Введение
Исследования роли генотипа и среды в межиндивидуальной вариативности показателей когнитивной деятельности основываются на представлении о системно-структурной или иерархической организации когнитивной сферы человека.
При анализе онтогенетических изменений когнитивной сферы это представление находит свое отражение в понимании высших психических функций как следствия овладения низшими (Выготский, 1983; Рубинштейн, 1989), а интеллекта - как системной организации познавательных функций разного уровня (Ананьев, 1969, 1977; Carroll, 1992, 1996; Cattell, 1971; Horn, 1988). Соответственно экспериментальные исследования развития когнитивной сферы, выполненные в данном контексте, направлены на поиск причинно-следственных связей между элементарными и более сложными формами когнитивной деятельности и на анализ возрастного изменения межфункциональной структуры связей (Запорожец, 1986; Ананьев, Степанова, 1972; Степанова, 2000; McCall, 1975; Brody, 2000).
Психогенетические исследования, обращающиеся к анализу структуры когнитивной сферы, позволяют не только сопоставить характеристики разных уровней и выяснить их структуру, но и получить качественно иную информацию - о роли генотипа и среды в вариативности разноуровневых когнитивных характеристик, о вкладе генотипических и средовых факторов в их взаимосвязи и об изменении генотип-средовых соотношений с возрастом. Вместе с тем в настоящее время возможности психогенетического анализа остаются в значительной степени нереализованными: большинство исследований природы психических функций ограничиваются изучением генотипических и средовых детерминант наиболее обобщенной характеристики - психометрического интеллекта, а немногочисленные исследования, позволяющие сопоставить разноуровневые характеристики, не учитывают качественных изменений когнитивной сферы, происходящих в процессе развития.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью подробного исследования природы вариативности частных когнитивных характеристик. Они более чувствительны к перестройке когнитивной сферы по сравнению с такими обобщенным характеристиками, как показатели психометрического интеллекта,
и поэтому более перспективны для анализа сензитивных периодов развития, а также механизмов регуляции когнитивной сферы и их возрастного изменения.
Анализ структуры частных когнитивных характеристик, их соотношения с общим интеллектом и генотип-средовых детерминант их вариативности необходим и с точки зрения логики развития психогенетических исследований. Начинающиеся в последние годы молекулярно-биологические исследования когнитивной сферы требуют от психологии серьезного анализа первичных когнитивных характеристик, а также построения новых «вертикальных» иерархий, соотносящих обобщенные показатели когнитивной деятельности с нижележащими уровнями. В связи с этим особо актуальным становится изучение возрастной динамики генотип-средового соотношения у различных показателей когнитивной деятельности, содержание которых качественно меняется в процессе онтогенеза. Данные о генетической обусловленности их вариативности и о ковариации с интеллектом помогут не только понять возрастные закономерности изменения когнитивной сферы, но и дадут возможность очертить круг показателей для поиска локусов количественных черт.
Объект исследования: разноуровневые показатели когнитивной сферы (частные когнитивные характеристики, когнитивный стиль, академическая успеваемость и суммарные показатели психометрического интеллекта), которые диагностировались у монозиготных близнецов (генетически идентичных) и дизиготных близнецов (имеющих в среднем половину общих генов).
Предмет исследования: компоненты фенотипической дисперсии показателей когнитивной сферы в подростковом возрасте; генотипические и фенотипические корреляции между различными когнитивными характеристиками в подростковом возрасте; межвозрастные взаимосвязи между показателями когнитивной сферы.
Цель работы состоит в определении генотипических и средовых влияний на вариативность показателей когнитивной сферы, а также на их взаимосвязи, возрастную преемственность и изменение в зависимости от уровня пубертатных изменений.
Основная гипотеза исследования. В подростковом возрасте роль генотипа в межиндивидуальной вариативности показателей когнитивной сферы снижается, оставаясь значимой для вариативности показателей когнитивной
сферы, непосредственно связанных с ее качественными изменениями, и зависит от уровня полового созревания. Задачи исследования:
1. Оценить влияние генотипических и средовых факторов на вариативность показателей когнитивной сферы.
2. Рассмотреть фенотипические и генетические взаимосвязи между показателями когнитивной сферы.
