dropout“ → hinterbliebene Stichprobe von 176 Zwillingspaaren mit einem kompletten Datensatz zu allen 4 Messzeitpunkten (über 90%)

Intelligenztest Gekürzte Version des Revised Amsterdam Children Intelligence Test Exclusion Gemessen wird das Verständnis von Figurenkategorien Discs Ein Maß zum räumlichen Vorstellungsvermögen Hidden Figures Dieser Test erfordert visuelle Analyse, Bildgedächtnis und die Fähigkeit, irrelevante Stimuli zu ignorieren. Dem Kind werden vier Figuren präsentiert. Drei davon haben gleiche Charakteristika. Das Kind muss das Unpassende heraussuchen. Dieser Test besteht aus einem Holzbrett mit Holzstiften darin. Das Kind soll so schnell wie möglich aus verschiedenen Scheiben diejenigen auswählen, die auf die verschiedenen Holzstifte passen. Dem Kind wird eine große Zeichnung gezeigt, die aus vielen Linien und sechs kleineren Bildern besteht. Es soll dann herausfinden, welche der kleinen Zeichnungen

Dieser Test erfordert visuelle Analyse, Bildgedächtnis und die Hidden Figures Dieser Test erfordert visuelle Analyse, Bildgedächtnis und die Fähigkeit, irrelevante Stimuli zu ignorieren. Verbal Meaning Dieser Test erfasst das Wissen über Begriffe (Begriffsvorstellung und Begriffsbildung) und das Strukturieren nach übergeordneten Begriffen. Learning Names Dieser Test ist ein verbaler Gedächtnistest. Er wird benutzt, die Fähigkeit Namen und Bilder zu lernen, zu testen. Idea Produktion Ein Maß zur Wortflüssigkeit. Dem Kind wird eine große Zeichnung gezeigt, die aus vielen Linien und sechs kleineren Bildern besteht. Es soll dann herausfinden, welche der kleinen Zeichnungen in einer größeren dargestellt ist. Dem Kind werden vier Zeichnungen mit vertrauten Objekten gezeigt. Der Versuchsleiter sagt laut einen Namen und das Kind muss sagen, zu welcher Zeichnungen der Name am besten passt. Der Versuchsleiter zeigt dem Kind Bilder von Tieren, denen er imaginäre Namen gibt. Er erklärt auch ,wieso diese Tiere so heißen. Dann wird das Kind aufgefordert, die Namen der Tiere in einer bestimmten Zeit wiederzugeben. Das Kind wird zB. gefragt, welche Dinge es in seine Tasche stecken kann. Es soll dann so viele Dinge wie möglich nennen innerhalb einer bestimmten Zeit.

4.1. Die Einflüsse von Anlage und Umwelt auf die Intelligenzentwicklung Ergebnisse zahlreicher früherer Studien: 50% der beobachteten Variabilität kognitiver Fähigkeiten sind durch genetische Unterschiede bestimmt Genetische Einflüsse auf kognitive Prozesse nehmen im Laufe der Entwicklung zu und geteilte Umwelteinflüsse nehmen ab Längsschnittstudien mit Zwillingen: ermöglichen die Untersuchung von Kontinuität und Veränderung bezüglich genetischer, geteilter und nichtgeteilter Umwelteinflüsse ↓ dabei gibt es folgende mögliche Mechanismen

Generell mögliche Mechanismen (1) Gemeinsamer Faktor (common factor) für Anlage- und Umwelteinflüsse Anlage IQ 5 IQ 7 IQ 10 IQ 12 beobachtete Variable = IQ latente Variable = Anlage und Umwelt common factor = gemeinsamer Faktor => ein übergeordneter Faktor, der Varianz in allen Altersstufen/ zu jedem Messzeitpunkt aufklärt sind also kontinuierliche Einflüsse vom Zeitpunkt des Beginns aus Umwelt

Generell mögliche Mechanismen (2) Simplex Modell und zeitspezifische Einflüsse durch E U = altersspezifische Einflüsse; üben nur einen Effekt auf kognitive Leistungen zu je diesem speziellen Alterszeitpunkt aus Simplex-Modell für Anlage- und/ oder Umwelteinflüsse: 1) Innovationseffekte (Neuheitseffekte), sind altersspezifisch => neue genetische/ Umwelteinflüsse 2) Übertragungseffekte (transmission effects oder carry-over effects) => frühere Einflüsse werden von einem Alter zum nächsten übertragen

