Kaikki kirjoittajan JK artikkelit

Älykkäät aivot toimivat tehokkaammin

Aivojen rakenteen ja älykkyyden yhteyttä on tutkittu paljon. On esimerkiksi osoitettu, että aivojen suurempi koko korreloi älykkyyden kanssa. Luonnollisena selityksenä tälle on tarjottu sitä, että suuremmissa aivoissa on enemmän hermosoluja ja niiden tarjoamaa laskentatehoa. Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että älykkyystestiä tehdessä korkeamman tuloksen saaneiden koehenkilöiden aivot kuluttivat vähemmän energiaa kuin heikomman tuloksen saaneet. Tästä ja jatkotutkimuksista onkin arveltu, että älykkyyteen liittyy myös aivojen tehokkaampi toiminta. Aivojen mikrorakenteiden yhteyttä älykkyyteen ei kuitenkaan ole toistaiseksi tutkittu.

Nature Communications -lehdessä julkaistussa artikkelissa älykkyyden ja aivojen mikrorakenteen välistä yhteyttä tutkittiin MRI-kuvaukseen perustuvan NODDI-tekniikan (Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging) avulla. Tekniikalla pystytään kuvantamaan hermosolujen haarakkeiden määrää ja kolmiulotteista suuntautumista. Tutkimuksessa käytettiin kahta erillistä kohorttia, jotka koostuivat 259 ja 498 koehenkilöstä. Koehenkilöt tekivät älykkyystestin ja heidän aivonsa kuvannettiin NODDI-tekniikalla. Aivokuoren eli korteksin muodostaa harmaa aine, jossa sijaitsevat hermosolujen solukeskukset ja viejähaarakkeet eli dendriitit. Valkeassa aineessa sijaitsevat puolestaan hermosolujen tuojahaarakkeet eli aksonit. Tutkimuksessa aivojen koko määritettiin mittaamalla aivokuoren ja valkean aineen tilavuudet. Aivojen mikrorakenteita tutkittiin mittaamalla hermosolujen haarakkeiden tiheyttä ja suuntautumista aivokuoressa ja valkeassa aineessa.

Tulokset vahvistivat aiemman käsityksen ja osoittivat, että suuremmat aivot ja siitä johtuva hermosolujen korkeampi lukumäärä korreloivat korkean älykkyyden kanssa. Aivojen mikrorakenteet paljastivat kuitenkin vielä lisää eroja. Sekä hermosolujen haarakkeiden määrä että niiden suuntautumisen hajanaisuus aivokuorella korreloivat käänteisesti älykkyyden kanssa. Valkeassa aineessa vastaavaa korrelaatiota ei löydetty. Käytännössä älykkäämmissä aivoissa hermosoluilla oli vähemmän viejähaarakkeita ja ne olivat keskenään samansuuntaisia. Se voi kuulostaa ristiriitaiselta, mutta selitys löytyy aivojen tehokkaammasta toiminnasta. Koska ainoastaan oleellisimmat yhteydet ovat jäljellä, signaali liikkuu nopeammin juuri oikeaan paikkaan, eikä sekoitu taustakohinaan.

Aivot kehittyvät lapsuuden jälkeenkin noin kahteenkymmeneen ikävuoteen asti. Käytännössä hermosolujen välille syntyy lisää haarakkeita ja aktiivisesti käytettävät haarakkeet vahvistuvat. Oleellista on myös se, että vähemmän käytettävät haarakkeet hermosolujen välillä kuihtuvat pikkuhiljaa pois. Tämä optimoi aivojen rakennetta ja on uusien asioiden oppimisen perusta. Aiemmissa tutkimuksissa onkin havaittu, että joissakin alhaiseen älykkyyteen liittyvissä patologioissa, kuten Downin syndroomassa, hermosoluissa on synapseja eli kahden hermosolun liitoskohtia keskimääräistä suurempi määrä. On arveltu, että tuolloin vähän käytettyjen haarakkeiden kuihtuminen on häiriintynyt ja se hidastaa aivojen prosessointikykyä. Myös aiemmat tietokonesimulaatiot ovat osoittaneet, että vähemmän käytettyjen haarakkeiden poistuminen tehostaa oppimista ja prosessointinopeutta. Lisäksi se vähentää energiankulutusta.

Tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että erityisesti tarpeettomien hermosolujen haarakkeiden karsiutuminen liittyy aivojen prosessointikykyyn ja älykkyyteen. Aiemmin on jo osoitettu, että kognitiivisia tehtäviä tehdessä korkeamman älykkyyden koehenkilöillä aktivoituu pelkästään tehtävässä tarvittava alue aivoista. Alhaisemman älykkyysosamäärän koehenkilöillä aktivointia tapahtui myös käytettävän aivoalueen viereisillä alueilla. Tämä voi liittyä huonommin optimoituihin yhteyksiin hermosolujen välillä.

Tutkimuksen tuloksia vahvistaa se, että pääosa tuloksista havaittiin kahdella toisistaan riippumattomalla kohortilla. Kohortit erosivat toisistaan usealla tavalla. Niissä oli esimerkiksi käytetty eri älykkyystestiä (BOMAT ja PMAT24) ja sekä MRI-kuvantaminen että sen alkuanalysointi erosivat toisistaan.

Tutkimus osoitti ensimmäistä kertaa, että älykkyys korreloi aivojen mikrorakenteiden kanssa. Erityisesti hermosolujen väliset kytkökset ovat tehokkaita ja hyvin rakentuneita, joiden vuoksi älykkäämmät aivot kykenevät toimimaan nopeammin ja tehokkaammin. Tulokset vahvistavat myös käsitystä siitä, että älykkyys on havaittavissa aivojen rakenteessa.

Diffusion markers of dendritic density and arborization in gray matter predict differences in intelligence. E. Genç, C. Fraenz, C. Schlüter, P. Friedrich, R. Hossiep, M.C. Voelkle, J.M. Ling, O. Güntürkün & R.E. Jung. Nature Communications, 2018, doi:10.1038/s41467-018-04268-8

Miten oppimismotivaatio voisi säilyä läpi elämän?

Vieralijakirjoitus: Kirsi Tirri

Ekaluokkalainen aloittaa yleensä koulun innokkaana oppimaan uusia asioita. Hän myös uskoo omaan oppimiskykyynsä. Muutaman vuoden kuluttua oppimisinto voi vähentyä ja pieni koululainen on muodostanut käsityksiä siitä missä asioissa hän on hyvä tai huono. Nämä uskomukset saattavat vaikuttaa siihen etteivät tytöt valitse pitkää matikkaa jatkossa tai pojat jättävät ranskan pois kieliopinnoistaan. Oppilaille on kehittynyt käsityksiä omista kyvyistään, lahjakkuudestaan tai sen puuttumisesta. Stanfordin yliopiston professorin Carol Dweckin mukaan tällaiset stereotyyppiset käsitykset edustavat muuttumatonta ajattelutapaa, joka estää oppilaita kehittymästä täyteen potentiaaliinsa. Dweck peräänkuuluttaa kasvun ajattelutapaa oppimisen motivointiin. Kasvun ajattelutavalla tarkoitetaan ajattelua, jossa uskotaan ihmisen kykyyn oppia uutta ja kehittää älykkyyttään ja lahjakkuuttaan (Dweck, 2000). Tämän ajattelutavan mukaan ihminen voi myös kehittää ominaisuuksiaan ja oppia erehdyksistään.
 
