Intelligenz - Training der Exekutiven Funktionen
(Steigert Task-Switching-Training die Intelligenz?)

Unter dem Terminus „Exekutive Kontrolle“ werden eine Reihe kognitiver Funktionen höherer Ordnung zusammengefasst, die zielorientiertes Verhalten organisieren und regulieren (Kray, Karbach, Haenig & Freitag, 2011). Miyake, Friedman, Emerson, Witzki und Howerter (2000) unterscheiden zwischen drei Teilfunktionen: 1.Wechsel der Aufmerksamkeit zwischen Aufgaben (Shifting), 2. Aktualisierung und Überwachung von Informationen im Arbeitsgedächtnis (Updating), 3. Inhibition nicht adäquater Reaktionen (Inhibition).

Erste Experimente, in denen mithilfe eines Aufmerksamkeitstrainings Effekte auf Intelligenztestleistungen erzielt werden konnten, wurden von Rueda, Rothbart, McCandliss, Saccomanno und Posner (2005) publiziert. Das verwendete Trainingsprogramm war in seiner ursprünglichen Version von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) in der Ausbildung von Makaken-Affen für den Weltraumeinsatz verwendet worden.
Um die exekutiven Funktionen von 4- und 6-jährigen Kindern zu trainieren, wurde das Programm weiterentwickelt und erhielt einen spielerischen Charakter. Das Training umfasste (bei Experiment 1 und 2) neun, (bei Experiment 3) zehn unterschiedliche Aufgabentypen, die mit zunehmenden Fähigkeiten der VPn schwieriger wurden. Insgesamt trainierten 24 vierjährige und 12 sechsjährige Kinder an fünf Tagen, über einem Zeitraum von 2-3 Wochen. Zur Messung von Intelligenzveränderungen wurde der Kaufman Brief Intelligence Test (Kaufman & Kaufman, 1990) durchgeführt. Für die Gruppe der 4-jährigen konnte eine signifikante Gruppe x Session Interaktion festgestellt werden. Im Vergleich zur Kontrollgruppe hatten die Kinder der Experimentalgruppe ihre Leistungen sowohl im Matrizentest als auch in der Gesamt-Intelligenz signifikant steigern können. In der Gruppe der 6-jährigen erreichte die Gruppe x Session Interaktion kein Signifikanzniveau. Die Analyse vorhergesagter Pre- vs. Post-Differenzen durch den Einsatz geplanter Kontraste wies jedoch auf signifikante (verbale Intelligenz) und marginal signifikante (Matrizen, Gesamt-Intelligenz) Verbesserungen in der Experimentalgruppe hin. Dagegen ließen sich in der Kontrollgruppe keine signifikanten Effekte feststellen. Die Autoren sehen trainingsinduzierte Reifungsprozesse in den exekutiven Funktionen als Ursache für die verbesserten Leistungen im Intelligenztest. Da allerdings keine Follow-up-Untersuchung durchgeführt wurde, bleibt die Frage, wie lange die verbesserten Leistungen konserviert werden konnten, ungeklärt.