Gefundene Effekte früherer Studien Innovation ξ Innovation ξ Innovation ξ Innovation ξ β β β A 5 A 7 A 10 A 12 FS-IQ 5 FS-IQ 7 FS-IQ 10 FS-IQ 12 U U U U Ergebnisse früherer Studien 1) ein Großteil des genetischen Einflusses auf kognitive Fähigkeiten über die Zeit hinweg trägt zur Stabilität bei + einige genetische Einflüsse bewirken jedoch auch Veränderungen von Altersstufe zu Altersstufe → repräsentiert durch ein "Simplex-Modell“ mit Übertragungseffekten (transmission effects) und zeitspezifischen Innovationseffekten 2) Geteilte Umwelteinflüsse tragen zu Stabilität kognitiver Leistungen bei → repräsentiert durch eine “common factor” -Struktur ohne altersspezifische Effekte 3) nicht-geteilte Umwelteinflüsse führen zu Veränderung; tragen nicht zu Stabilität bei → repräsentiert durch altersspezifische Einflüsse C ξ = Neuheitseffekte (Innovation); β = Übertragungseffekte; U = zeitspezifische Einflüsse (E)

Aktuelle Studie Team: M. Bartels, M. J. H. Rietveld, G. C. M. Van Baal, D. I. Boomsma Ziel: Replikationsstudie entsprechend der oben genannten Ergebnisse Methoden: Univariate Modellanpassung zur Schätzung der genetischen und Umwelteinflüsse zu jedem Alterszeitpunkt → Zerlegung in A, C, E Multivariate Modellanpassung zur Untersuchung des Entwicklungsmusters von A, C und E über die Zeit hinweg → Gesamtvarianz-/ Kovarianz-Strukturen werden betrachtet → Parameterschätzung durch die Maximum-likelihood-Methode unter Verwendung des Programmes Mx

Ergebnisse: Zwillingskorrelationen MZ-Korrelationen sind höher als DZ-Korrelationen → genetische Einflüsse!

Ergebnisse: univariate Modellanpassung Alter Modell A C E 5 ACE .26 .50 .24 7 AE .39 .70 .30 .31 10 .54 .80 .25 .21 .20 12 .64 .85 + - .15 → Zunahme genetischer Einflüsse auf kognitive Leistungen über die Lebensspanne und Abnahme geteilter Umwelteinflüsse im Laufe der Kindheit (werden nach Adoleszens unbedeutend!)

Ergebnisse: phänotypische Kreuzkorrelationen Gesamte Stichprobe: alle Kreuzkorrelationen über die Zeit hinweg sind groß → Hinweis auf ein hohes Maß an Stabilität kognitiver Leistungen MZ/ DZ getrennt betrachten: MZ-Kreuzkorrelationen über die Zeit sind höher, als die der DZ → Stabilität kognitiver Leistungen auf genetische Effekte zurückzuführen

Modellanpassung Simplex-Modell ohne Einschränkungen als Referenzmodell Reduktion des Modells entsprechend dem Parsimonitätsprinzip (sparsamstes Modell = bestes Modell) nach Herausnehmen der altersspezifischen Faktoren für A ergab sich das folgende, am besten passendste Modell Fragestellung: Mit welchem Modell sind die Daten am besten beschreibbar? => folgende statistische Analysen

Bestpassendes Modell Erklärung siehe nächste Folie .26 .47 .69 .64 .23 .19 .15 .27 .09 .02 .10 .04 Erklärung siehe nächste Folie .47 .17 .10 .11

zusammenfassend: Ergebnisse dieser Studie A: zunehmender genetischer Einfluss über die Lebensspanne repräsentiert durch einen gemeinsamen Faktor, der den IQ aller Altersstufen beeinflusst (common factor) → erklärt Stabilität kognitiver Leistungen C: abnehmende geteilte Umwelteinflüsse über die Zeit ebenfalls repräsentiert durch einen gemeinsamen Faktor, der den IQ aller Altersstufen beeinflusst (common factor) UND durch altersspezifische Einflüsse → erklärt Stabilität und Veränderung gleichermaßen E: nichtgeteilte Umwelteinflüsse - erklären ≈ ¼ der Gesamtvarianz zu jeder Altersstufe aber sie tragen nur minimal zur Aufklärung der Varianz über die Altersstufen hinweg bei repräsentiert durch zeit- (alters-) spezifische Einflüsse → erklärt Veränderung