3. Сопоставить результаты исследования, проведенного на подростках, с данными, полученными в более ранних возрастах на той же выборке испытуемых, и оценить роль генотипа и среды в преемственности когнитивного развития.
4. Оценить влияние пубертатных изменений на соотношение генотипических и средовых факторов в фенотипической дисперсии показателей когнитивной сферы.
5. Провести дифференциально-типологический анализ и оценить, в какой степени принадлежность к тому или иному типу когнитивной деятельности является онтогенетически стабильной, и в какой степени генотип определяет принадлежность к определенному типу.
Методологической и теоретической основой исследования являются представление о соотношении биологического и социального, согласно которому биологические факторы и их онтогенетическое изменение являются необходимым условием психического развития (Л.С. Выготский, А.Р. Лурия, A.B. Запорожец); структурно-функциональный подход к анализу когнитивной сферы, предложенный Б.Г.Ананьевым; теоретические и методологические принципы современной генетики поведения.
Теоретическая значимость заключается в демонстрации преемственности развития когнитивной сферы в период ее качественной перестройки.
Новизна исследования. В работе сочетается генетический, возрастной и дифференциально-типологический анализ. Оцениваются генотипические и средовые детерминанты фенотипической дисперсии частных когнитивных характеристик в период качественной перестройки когнитивной сферы. Продемонстрировано изменение генотип-средового соотношения в зависимости от уровня полового созревания.
Практическая значимость определяется необходимостью учитывать индивидуальные различия и детерминанты когнитивного развития в процессе воспитания и обучения. Выявленные в работе закономерности (в частности, большая прогностичность показателей успешности деятельности по сравнению с ее скоростными характеристиками, а также фенотипические и генетические взаимосвязи между показателями наглядно-образного мышления в дошкольном возрасте и словесно-логического - в подростковом) важны для психодиагностики. Результаты исследования используются в курсах лекций по психогенетике и дифференциальной психологии.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Генотип вносит вклад в вариативность показателей академической успеваемости.
2. Генотип оказывает разное влияние на вариативность показателей вербального и невербального интеллекта.
3. Генотип оказывает наибольшее влияние на вариативность тех когнитивных характеристик, которые непосредственно связаны с качественной перестройкой когнитивной сферы.
4. Генотип вносит вклад в фенотипические и генетические взаимосвязи показателей когнитивной сферы в подростковом возрасте.
5. Стабильность генетических влияний проявляется не столько в том, что они на протяжении длительных отрезков времени контролируют похожие по внешним проявлениям функции, сколько в подготовке ведущей когнитивной деятельности более старшего возраста.
6. Уровневые характеристики (успешность выполнения заданий) в младших возрастах оказываются более прогностичными для показателей когнитивной сферы подросткового возраста чем скоростные параметры деятельности.
7. Принадлежность к определенному типу когнитивной деятельности обусловлена преимущественно средовыми причинами.
8. В подростковом возрасте процесс биологического созревания влияет на соотношение генотипических и средовых детерминант когнитивных характеристик.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на заседаниях лаборатории онтогенеза индивидуальных различий ПИ РАО; на российских и международных конференциях и симпозиумах: XIX
Международном коллоквиуме «Непрерывность и изменения», Венгрия, 1996; IX Международном конгрессе по близнецовым исследованиям, Финляндия, 1998; Всероссийской конференции Российского Психологического общества «Психология и ее приложения», Москва, 2002; Второй Международной конференции, посвященой 100-летию со дня рождения А.Р. Лурия, Москва, 2002; III съезде Российского Психологического общества «Психология и культура», Санкт-Петербург, 2003; Международной научно-практической конференции «Индивидуальные различия и проблема индивидуальности», Москва, 2003.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, содержит таблицы и рисунки.
Глава 1. Исследование частных когнитивных характеристик в
психогенетике
Генетика поведения (или психогенетика), обращаясь к анализу генотипических и средовых влияний на межиндивидуальную вариативность когнитивной сферы, исходит из представления о ее иерархической организации, предполагающего выделение в структуре когнитивной сферы как наиболее общего уровня (фактора g), так и более частных показателей (Guilford, 1967; Cattell, 1971; Horn, 1988; Scarr, 1989; Carroll, 1992,1993,1996).
