Können kognitive Tests unsere Gehirnfunktion wirklich messen?

Wie die kognitive Bewertung von der Anwendung der Neurowissenschaften profitiert

1960 wurde ein ausgeklügeltes Experiment entworfen, um die Auswirkungen von Höhenlagen und Ermüdung auf die Wahrnehmung zu testen. Die Teilnehmer waren alle Teil der ‘Silver Hut Expedition’ – einer Himalaya-Exkursion, die vom legendären Everest-Bergsteiger Sir Edmund Hillary geleitet wurde. Eine Gruppe von Kletterern wurde aufgefordert, die Karten in Kategorien zu sortieren, die ihren Formen, Farben und so weiter entsprachen. Die Ergebnisse zeigten, dass genaues Arbeiten in großer Höhe möglich war, aber es dauerte nur länger.

In den sechzig Jahren, die seit der Silberhütte-Expedition vergangen sind, bleiben viele der von uns zur Beurteilung der kognitiven Funktionen in Betracht gezogenen Möglichkeiten unverändert. Wir halten uns treu an Tests, die in den 50er und 60er Jahren entwickelt wurden, um Aspekte der Leistung zu bewerten, lange bevor wir überhaupt etwas über die Beziehung zwischen Gehirn und Verhalten wussten. Viele dieser Tests basieren auf veralteten Konzepten wie “IQ” – ich sage “veraltet”, weil sie vor (der Rücksicht auf das neurowissenschaftliche Verständnis, das in den letzten 25 Jahren stattgefunden hat) entwickelt wurden (und daher keine Berücksichtigung finden). Aber sie wurden nie für das Gehirn konzipiert. Das Experiment im Himalaya wurde vom berühmten Physiologen und Biochemiker Sir Joseph Barcroft motiviert, der bei einer Expedition zum Cerro de Pasco in Peru in den Jahren 1920–2121 ein gewisses Maß an „Hummeln in großer Höhe“ festgestellt hatte. Im Jahr 1960 wurde die Kartensortierung so angewandt, wie die Psychologen das “Hummeln” operierten und maßen, aber das war alles; eine formalere Messung der Leistung.

In den späten achtziger Jahren war ich Teil eines Teams an der University of Cambridge, Großbritannien, das die erste computergestützte batteriebasierte Batterie mit kognitiven Beurteilungswerkzeugen entwickelt und getestet hat, die speziell zum Testen der menschlichen Gehirnfunktion entwickelt wurde. Die Tests basierten im Wesentlichen auf neu entstehender wissenschaftlicher Literatur aus neuropsychologischen Studien von Patienten mit Schädigungen an verschiedenen Teilen ihres Gehirns. Diese Studien begannen zu erkennen, dass die Funktionsweise (und „Funktionsstörung“) bestimmter Hirnregionen, einschließlich der im vorderen Kortex und in den Schläfenlappen, durch sorgfältig kontrollierte Tests des Gedächtnisses, der Aufmerksamkeit, der Problemlösung und des Denkens direkt bewertet werden konnte und Planung – alle sogenannten “höheren kognitiven Funktionen”, die für das Bildungsniveau relativ unempfindlich sind, aber viele der erfolgreichsten Menschen der Welt auszeichnen. Diese computergesteuerten Touchscreen-Tools waren zwar schneller und genauer als herkömmliche Leistungstests, sie waren jedoch auch um einiges leistungsfähiger in Bezug auf die Schlussfolgerungen, die über eine Person und vor allem über ihr Gehirn gezogen werden könnten. Vereinfacht gesagt, weil sie gemessen haben, wie gut bestimmte Regionen des Gehirns funktionierten, und nicht nur, wie gut eine Person bei einem Test war, waren die Ergebnisse eine Vorhersage für die Leistung in einer Vielzahl von Alltagssituationen, die diese Teile des Gehirns erfordern. Es war die Anwendung der Neurowissenschaften zur kognitiven Beurteilung.

Mitte der 1990er Jahre verbrachte ich drei Jahre am Montreal Neurological Institute (MNI) in Kanada, das wahrscheinlich der Geburtsort der menschlichen Neuropsychologie und ihrer heutigen Inkarnation Cognitive Neuroscience ist. Funktionelle Neuroimaging-Techniken wie die Positron-Emissions-Tomographie (PET) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) fingen gerade erst an, so dass wir erstmals die inneren Abläufe des gesunden menschlichen Gehirns während seines Geschäfts untersuchen konnten. Ich habe Hunderte von Freiwilligen im Gehirn gescannt, während sie unsere computergestützten Tests durchführten. Beispielsweise zeigte sich, dass die Leistung bei jeder Aufgabe, die “Arbeitsspeicher” erfordert, das Ergebnis eines feinen Zusammenspiels zwischen verschiedenen Regionen des Frontallappens ist. Arbeitsgedächtnis ist eine spezielle Art von Gedächtnis, an die wir nur eine begrenzte Zeitspanne halten müssen, bis diese Information nicht mehr benötigt wird. Zum Beispiel, wo wir heute morgen unser Auto geparkt haben. Entscheidend war jedoch, dass diese Studien auch zeigten, dass die Frontallappen nicht nur an Tests des Arbeitsgedächtnisses beteiligt sind. Sie tragen zu vielen Aspekten des täglichen Lebens bei, darunter Aufmerksamkeit, Problemlösung, Planung und Entscheidungsfindung.