Empiiriset tutkimustulokset kasvun ajattelutavan suhteesta koulumenestykseen ovat osoittaneet, että oppilaat, joilla oli tämänkaltaista ajattelua suhteessa oppimiseen, suoriutuivat paremmin koulutehtävistään, haastavista muutostilanteissa ja he myös suorittivat vaikeat koulukurssit loppuun asti (Blackwell, Trzesniewski, & Dweck, 2007). Samansuuntaisia tuloksia saatiin suomailaisilla 9-19 vuotiailla oppilailla tehdyssä tutkimuksessa, jossa kasvun ajattelutavan löydettiin olevan yhteydessä parempaan menestymiseen matematiikassa (Kuusisto, Laine, & Tirri, 2017). Kasvun ajattelutavan on myös huomattu vähentävän nuorten aggressioita ja stressiä (Yeager, Trzesniewski, Tirri, Nokelainen, & Dweck, 2011). Tutkimustulokset tukevat myös sitä, että kasvun ajattelutavan opettaminen oppilaille ja sen aktiivinen tukeminen lisäävät oppilaiden opiskelumotivaatioita ja koulumenestystä (Zhang, Kuusisto, & Tirri, 2017). Kasvun ajattelutavan on havaittu vähentävän köyhyyden (Claro, Paunesku, & Dweck, 2016) ja negatiivisten stereotypioiden (Aronson, Fried, & Good, 2002) vaikutuksia oppimistuloksiin.
 
Ajattelutapojen merkitystä tavoitteiden asettamiseen ja oppimiseen on selvitetty myös aivotutkimuksen keinoin (kts. Tirri & Kujala 2016). Tulokset osoittavat, että kasvun ajattelutapa ja muuttumaton ajattelutapa johtavat erilaisiin tapoihin käsitellä suorituksen kannalta keskeistä informaatiota. Muuttumatonta ajattelutapaa edustavat opiskelijat halusivat näyttää älykkäiltä todellisen oppimisen sijaan ja olivat sen vuoksi erityisen herkkiä negatiiviselle palautteelle. Esimerkiksi virheen sattuessa heidän oppimisprosessinsa keskeytyi, mikä näkyi aivojen aktivaatiotason laskuna. Sen sijaan kasvun ajattelutapaa edustaville oppilaille oli tyypillistä suuntautua tehtäviin, jotka tarjosivat heille todellisia haasteita ja he olivat valmiita työskentelemään tavoitteidensa eteen. Tämä näkyi aivojen tasolla siten, että virheen yhteydessä neuraaliset toiminnot aktivoituivat entisestään opiskelijoiden pyrkiessä korjaamaan toimintaansa. Tutkimuksissa on lisäksi havaittu, että kasvun ajattelutapaa edustavat henkilöt onnistuvat virheiden tekemisen jälkeen uusissa tehtävissä useammin kuin muuttumatonta ajattelutapaa edustavat henkilöt. Aivotutkimukset havainnollistavat, mitä tapahtuu yksilön aivoissa neuraalisella tasolla, ja miten kasvun ajattelutapa auttaa yksilöä toipumaan ja palautumaan virheiden ja epäonnistumisten jälkeen.
 
Kun tutkittiin suomalaisen koulun oppilaiden ajattelutapoja suhteessa älykkyyteen ja lahjakkuuteen, havaittiin, että älykkyyttä pidettiin yleisesti ottaen muuttuvampana kuin lahjakkuutta (Kuusisto, Laine, & Tirri, 2017). Älykkyyden osalta oppilaat näyttivät edustavan pääasiassa kasvun ajattelutapaa. Sen sijaan lahjakkuutta pidettiin enemmän synnynnäisenä ominaisuutena, jota ei voi muuttaa. Lahjakkuus-käsityksiä koskevassa tutkimuksessa huomattiin ero opettajien ja huoltajien näkemysten välillä (Kuusisto & Tirri, 2013). Opettajat pitivät lahjakkuutta kehittyvämpänä kuin huoltajat. Lisäksi muuttumaton ajattelutapa korostui ennen kaikkea niiden huoltajien parissa, joiden lapset kävivät koulua matalan sosioekonomisen statuksen alueella (Kuusisto & Tirri, 2013). Kiinnostava tulos on myös se, että alakoulun opettajien omissa lahjakkuutta kuvailevissa määritelmissä kasvun ajattelutapaa ilmeni vain muutamalla opettajalla (Laine, Kuusisto & Tirri, 2016).
 