Подавляющее большинство психогенетических работ, анализирующих роль генотипа и среды в формировании когнитивных характеристик, посвящено исследованию природы вариативности наиболее обобщенного показателя когнитивной сферы - общего интеллекта.
В 1904 г. Карл Пирсон предложил учителям оценить умственное развитие детей по 7-балльной шкале и сопоставил сходство однополых и разнополых сиблингов по уровню «умственных способностей». Внутрипарное сходство сестер оказалось равно 0,51, братьев - 0,52, сестер и братьев - 0,52. Это исследование, описанное в статье «Законы наследования у человека», принято считать первым экспериментальным исследованием когнитивной сферы в психогенетике (Pearson, 1904, цит. по Fuller, Thompson, 1978). С этого времени и на протяжении всего XX в. интеллект оставался в центре внимания исследователей, занимающихся генетикой поведения.
При изучении генотипических и средовых детерминант вариативности общего интеллекта, используются разные методы - близнецовый (классический и разлученных близнецов), семейный, метод приемных детей (например, Scarr, Searf, Weinberg, 1980; Bouchard, 1983; Plomin, DeFries, Fulker, 1988; Bouchard et al., 1990; McCartney et al., 1990; Luciano et al., 2003). Интеллект и изменение с возрастом генотип-средовых детерминант его вариативности анализируются почти во всех лонгитюдных исследованиях, проведенных к настоящему времени (например, Wilson, 1983; Horn, Loehlin, Willerman, 1982; DeFries, Plomin, Fulker, 1994; Petrill et al., 2003). Исследования проводятся в разных странах (что создает условия для кросс-культурного анализа) и охватывают разные периоды онтогенеза - от младенческого до пожилого возраста, что
позволяет оценить возрастные различия в природе вариативности интеллекта (Bouschard, McGue, 1981; Wilson, 1983; Petrill et al., 1998).
Благодаря этому эмпирическая база, полученная за 100 лет в психогенетических исследованиях интеллекта, дает возможность сделать надежные выводы о природе его вариативности, о вкладе генотипа в его стабильность и о преемственности генотипических и средовых влияний, определяющих индивидуальные различия по показателям интеллекта в разных возрастах.
На фоне разнообразных и масштабных психогенетических исследований общего интеллекта исследования более частных особенностей когнитивной сферы выглядят значительно скромнее. Изучение природы их вариативности началось на полвека позже (только в 50-х гг. XX в.), они значительно реже включались в число рассматриваемых в исследованиях показателей, и информация о генотип-средовых детерминантах их формирования остается фрагментарной по сей день. Анализу того, что получено в психогенетике при исследовании частных показателей когнитивной сферы и посвящен данный обзор.
1.1. Исследование академической успеваемости
Самое общее представление о различных сторонах когнитивной деятельности может быть получено на основании академической успеваемости (школьных оценок по разным дисциплинам и показателей тестов академических достижений).
Как правило, школьные оценки демонстрируют несколько большее внутрипарное сходство МЗ близнецов, по сравнению с показателями тестов академических достижений (таблица 1).
Внутрипарное сходство МЗ и ДЗ близнецов по академической успеваемости меняется в зависимости от особенностей пренатального развития, возраста и особенностей системы школьного образования той или иной страны (Fischbein, 1986; Akerman, Fischbein, 1992).
Во всех исследованиях, проведенных к настоящему времени, демонстрируется влияние генотипа на межиндивидуальную изменчивость академической успеваемости, однако его оценка в разных работах не совпадает,
ю
варьируя от 11% до 90%, и оказывается иногда почти одинаковой для всех дисциплин а иногда - разной (Loehlin, Nichols, 1976; Fischbein, 1986; Nichols, 1965; Schoenfeldt, 1968; Vandenberg, 1968; Wadsworth, 1994; Wadsworth, DeFries, Fulker, Plomin, 1995).
Таблица 1.