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Die Tatsache, dass wir nun messen konnten, wie verschiedene Teile des Gehirns – wie etwa die Stirnlappen – zu jeder dieser allgemeinen kognitiven Funktionen beitragen, machte es möglich, Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich Personen an vielen verschiedenen Tagen wahrscheinlich verhalten. Heutige Situationen, in denen diese Teile des Gehirns erforderlich sind, anstatt sich bei jeder einzelnen Aufgabe ausschließlich auf die Leistung zu verlassen, wie zum Beispiel die Kartensortierung.

Eine neue Generation von kognitiven Online-Tools kann messen, wie bestimmte Bereiche unseres Gehirns funktionieren, und nicht nur, wie gut wir bei einem Test sind.

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Quelle: Adrian Owen

Das wahre Potenzial dieser aufstrebenden Technologien wird jedoch erst jetzt voll zum Tragen kommen, da das World Wide Web ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens ist. In den späten 2000er Jahren in Cambridge (Großbritannien) haben wir unsere Tests der kognitiven Bewertung für die Bereitstellung über das Internet neu konfiguriert. Obwohl sie schneller, schlanker und empfindlicher waren als die Originale, behielten sie alle wesentlichen neurowissenschaftlichen Zutaten bei, die uns die 25-jährige Datenerhebung beigebracht hatte, um Unterschiede in der menschlichen Gehirnfunktion zu verstehen. Im Jahr 2010 wurden wir von der BBC ‘Bang Goes The Theory’ angesprochen, in der gefragt wurde, ob mit diesem Ansatz die Behauptungen über ‘Gehirntraining’ getestet werden könnten. Über einen Zeitraum von 6 Wochen haben 11.700 Mitglieder der Öffentlichkeit ein regelmäßiges Gehirntraining mit Versionen der beliebtesten kommerziellen Spiele auf dem Markt durchgeführt, und wir haben ihr Gehirn vorher und danach getestet. Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, waren eindeutig. Während das Gehirntraining die Leistung bei jedem trainierten Test verbesserte, konnte die kognitive Funktion insgesamt nicht verbessert werden. Kurz gesagt, Übung verbessert die Leistung, wie in jedem Aspekt des Lebens, aber es macht Sie nicht klüger. Im Jahr 2012 haben wir das Konzept des IQ übernommen. Dieses Mal haben 44.600 Teilnehmer unsere Tests durchgeführt, um zu sehen, ob es wirklich stimmt, dass manche Menschen intelligenter sind als andere und dass dieser „individuelle Unterschied“ auf eine einzige Zahl – Ihren so genannten IQ – sinnvoll reduziert werden kann. Die in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlichten Ergebnisse zeigten deutlich, dass die menschliche Intelligenz nicht von einem einzigen neuronalen System unterstützt wird.

Nicht dass dies alles überraschend war; Wenn nach 30 Jahren funktionelles Neuroimaging ein „IQ-Punkt“ im Gehirn vorhanden wäre, hätte dies inzwischen jemand gefunden.

Diese Tests, die auf drei Jahrzehnten neurowissenschaftlicher Untersuchungen basieren, wurden inzwischen mehr als 8 Millionen Mal durchgeführt und finden neue Anwendungen in der Gesundheitsbewertung, in pharmazeutischen Tests, in der klinischen Bewertung und in der Ausbildung. Was sind die Nachteile? Einige befürchten, dass das Testen der Gehirnfunktion ein Schritt zu weit ist, eine Verletzung der Privatsphäre, die möglicherweise Informationen offen lässt, die am besten offen gelassen werden. Die Gehirnfunktion ist jedoch nur eine weitere Messung, wie beispielsweise Höhe, Herzfrequenz oder Leistung bei diesen traditionellen psychometrischen Tests, auf die sich viele so lange verlassen haben.

Wenn Hillarys Kletterer heute in ihren Zelten sitzen würden, würden sie keine Karten sortieren. Sie wurden im Internet angemeldet, während ihre Gehirne in Echtzeit überwacht und mit denen von Millionen anderer Menschen auf Meereshöhe verglichen wurden, um festzustellen, dass Höhenlage und Müdigkeit ihre kognitive Funktion beeinträchtigen. Wir haben in 60 Jahren einen langen Weg zurückgelegt.

Verweise

Owen, AM, Hampshire, A., Grahn, JA, Stenton, R., Dajani, S., Burns, AS, Howard, RJ und Ballard, CG. Nature , 465: 775–779, 2010.

Hampshire, A., Highfield, R., Parkin, B. und Owen, AM Fraktionierte menschliche Intelligenz. Neuron , 76 (6): 1225-1237, 2012.