 Ausgehend von Beobachtungen zur neuronalen Plastizität, wonach Gehirne jüngerer Menschen eine größere Veränderbarkeit aufweisen, besteht Grund zu der Annahme, dass die Möglichkeiten auf die Intelligenz einzuwirken, stark altersabhängig sind. Garlick (2002) vermutet daher, dass nur bei Menschen, die nicht älter als ca. 16 Jahre sind, substanzielle Veränderungen in der Intelligenz erzielt werden können. Zu den bisher wenigen Studien, die gegen diese Hypothese sprechen, zählt die Studie von Karbach und Kray (2009), in der sowohl Kinder, Erwachsene, als auch ältere Erwachsene ein Task-Switching-Training absolvierten. Das Durchschnittsalter der drei gleich großen Versuchsgruppen lag bei 9, 22 und 69 Jahren. Insgesamt trainierten 126 VPn an vier Tagen ca. 30 – 40 Minuten. Pre- und Post-Test eingerechnet, erstreckte sich die Untersuchung über einen Zeitraum von 6-8 Wochen, sodass die VPn ungefähr einmal in der Woche trainierten. Im Gegensatz zu dem Training von Rueda et al. (2005), bei welchem eine ganze Batterie unterschiedlicher Aufgaben zur Verbesserung der exekutiven Kontrolle der 4 – 6-jährigen Kinder zum Einsatz gekommen war, setzten Karbach und Kray ausschließlich auf Task-Switching-Aufgaben. Durch die Konzentration auf einen Aufgabentyp ging man dem Problem aus dem Weg, nicht identifizieren zu können, welche Aufgaben mehr und welche Aufgaben weniger, zum Trainingserfolg beigetragen hatten. Das Task-Switching-Training bestand aus zwei Einzelaufgaben, die für sich genommen, leicht zu bewältigen waren. Zum Beispiel mussten die VPn in Aufgabe A per Tastendruck antworten, ob es sich bei einer auf dem Computerbildschirm präsentierten Frucht um ein Gemüse oder um eine Obstsorte handelte. In Aufgabe B musste entschieden werden, ob es sich um ein großes oder ein kleines Bild handelte. Es wurden 16 Obst-Bilder und 16 Gemüse-Bilder präsentiert, von denen jedes sowohl in großer als auch in kleiner Ausführung eingeblendet wurde. Während 42 VPn der aktiven Kontrollgruppen erst alle Aufgaben vom Typ A und dann alle Aufgaben vom Typ B beantworten durften, wurde von den VPn der Experimentalgruppen stets nach jedem Durchgang verlangt, zwischen Aufgabe A und B zu wechseln. Trotz der relativ geringen Trainingsdauer zeigten sich die Probanden der Experimentalgruppen im Post-Test in allen erhobenen kognitiven Tests überlegen. Sie erreichten signifikant bessere Ergebnisse in einer Stroop-Aufgabe, in Arbeitsgedächtnis-Aufgaben (verbal, räumlich) und in Tests zur fluiden Intelligenz. Zur Testung der fluiden Intelligenz wurden neben Raven’s Standard Progressive Matrices (RSPM; 1988) auch Aufgaben zum figural-induktiven Denken und zum logischen Fortsetzen von Buchstabenreihen (vgl. Lindenberger, Mayr & Kliegel, 1993) eingesetzt. Besonders bemerkenswert ist das Ergebnis, dass entgegen der Hypothese zur Abnahme der neuronalen Plastizität mit zunehmendem Alter, auch bei jungen und älteren Erwachsenen Trainingseffekte zu verzeichnen waren. Die Effektstärken für die meisten gemessenen Veränderungen lagen bei >.70 für Kinder, bei >.60 für junge Erwachsene und bei >.40 für ältere Erwachsene. Die Autoren erklären sich den Erfolg des Trainingsprogramms damit, dass das Bearbeiten der Task-Switching-Aufgaben mehrere exekutive Prozesse auf einmal erfordere. Da die VPn beispielsweise keine externen Hinweise erhalten hätten, wann Sie sich von einer Aufgabe auf die nächste umstellen sollten und stattdessen der Regel folgten, bei jedem zweiten Durchgang zu wechseln, seien die Anforderungen an die Aufrechterhaltung des Zielfokus (goal maintenance) permanent hoch gewesen. Zudem habe das Training ein konstant hohes Maß an Interferenzkontrolle (interference control) abverlangt, da die präsentierten Stimuli aus Merkmalen bestanden, die jeweils für beide Einzelaufgaben von Relevanz waren und der gegenwärtig irrelevante Stimulus unterdrückt werden musste.