Внутрипарное сходство МЗ и ДЗ близнецов по показателям академической успеваемости (цит. по Fischbein, 1986, Loehlin, Nichols, 1976)
Возраст Пол Родной язык Математика Обществен. Дисциплины Естественнонаучные дисциплины Иностранный язык
Гмз гдз Гмз гдз Гмз гдз гмз ГДЗ гмз гдз
Школьные оценки
13 лет Д 91 46 81 41 89 40
13 лет м 86 50 78 57 83 61
Тест академических достижений (NMSQT)
10 лет д 54 58
10 лет м 70 62
13 лет д 69 55
13 лет м 76 55
17 лет д 77 49 70 47 79 52 66 48
17 лет м 71 64 74 42 76 50 69 52
Нули и запятые перед десятичными знаками опущены
При использовании тестов академических достижений, а в них - общего (суммарного показателя) успешности или показателя наивысших достижений -показано, что в начальных классах школы генотип обусловливает примерно 30% вариативности академической успеваемости, а общая среда - более 60% (Brooks et ab, 1990; Thompson et al., 1991), В более старших возрастах (начиная с подросткового) вклад генотипа несколько увеличивается, а общей среды уменьшается. В разных работах полученное соотношение генотипа и среды равно соответственно 44% и 43% (Gill, et al., 1985), 42% и 21% (Lichtenstein, Pedersen, 1997), 57% и 24% (Baker et ab, 1996),
Относительно того, какие средовые влияния на вариативность признака преобладают - общие или индивидуальные - результаты разных работ расходятся (Wadsworth, 1994; Wadsworth et al., 1995; Thompson, Detterman, Plomin, 1993).
ll
Наиболее непротиворечивые данные получены при исследовании взаимосвязей академической успеваемости, измеряемой по тестам достижений в академической сфере, с интеллектом и когнитивными способностями. Высокие генетические корреляции, обнаруживаемые между интеллектом и показателями тестов достижений во всех работах без исключения, свидетельствуют об опосредовании связей между ними генотипом (Cardon Lon, DiLalla, Plomin, DeFries, 1990; Petrill, Thompson, 1993; Petrill, Wilkerson, 2000; Luo, Thompson, Detterman, 2003).
Так, в одной из последних работ успешность в академической сфере (общая оценка по чтению, письму и математике, получаемая по тесту академических достижений - Metropolitan Achievement Test) была сопоставлена с показателями теста CAT (Cognitive Assessment Test), который включает 9 вариантов заданий и позволяет на основании 9 показателей получить суммарную оценку, близкую по содержанию к общему интеллекту. Выборка исследования состояла из 277 пар близнецов 6-12 лет (Luo, Thompson, Detterman, 2003).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что примерно треть ковариации показателей академической успешности и общего фактора CAT определяется генотипическими влияниями, примерно столько же общесредовыми, а индивидуальная среда - оказывает весьма незначительное влияние на совместную ковариацию академической успешности и общего интеллекта (суммарного показателя CAT). В таблице 2, демонстрирующей полученные результаты, представлены коэффициенты путей, которые связывают общий фактор CAT с показателями теста академических достижений.
12
Таблица 2.
Ковариация генетических и средовых компонент вариативности показателей академической успешности (по тесту достижений) и общего
фактора CAT
(цит. по Luo, Thompson, Detterman, 2003).
Показатели академической успешности Факторы, влияющие на ковариацию
Генотип Общая среда Индивид, среда
Родной язык 316 300 057
Математика 355 263 -044
Чтение 347 358 076
Общая оценка успешности в академической сфере 374 281 072
Авторы также показали, что если академическая успешность сопоставлялась не с общим фактором, а с частными показателями CAT, то обнаруживались примерно одинаковые ковариации (по величине и этиологии) как для показателей успешности выполнения заданий CAT, так и для элементарных показателей скорости обработки информации (для времени реакции и времени опознания). Это позволило авторам исследования предположить, что скорость обработки информации («ментальная скорость») является тем общим фактором, который лежит в основе связи общего интеллекта и академической успешности.
При обследовании выборки усыновленных детей, имеющий меньший возрастной разброс (первый класс, 7 лет), Вадсворт с коллегами (Wadsworth et al., 1995) обнаружили несколько различающиеся показатели наследуемости для разных показателей академической успешности (от 0,21 до 0,37) и примерно одинаковый вклад генотипа (около трети) и общей среды (две трети) в корреляции между различными парами способностей. При этом генотип вносил существенный вклад в корреляции между показателями академической успеваемости и когнитивными способностями. Например, академические достижения в чтении и математике (их ковариация) почти на 50% определялась их связями с когнитивными способностями.