Vermutungen/ Erklärungen/ Hintergründe A: das Auffinden von genetischen Innovationseffekten in früheren Studien mag auf Messungsprobleme zurückzuführen sein (wahre Veränderung oder Veränderung aufgrund verschiedener Messinstrumente?) in dieser Langzeitstudie: Verwendung des RAKIT bei allen 3 Messungen und vierte Messung mit zu RAKIT hochvalidem IQ-Test → obige Probleme entfallen C: der gemeinsame Faktor geteilter Umwelteinflüsse könnte durch den Sozioökonomischen Status und die Erziehung der Eltern erklärt werden, darüber hinaus könnten gemeinsame Freunde und z. Bsp. die Mitgliedschaft in einem Sportverein zu Ähnlichkeiten innerhalb eines Zwillingspaares beitragen altersspezifische Einflüsse auf C könnten durch den Wechsel des Lehrers mit jedem neuen Schuljahr (üblich für das niederländische Schulsystem!) zustandekommen, wobei die Zwillinge dennoch dieselbe Klasse besuchen E: alle denkbaren Faktoren, die Zwillingspaare nicht teilen, scheinen zu Veränderungen untereinander zu führen A: in aktueller Studie keine genetischen Innovationseffekte gefunden in den früheren Studien aber schon => Messungsprobleme??? C: gemeinsamen Faktor gefunden – SES + Erziehungsstil der Eltern => bleibt weitestgehend stabil => damit könnte common factor erklärt werden +Freunde etc. altersspezifische Einflüsse: Hintergrund Niederländisches Schulsystem: oftmals Zwillinge in derselben Klasse (aufgrund des gleichen Alters!), aber: Lehrer wechselt mit jedem neuen Schuljahr im Niederländischen Schulsystem => Mangel/ Erniedrigung der Stabilität innerhalb dieses besonderen Teilgebietes der geteilten Umwelt

Fazit Forschung bisher stark auf genetische Aspekte fokussiert → weitere Informationen über geteilte und nichtgeteilte Umwelteinflüsse nötig um wirklich konkrete Aussagen treffen zu können Fortsetzung der Studie im Gange → u. a. Untersuchung der Auswirkungen hormoneller Aspekte während der Pubertät auf die Veränderung kognitiver Fähigkeiten

4.2. Eine Zwillingsstudie zur Differenzierung kognitiver Fähigkeiten in der Kindheit Team: M.J.H.Rietveld, C.V.Dolan, G.C.M. van Baal, D.I.Boomsma Die Differenzierungshypothese: Die Differenzierungshypothese in der kognitiven Entwicklung behauptet, dass kognitive Fähigkeiten über das Alter hinweg mehr und mehr unabhängig werden. Statistische Bedeutung: die Korrelationen zwischen den spezifischen kognitiven Fähigkeiten würden immer geringer, je älter man wird. Phänotypische Studien konnten bisher kaum Unterstützung für diese Hypothese finden. Das Anliegen der hier vorliegenden Studie ist es nun, die Differenzierungshypothese auf der genetischen- und Umweltebene zu untersuchen.

Modellbildung Ein übliches Genetisches -Varianzmodell für Zwillingsdaten wurde gebildet und damit die Struktur der Genetischen- und Umwelteinflüsse geschätzt: Pij = aAij + cCij + eEij A = additive genetische Effekte C = geteilte Umwelt E = nichtgeteilte Umwelt P = Phänotyp ij = die einzelnen Vpnen a, c, e = Faktorenladungen Die unterschiedliche genetische Ähnlichkeit zwischen den monozygoten (MZ) und dizygoten (DZ) Zwillingspaaren erlaubt eine Schätzung des Beitrags der latenten Faktoren zur phänotypischen Varianz der kognitiven Fähigkeiten. Normalerweise sind Korrelationen nur Zusammenhangsmaße. Hier können sie aber wegen MZ und DZ ursächlich interpretiert werden.

Modellanpassung Die Modellanpassung wurde vorgenommen mit Hilfe des Programms MX Die genetische Kovarianzstruktur wurde als eine korrelierte 2- Faktoren- Struktur mit untertestspezifischen Faktoren identifiziert. Die nichtgeteilte Umwelt - Kovarianzstruktur wurde als untertestspezifischer Faktor entwickelt. Die geteilte Umwelt - Kovarianzstruktur wurde als ein genereller Faktor mit untertestspezifischen Faktoren entwickelt.

