Aihearkisto: Yleinen

Mikä on älykkyyden kognitiivinen perusta?

Kognitiotieteilijä Otto Lappi Helsingin yliopistosta piti luennon Suomen Mensa ry:n Helsingin paikallisosaston verkkotapahtumassa torstaina 8.4.2021. Videotallenne luennosta on katsottavissa alla aiheesta kertovan johdannon jälkeen.

Mitä älykkyys on, ja mitä se ei ole? Onko älykkyys ollenkaan tärkeä tai mielenkiintoinen kognitiivinen ominaisuus?

Omassa tutkimustyössäni olen kiinnostunut ihmisälyn kyvystä sopeutua moniin eri ympäristöihin, erityisesti siitä miten ihmisen kognition joustavuus ja tehokkuus tulee ilmi arkielämän askareissa. Monien aivan jokapäiväisten tehtävien, joiden emme yleensä oleta vaativan erityistä ”älykkyyttä” – kuten kaupassa käynti, lumenluonti tai vaikkapa autolla ajaminen – taustalle kätkeytyy monimutkaisia ja hienovaraisia kognitiivisia ja hermostollisia mekanismeja. Tehtävien helppous normaalilla ihmiskognitiolla varustetuille aivoille tekee niistä helposti näennäisen yksinkertaisia – mutta niiden vaatima ihmisen ihmisälyn hämmästyttävä joustavuus tulee hyvin ilmi siinä miten äärimmäisen haastaviksi ne ovat on osoittautuneet robotiikassa ja tekoälyssä… jotka ovat vielä hyvin kaukana ihmisälystä tällaisissa avoimissa tehtäväympäristöissä.

Toisaalta olen kiinnostunut siitä, miten huippusuorituksissa jonkin taidon oppiminen ja kehittyminen hioutuu ihmisaivojen fysiologisille ja kognitiivisille äärirajoille: siitä miten eksperttiys jollakin tiedon ja taidon osa-alueella kehittyy. Miten kilpa-autoilijan aivot ja kognitio eroavat tavallisen sunnuntai-autoilijan kognitiosta omassa tehtäväympäristössään?

Mutta miten nämä prosessit sitten suhteutuvat älykkyystestien mittaamiin prosesseihin? Ovatko älykkäimmät myös lahjakkaimpia, ja tuleeko heistä todennäköisesti myös taitavampia siinä mitä ryhtyvät tekemään? Testiälykkyyttä kutsutaan usein ”yleiseksi kognitiiviseksi suorituskyvyksi”, mutta onko oikeastaan tärkeää ymmärtää (testi)älykkyyttä ihmisen kognitiivisen ja hermostollisen suorituskyvyn ja sen kehittymisen ymmärtämiseksi?

Älykkyys on sana joka nostaa esiin monia tulkintoja, näkemyksiä ja mielipiteitä. Se liitetään arkiajattelussa vahvasti lahjakkuuteen ja osaamiseen. Arkikäsitteenä tällainen älykkyyden ”määritelmä” on kuitenkin liian laaja ja sumearajainen; tieteessä käytettyjen termien merkitys pitää rajata (siis määritellä) tarkasti ja rajatummin. Näin muodostuu erilaisia ”älykkyyden” tai ”älyn” käsitteitä, joiden sovellusalat ja käyttötavat voivat erota toisistaan.

Esitelmässäni pohdin kriittisesti mm. seuraavia kysymyksiä: Mistä älykkyystestitulokset tarkalleen ottaen kertovat? Miten se älykkyyden muoto jota älykkyystestit mittaavat liittyy niihin prosesseihin jotka (eksperteillä) kehittävät meille jokaiselle suotua inhimillistä älyä tiettyyn suuntaan? Ja miksi eksperttiys tästä syystä on aivan erilainen ilmiö kuin älykkyys?

Otto Lappi, FT Dos.

Otto Lappi on kognitiotieteen dosentti ja työskentelee akatemiatutkijana Helsingin yliopistossa. Hän ei ole Mensan jäsen eikä tiedä omaa älykkyysosamääräänsä (eikä oikeastaan tiedä mitä sillä tiedolla tekisi).

Jos ylläolevat teemat kiinostavat, niitä käsitellään syvemmin Oton kurssilla Arkielämän ja Eksperttiyden kognitiviinen perusta, joka sisältyy Avoimen yliopiston kesäopetustarjontaan 2021: https://tinyurl.com/LDA-C309-2021

Otto Lappi (Kuva: Markku Verkasalo)

Idiokratia peruttu: älykkäät ruotsalaiset miehet saavat enemmän lapsia

Älykkyyden suhdetta hedelmällisyyteen on tutkittu paljon. 1900-luvun alun tilastotieteen pioneerien huoli oli, että vähemmän älykkäät lisääntyisivät nopeammin, jolloin väestön geneettiset valmiudet heikkenisivät. Sillä olisi perimää rappeuttava vaikutus väestöön.

Aiemmat tutkimukset älykkyydestä ja hedelmällisyydestä ovat käyttäneet pääosin yhdysvaltalaisia aineistoja. Niiden mukaan 1900-luvun puolivälissä tapahtui muutos. 1900-luvun alkupuolella ei havaittu selvää yhteyttä älykkyyden ja hedelmällisyyden välillä. 1900-luvun jälkipuoliskolla kognitiivisten kykyjen ja hedelmällisyyden korrelaatio on ollut lievästi negatiivinen useimmissa tutkimuksissa, mutta ei kaikissa. Älykkäät ovat saaneet hieman vähemmän jälkeläisiä kuin vähemmän älykkäät. Negatiivinen korrelaatio on vahvempi naisilla kuin miehillä. Lisäksi tiedetään, että vähiten älykkäät miehet ovat toisaalta useammin lapsettomia ja toisaalta heillä on enemmän suurperheitä.