В целом, исследования успешности в академической сфере свидетельствуют о вкладе генотипа в вариативность ее показателей, каким бы способом она не измерялась - с помощью школьных оценок или же с помощью
13
тестов достижений. Они демонстрируют несколько большую дифференцированность результатов, полученных для отдельных дисциплин (разное генотип-средовое соотношение), если используются школьные оценки, а не тесты достижений. В тех случаях, когда используются тесты достижений, результаты показывают, что генотип обусловливает связи академической успешности и интеллекта, а индивидуальная среда - различия между ними.
1.2. Исследование когнитивных способностей
Исследования когнитивных способностей в отличие от исследований академической успеваемости, ограниченных школьным возрастом, охватывают более широкий возрастной диапазон, анализируют роль генотипа во взаимосвязях различных способностей (вербальных, пространственных, математических и пр.) и чаще используют лонгитюдные схемы исследования, позволяющие проследить изменения генотип-средового соотношения с возрастом и преемственность генотипических и средовых влияний.
1.2.1. Структура когнитивных способностей
Представление о когнитивных способностях, так же, как и концепция общего интеллекта, появилось в психологии в начале XX века. Работа Ч. Спирмена «Объективное определение и измерение общего интеллекта», опубликованная в 1904 году, положила начало изучению самого общего уровня интеллектуальной деятельности, а спустя всего лишь десятилетие, в 1914 году, И. Торндайк в книге «Психология обучения» заявил о самостоятельной ценности когнитивных способностей для изучения индивидуальных различий. Последовавшие за этим работы Дж. Томпсона «Иерархия без общего фактора» (1916 г.) и «Причина иерархической организации коэффициентов корреляции» (1919 г.) подтвердили несводимость когнитивных способностей к общему интеллекту (цит. по Sternberg, 1982; Anderson, 1999; Bock et al., 2000) .
Дальнейшая история развития однофакторных, двухфакторных и многофакторных подходов к исследованию интеллектуальной сферы -разработка и смена теоретических схем, развитие понятий, уточнение предмета диагностики - хорошо известна и подробно описана (например, Анастази, 1982; Егорова, 1997; Дружинин, 1999; Купер, 2000; Либин, 2000; Холодная, 2002). Мы
14
ограничимся кратким описанием современного представления о структуре когнитивных способностей, разработанного в психометрическом подходе и используемого в генетических работах.
Психометрический интеллект рассматривается как иерархически организованная структура различных когнитивных способностей, что предполагает существование как наиболее обобщенного уровня, свидетельствующего об обучаемости и общей компетентности (фактор g или общий интеллект), так и более частных уровней. Построение иерархии когнитивных характеристик осуществляется с помощью факторного анализа, позволяющего выделить факторы первого, второго,... и-oro порядка.
В свое время факторно-аналитические исследования Р. Кэттелла показали, что при факторизации результатов различных тестов содержание полученных факторов первого порядка можно интерпретировать как первичные умственные способности - пространственные, вербально-логические, математические и т.д. Первичные умственные способности образуют несколько факторов второго порядка. Это так называемые широкие факторы, из которых хорошо известно два - флюидный и кристаллизованный интеллект. Широкие факторы при факторизации образуют фактор третьего порядка - общий интеллект (Cattell, 1971; Horn, Cattell, 1966; Horn, 1988). Трехуровневая структура считается оптимальной и в настоящее время, однако содержание факторов первого и второго порядка несколько изменилось, благодаря появлению новых экспериментальных исследований.
Дж. Кэрролл, наиболее последовательно придерживающийся этого направления анализа когнитивных сферы, собрал в начале 90-х годов первичные данные и результаты 460 факторно-аналитических исследований самых разных когнитивных характеристик (Carroll, 1992, 1993, 1996). На их основании, он провел собственное факторно-аналитическое исследование и получил наиболее полную на сегодняшний день структуру взаимосвязей различных когнитивных способностей.