Diese Faktoren repräsentieren nonverbale und verbale Fähigkeiten .25 .28 .30 .24 .08 .37 .29 .11 .49 .09 .23 .02 .58 .10 .04 .50 .16 .56 .17 .18 .55 .39 .22 .40 .03 .15 .12 .99 .94 Die genetische Faktorstruktur zeigt 2 korrellierte commen Faktors und 6 subtestspezifische Faktoren Die Subtests verbal meaning,learning names und idea produktion laden auf einem gemeinsamen Faktor, die anderen 3 auf einem weiteren Faktor Diese Faktoren repräsentieren nonverbale und verbale Fähigkeiten Asp= untertestspezifische Faktoren Anv und AV= die korrelierten Faktoren für verbale und nonverbale Fähigkeiten Inv und Iv= Innovationsfaktoren Nv1= exclusion Nv2= discs Nv3= hidden Figures v1= verbal meaning v2= learning names v3= idea Production

ESP: der untertestspezifische Faktor der nichtgeteilten Umwelt Der Umweltteil des Simplexmodells .43 .51 .41 .55 .37 .49 .35 .52 .44 .19 .03 .11 .05 .05 .14 .07 .04 .08 .82 .97 ESP: der untertestspezifische Faktor der nichtgeteilten Umwelt C= Der generelle Faktor für geteilte Umwelt Nv1= exclusion Nv2= discs Nv3= hidden Figures v1= verbal meaning v2= learning names v3= idea Production Die nichtgeteilte Umwelt trägt nicht zur Covarianz der Subtests bei ( und fehlt deshalb in diesem Modell) Nur 1 commen Faktor für geteilte Umwelteffekte .39 .17 .05 .17 .32 .04 .32 .04 .04 .40 .30 .37 .64 .29 .38 .26 .22 .36

Korrelationen zwischen MZ und DZ R(MZ) immer größer als r(DZ) = Hinweis auf Erblichkeit dieser Fähigkeiten R(MZ) steigt über die Zeit an, r(DZ) sinkt = genetische Effekte gewinnen an Einfluss bei der Erklärung phänotypischer individueller Unterschiede Nonnaditive genetische Effekte scheinen nicht vorhanden zu sein, denn r(MZ) ist nicht größer als 2* r(DZ) - +

Zusammenfassend: In Übereinstimmung mit vielen anderen Studien zeigt die hier vorliegende Studie , dass zwischen 2 und 5 Jahren Gene immer mehr Einfluss gewinnen bei der Erklärung der Varianz verbaler und nonverbaler Fähigkeiten Gene erklären nicht nur mehr und mehr die Differenzen zwischen Menschen, sie erklären auch die Stabilität über die Zeit (Commen Faktors und Übertragungseffekte) Geteilte Umwelteffekte bleiben recht stabil über die Zeit, verlieren aber an Wichtigkeit – mit 10 Jahren ist der relative Einfluss der Familienumwelt nur noch 10%

Differenzierungshypothese ? Das Wesentliche der Differenzierungshypothese betrifft die Korrelationen zwischen den Untertests. Hinsichtlich der Korrelationen kann auf der Genomebene wenig Unterstützung für diese Hypothese gefunden werden Auf der Umweltebene kann auch keine Unterstützung für diese Hypothese gefunden werden → Umwelteffekte verlieren über die Zeit an Einfluss und können so kaum zur Ausdifferenzierung der spezifischen kognitiven Fähigkeiten beitragen Die gemeinsamen Faktoren korrelieren sehr hoch miteinander über die Zeit →bewirken Stabilität, keine Differenzierung

Fazit Das Fazit ist noch in Arbeit!

5. Literaturangabe - R. Plomin; J. C. DeFries et al. (1999). Gene, Umwelt und Verhalten. Bern: Huber - H. O. Häcker & Kurt-H Stapf; (Hrsg.), 14. Auflage (2004). Dorsch. Psychologisches Wörterbuch. Bern: Huber M. Bartels; M. J. H. Rietveld; G. C. M. Van Baal; D. I. Boomsma (2002). Genetic and Environmental Influences on the Development of Intelligence. Behavior Genetics, Vol. 32, No. 4, July 2002 (237-249) M. J. H. Rietveld; C. V. Dolan; G. C. M. Van Baal; D. I. Boomsma (2003). A Twin Study of Differentiation of Cognitive Abilities in Childhood. Behavior Genetics, Vol. 33, No. 4, July 2003 (367-381)