Da die beobachteten Effekte insbesondere für die Behandlung von Kindern mit AD(H)S-Diagnose von großer klinischer Bedeutung sein könnten, unternahmen Kray, Karbach, Haenig und Freitag (2011) den Versuch, die Ergebnisse an einer Stichprobe von 20 männlichen 8-12-Jährigen zu replizieren. In einem Crossover-Training-Design trainierten zunächst zehn VPn über einen Zeitraum von 4 Wochen (jede Woche eine 30-40 minütige Trainingsesssion) Task-Switching-Blöcke, während die anderen zehn VPn Single-Task-Blöcke trainierten. Nach einem ersten Post-Test, wechselten die Trainingsbedingungen, sodass letztlich alle VPn beide Trainingsprogramme absolvierten. Nach weiteren vier Wochen wurde ein zweiter Post-Test durchgeführt. Abgesehen von dem aus ethischen Gründen verwendeten Crossover-Training-Design – beide Gruppen sollten die Möglichkeit haben das Task-Switching-Training zu absolvieren – unterschied sich das Trainingsprogramm weder im Trainingsumfang noch in der Art der eingesetzten Aufgaben von dem aus der vorausgegangenen Studie. Während die Ergebnisse der Post-Tests hinsichtlich Stroop-Aufgabe und verbales Arbeitsgedächtnis eine Replikation der Ergebnisse der ersten Studie darstellen, gelang es nicht, auch für den Test zur fluiden Intelligenz trainingsinduzierte Verbesserungen nachzuweisen. Allerdings könnte dies auch darauf zurückzuführen sein, dass man auf einen anderen Intelligenztest zurückgegriffen hatte. Anders als in der ersten Studie kamen diesmal die Matrizen aus dem Hamburg-Wechsler-Intelligenz-Test für Kinder – IV (HAWIK-IV, Petermann & Petermann, 2007) zum Einsatz.

 Die Forschung zur Trainierbarkeit exekutiver Funktionen steckt noch in den Kinderschuhen. Durch den Einsatz computerbasierter Trainingsprogramme ließen sich erste vielversprechende Ergebnisse zeigen (Karbach & Kray, 2009; Kray et al., 2011; Rueda et al., 2005; Shalev, Tsal & Mevorach, 2007). Aufgrund des relativ geringen zeitlichen Aufwands lassen vor allem die Ergebnisse des Task-Switching-Trainings Raum für Fantasie: Könnte ein intensiveres Trainingspensum sogar noch wesentlich größere Effekte erzeugen? Ließe sich das Training auch als Präventionsmaßnahme gegenüber demenziellen Erkrankungen einsetzen? Ähnlich wie schon bei Rueda et al. (2005) ist allerdings auch für das Task-Switching-Training bisher unklar, wie lange die Effekte aufrecht bleiben. Daher sollten zukünftige Studien auch Follow-up-Testungen mit einschließen.

Literatur:

Garlick, D. (2002). Understanding the Nature of the General Factor of Intelligence: The Role of Individual Differences in Neural Plasticity as an Explanatory Mechanism. Psychological Review, 109, 116-136.

Karbach J., Kray J. (2009). How useful is executive control training? Age differences in near and far transfer of task-switching training. Dev. Sci. 12, 978–990. doi: 10.1111/j.1467-7687.2009.

Kaufman, A. S. & Kaufman, N. L. (1990). Kaufman Brief Intelligence Test–Manual. Circle Pines, MN: American Guidance Service.

 Kray J, Karbach J, Haenig S, Freitag C. (2011). Can task-switching training enhance executive control functioning in children with attention deficit/-hyperactivity disorder? Front Hum Neurosci. 2011;5:180.

Lindenberger, U., Mayr, U., & Kliegl, R. (1993). Speed and intelligence in old age. Psychology and Aging, 8, 207–220.

Miyake, A., Friedman, N.P., Emerson, M.J., Witzki, A.H., Howerter, A., Wager, T. (2000). The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex "frontal lobe" tasks: A latent variable analysis. Cognitive Psychology, 41, 49–100.

Petermann F. & Petermann U. (2007). WISC-IV: Wechsler Intelligence Scale for Children - IV. Bern: Huber.

Raven, J. C. (1988). Standard Progressive Matrices. Weinheim: Beltz.

Rueda, M.R., Posner, M.I., & Rothbart,M.K. (2005) The development of executive attention: contributions to the emergence of self regulation. Developmental Neuropsychology 28, 573-594

 Rueda, M.R., Rothbart, M.K.. & Saccamanno, L. & Posner, M.I. (2005) Training,maturation and genetic influences on the development of executive attention. Proc.U.S Nat'l Acad of Sciences 102, 14931-14936.

Shalev, L., Tsal Y., & Mevorach C. (2007) Computerized progressiveattentional training (CPAT) program: Effective direct intervention for childrenwith ADHD. Child Neuropsychology, 13, 382-388.