Esiteolliselta ajalta ei ole älykkyysaineistoja, mutta tuolloin korkea yhteiskunnallinen asema on johtanut korkeampaan hedelmällisyyteen. Lisäksi kognitiivisten kykyjen ja yhteiskunnallisen aseman välillä on yhteys, joten oletettavasti esiteollisella ajalla älykkäämmät saivat enemmän lapsia.

Martin Kolkin ja Kieron Barclayn tutkimuksessa ”Cognitive ability and fertility among Swedish men born 1951–1967: evidence from military conscription registers” (2019)
tarkasteltiin kaikkia Ruotsissa vuosina 1951-1967 syntyneitä miehiä, jolloin aineisto oli aiempaa kattavampi. Aiemmat tutkimukset ovat yleensä olleet kyselytutkimuksia tai koululuokan seurantatutkimuksia. Tämä on ongelmallista siksi, että tutkimuksista jäivät pois ne, jotka eivät vastaa kyselyihin tai eivät ole kouluopetuksessa. Kolkin ja Barclayn tutkimus ottaa mukaan myös yhteiskunnan marginaalit.

Tutkimuksessa älykkyyttä mitattiin armeijan kykytestillä, jonka teki 97 % ikäluokasta kutsunnoissa. Testi mittasi monipuolisesti loogista päättelyä, kielellisiä ja teknisiä taitoja sekä avaruudellista hahmottamista. Tulokset normalisoitiin kellokäyrälle niin, että kaikissa ikäluokissa keskiarvo oli 100 ja keskihajonta 15 ja aineisto jaettiin yhdeksään ryhmään.

Tutkimuksessa havaittiin, että älykkäillä oli enemmän lapsia. Vaikutus oli suurin vähiten älykkäissä. Heissä oli kaikkein eniten miehiä, jotka eivät saaneet yhtään lasta. Toisaalta heissä oli myös kaikkein eniten suurperheitä, mutta suurperheitä oli kaiken kaikkiaan niin vähän, ettei se muuttanut kokonaiskuvaa. Suurempi määrä jälkeläisiä hankittiin yleensä saman kumppanin kanssa, eikä niin, että suuremmalla älykkyydellä olisi vietelty eliniän aikana useampi kumppani.

Kokonaishedelmällisyys älykkyyskategorian mukaan ruotsalaisten,
vuosina 1951 – 1967 syntyneiden miesten keskuudessa. (Kuva: https://royalsocietypublishing.org/cms/asset/1a464a88-10e8-4c94-bd52-372143d988df/rspb20190359f01.jpg)

Lisäksi huomattiin, että älykkäät lisääntyvät vanhemmalla iällä. Aineistossa nuorimmatkin miehet olivat tutkimushetkellä täyttäneet 50 vuotta. Tutkimuksissa, joissa mitataan kokonaishedelmällisyyttä nuoremmalla iällä, saadaan vääristyneitä tuloksia kognitiivisten kykyjen suhteesta hedelmällisyyteen.

Regressionanalyysi älykkyysosamäärän ja kokonaishedelmällisyyden suhteesta
ruotsalaisten, vuosina 1951 – 1967 syntyneiden miesten keskuudessa.
Regressiossa on poistettu koulutustason, syntymäjärjestyksen, syntymävuoden ja
perhekoon vaikutus. (Kuva: https://royalsocietypublishing.org/cms/asset/df0df60a-9fb8-4b21-a3f2-ccc8ee614cbb/rspb20190359f02.jpg)

Tutkimuksessa vertailtiin myös älykkyyserojen vaikutusta hedelmällisyyteen veljesten kesken. Tällöin sellaiset ympäristötekijät kuten kasvatus, koulutus ja ravitsemus eivät vaikuta tuloksiin. Kognitiivinen kyvykkyys lisäsi hedelmällisyyttä sisarusparven sisällä vielä enemmän. Kun tuloksista poistetiin koulutustason, syntymäjärjestyksen, syntymävuoden ja perhekoon vaikutus sekä vertailtiin veljeksiä, kognitiivisilta kyvyiltään matalimmalla ryhmällä oli keskimäärin 0,56 lasta vähemmän ja korkeimmalla ryhmällä oli 0,09 lasta enemmän kuin älykkyysjakauman keskellä.

Tutkimuksessa vertailtiin vain miehiä, joten se kattaa vain toisen puolen lisääntymisestä. Tutkimus paljasti kuitenkin, että älykkyys korreloi hedelmällisyyden kanssa ja osoittaa, että keskimääräinen tai korkea älykkyys on positiivinen tekijä seksuaalisessa valinnassa.

Nordic Mensa Fund palkitsi Markin Kolkin ”Article of the Year” palkinnolla vuonna 2020.

Tiivistelmän on kirjoittanut SH pohjautuen artikkeliin: Cognitive ability and fertility among Swedish men born 1951–1967: Evidence from military conscription registers Biological Sciences. Martin Kolk and Kieron Barclay. Proceedings of the Royal Society B (2019). Doi: 10.1098/rspb.2019.0359

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