Oppimistulosten aleneminen lukemisessa, matematiikassa ja luonnontieteissä on huolestuttanut kasvattajia ja opettajia meillä Suomessa ja maailmanlaajuisesti. Yksi mahdollinen selitys voisi olla se, että kouluissa ei kohdata riittävästi haasteita, jotka veisivät oppilaat pois omalta mukavuusalueelta. Varsinkin lahjakkaiden oppilaiden kohdalla alisuoriutuminen ja motivaation lasku ovat todellisia vaaroja koulussa. Yksi väärä stereotypia koskien lahjakkaita oppilaita onkin se, ettei heidän tarvitsisi yrittää tai harjoitella oppimisensa eteen. Kasvun ajattelutapaa soveltaen asia on aivan päinvastoin: mitä lahjakkaampi oppilas, sitä enemmän tulisi olla mahdollisuuksia harjoitella! Tällä blogikirjoituksella kutsun kaikki meidät elinikäiseen oppimiseen. Haastetaan itsemme, kollegamme ja oppilaamme harjoittamaan aivojamme ja opiskelemaan uusia asioita, sellaisiakin joita emme uskoisi oppivamme!
 
Kirsi Tirri, Kasvatustieteen professori, tutkimusjohtaja, Helsingin yliopiston tutkijakollegium
 
Lähteet

Aronson, J., Fried, C.B., & Good, C. (2002). https://doi.org/10.1006/jesp.2001.1491
Blackwell, L.S., Trzesniewski, K.H., & Dweck, C.S. (2007). https://doi.org/10.1111/j.1467-8624.2007.00995.x
Claro, S., Paunesku, D., & Dweck, C. S. (2016). https://doi.org/10.1073/pnas.1608207113
Dweck, C.S. (2000). Self-theories. Their role in motivation, personality, and development. New York, London: Psychology Press, Taylor & Francis Group.
Kuusisto, E., Laine, S., & Tirri, K. (2017). https://doi.org/10.1155/2017/4162957
Kuusisto, E., & Tirri, K. (2013). http://hdl.handle.net/10138/41989
Laine, S., Kuusisto, E., & Tirri, K. (2016). https://doi.org/10.1177/0162353216640936
Tirri, K., & Kujala, T. (2016). https://doi.org/10.4236/psych.2016.79125
Yeager, D., Trzesniewski, K., Tirri, K., Nokelainen, P., & Dweck, C. (2011). https://doi.org/10.1111/cdev.12003
Zhang, J., Kuusisto, E., & Tirri, K. (2017). https://doi.org/10.4236/psych.2017.89089

Kasvaako älykkyys sukupolvien myötä?

Vierailijakirjoitus: Marja-Leena Haavisto

Olemmeko älykkäämpiä kuin 1900-luvun alkupuolen ihmiset? Ja ovatko lapsemme keskimäärin vieläkin älykkäämpiä kuin me? Jos näin on, millä kehitystä voisi selittää?

Ensimmäinen tutkimuksessa raportoitu havainto älykkyystason paranemisesta sukupolvesta toiseen on julkaistu 1948. Tuolloin Yhdysvaltain armeijan lukutaitoisille tarkoitetussa älykkyystestissä tulokset olivat parantuneet selvästi ensimmäisen ja toisen maailmansodan aikana testattujen välillä. Myöhemmin 1970-luvulla tunnettu älykkyystutkija ja testien kehittäjä Robert Thorndike julkaisi havaintoja, joiden mukaan erityisesti esikouluikäisten keskimääräinen älykkyysosamäärä oli noussut 1930- ja 1970-lukujen välissä kymmenellä pisteellä, arvosta 100 arvoon 110. Testejä kehittäville psykologeille ilmiö oli jo tuttu, mutta se nimettiin Flynn-efektiksi moraali- ja politiikan filosofi James Flynnin julkaistessa 1980-luvulla analyysit älykkyystestien muutoksista Yhdysvalloissa ja 13 muussa maassa. Flynn havaitsi yleisimmin käytettyjen älykkyystestien tuloksissa tapahtuneen selkeää nousua, varsinkin alle 20-vuotiailla. Suurimmat muutokset tulivat esiin ei-kielellisissä testeissä.