Структура когнитивных способностей, полученная Дж. Кэрроллом в результате метаанализа, представляет собой трехуровневую иерархию. Ее высшим (третьим) уровнем является общий интеллект, определяющий 50% вариативности всех когнитивных способностей.
15
Второй уровень образуют восемь взаимно независимых «широких» факторов, коррелирующих с общим интеллектом, - 1) флюидный интеллект, 2) кристаллизованный интеллект, 3) память и обучение, 4) зрительное восприятие, включая способность оперировать пространственными отношениями, 5) слуховое восприятие, 6) ассоциативные способности, связанные с оригинальностью и креативностью, 7) скорость решения когнитивных заданий. 8)время реакции.
Первый уровень включает в себя ортогональные факторы первого порядка, коррелирующие с одним из факторов второго порядка. Так, флюидный интеллект (фактор второго порядка) определяет вариативность характеристик (факторов первого порядка), содержание которых до некоторой степени совпадает с содержанием первичных умственных способностей, выделенных еще Л. Терстоуном (Thurstone, 1938), и, кроме того, содержит ряд показателей, которые до сих пор почти не включались в факторно-аналитические исследования, в частности тесты Пиаже, предназначенные для определения стадий умственного развития.
Набор факторов первого порядка, связанный с тем или иным фактором второго порядка, включает в себя как скоростные показатели когнитивной деятельности, так и оценочные, описывающие умственную деятельность индивида в терминах лучше-хуже, больше-меньше. Таким образом, на уровне факторов первого порядка скоростные и содержательные показатели деятельности довольно определенно разводятся, а на уровне факторов второго порядка - сосуществуют и вместе определяют содержание вторичного фактора.
Предложенная Дж. Кэрроллом структура когнитивных способностей ни в коей мере не является истиной в последней инстанции: она не свободна от недостатков, в частности, сна не воспроизводится полностью при конфирматорном факторном анализе (Brody, 2000), и естественно по мере появления новых данных она будет меняться. Однако на сегодняшний день она является наиболее подробной характеристикой когнитивной сферы (при ее рассмотрении в психометрике) и задает точки отсчета при анализе когнитивных способностей. Именно это представление о когнитивных способностях и используется в генетике поведения.
16
Следует отметить, что, хотя генетика поведения исходит из представления о иерархической организации когнитивной сферы, тем не менее не все уровни этой иерархии одинаково представлены в ее исследованиях. Предметом ее исследования становятся преимущественно первичные факторы (вербальные, пространственные, математические способности и т.д., каждая из которых представляет собой обобщение - факторизацию - результатов нескольких релевантных тестов).
Особенностью исследований когнитивных способностей является то, что авторы работ, практически всегда сами, на основании данных своего исследования, определяют структуру когнитивных характеристик: факторизуют показатели тестов, выделяют несколько факторов (первичных умственных способностей), подсчитывают суммарные показатели по каждой первичной способности и далее определяют генотип-средовую детерминацию ее вариативности. Теоретически такая схема анализа не вызывает возражений, однако на практике, при работе с ограниченным числом показателей и с небольшими по численности выборками, результаты факторизации оказываются подвержены случайным искажениям. Из-за этого в психогенетических исследованиях когнитивных способностей (и в ранних, и в современных) одно и то же название присваивается различающимся по содержанию факторам, например, невербальные способности могут определяться по всем невербальным субтестам шкалы Векслера, или только по двум субтестам, или по одному субтесту из шкалы Векслера и по показателям теста Готшальдта. Поскольку содержание и количество тестов, определяющих содержание первичной способности меняется, результаты генетического анализа невербального интеллекта, могут существенно различаться в разных исследованиях.
Случайность факторных структур рассматривалась как одна из причин противоречивости результатов генотип-средового анализа еще в 50-х годах прошлого века (Vandenberg, 1959, цит. по Fuller, Thompson, 1978), но и сегодня этот вопрос остается актуальным.
Надо сказать, что полностью избежать этих проблем довольно трудно. Конечно, можно использовать только стандартные тестовые батареи, но тогда набор когнитивных способностей окажется неоправданно ограничен.
17

Получить работу