Testitulosten paranemisella tarkoitetaan tarkemmin sitä, että jos nykyisin käytössä olevalla testillä testatut henkilöt tekevät noin vuoden päästä saman testin vanhemman version, he saavat todennäköisesti paremman tuloksen vanhalla testillä kuin uudella. Vanhemmasta testistä paremman tuloksen saaminen selittyy sillä, että tuloksen laskemiseen ja vertaamiseen käytetty väestöä edustava normiaineisto on kerätty yleensä vanhemman sukupolven väestöstä kuin mitä testattava edustaa.

Flynnin 1980-luvun julkaisujen jälkeen ilmiötä on tutkittu paljon ja tutkimusasetelmat sekä tutkimusten laatu vaihtelevat suuresti. Osassa tutkimuksista vertaillaan muun muassa eri maiden älykkyystason kasvua hyvin eri ikäisillä ja otoksiin sisältyvien ihmisten lukumäärät vaihtelevat paljon, eikä näitä tekijöitä ole huomioitu analyyseissä tai tulosten tulkinnassa. Tutkimuksissa on saatettu myös vertailla erilaisten testien tuloksia keskenään, jolloin tietyn testin muutokset tai testityyppi sinällään saattavat vaikuttaa havaittuun älykkyystason muutokseen. Yleisesti vaikuttaa siltä, että älykkyystesteistä keskimäärin saadut pistemäärät ovat nousseet voimakkaimmin 1960-luvulle saakka, mutta nousu on hidastunut jatkuvasti erityisesti 1970-luvun puolesta välistä saakka. Flynnin keräämien tutkimusten perusteella hän oletti, että älykkyystaso nousee noin 3 älykkyysosamääräpistettä vuosikymmenessä. Nykyisten tutkimusten perusteella useista eri tutkimuksista laskettu keskimääräinen älykkyysosamäärän nousu on ollut vähäisempää kuin Flynnin alkuperäinen arvio, noin <1 pisteestä 2 pisteeseen vuosikymmenessä. Useissa länsimaissa, kuten Norjassa ja Tanskassa, älykkyystestien pistemäärien on havaittu laskeneen 2000- luvulla.

Kiinnostava kysymys onkin, mistä älykkyysosamääräpisteiden nousu tai lasku johtuu? Tutkijoiden ilmeisin selitys on yhteiskunnan muutokset. Muun muassa työelämässä ja koulussa vaatimukset ovat muuttuneet käden taidoista ja konkreettisesta ajattelusta abstraktin ajattelun ja päättelyn korostamiseen, mikä on nostanut aikaisemmin keskimääräistä pistemäärää. Lapsen kehityksen kannalta jo esikouluissa on huomattavasti virikkeellisempää ja oppimiseen tähtäävää toimintaa kuin aikaisemmin oli vastaavan ikäisille lapsille. Tiedonkäsittelystä on tullut myös intensiivisempää ja jatkuvaa teknologian kehityksen myötä. Aikaisempien vuosikymmenten ravitsemuksen muutoksilla voi olla vaikutusta aivojen kehitykseen ja vaikutukset saattavatkin näkyä Flynn-efektin heikkenemisenä ja loppumisena. Myös perimän muutoksilla voi olla vaikutuksia Flynn-efektiin, mutta suoraa näyttöä tästä ei ole. Testejä on muokattu ja kehitetty aikojen kuluessa, eivätkä ne välttämättä ole keskenään vertailukelpoisia. Tutkijoita askarruttaakin, mittaavatko uudet testit enää samaa asiaa kuin vanhat. Merkittävät muutokset testeissä saattavat vaikuttaa niistä saataviin tuloksiin. Lopullista tai yksiselitteistä vastausta älykkyystestien pistemäärien muutoksiin vuosikymmenten aikana ei siis ole vielä löydetty.

Marja-Leena Haavisto, Suomen Mensa ry:n testaustoimintaa valvova psykologi