Working memory, learning and academic achievement - Swanson & Alloway - 2012 - Artikel

Het geheugen geeft het vermogen om informatie te coderen, verwerken en weer terug te vinden. Het geheugen is noodzakelijk voor het leren en academisch functioneren. Voor het onderwijs is het om twee redenen essentieel om het geheugen te onderzoeken. Ten eerste, het geheugen reflecteert toegepaste cognitie; dat wil zeggen, geheugenfuncties reflecteren alle belangrijke aspecten van leren. Ten tweede lijken kinderen niet volledig, of zelfs slechts gedeeltelijk, hun geheugenvaardigheden te gebruiken. Om deze reden moeten er procedures gevonden worden in de educatie van kinderen om hun potentie in het geheugen volledig te benutten. In dit hoofdstuk worden onderzoeken naar geheugenvaardigheden van kinderen besproken en de toepassing hiervan in hun academische prestaties.

Het functioneren van het werkgeheugen blijkt een goede voorspeller van academische prestaties van kinderen in meerdere domeinen. Er wordt daarom enkel gefocust op het werkgeheugen. Daarnaast is het werkgeheugen essentieel in leren gedurende de kindertijd, welk gegeven ondersteund wordt door onderzoeken waarbij een duidelijke link naar voren komt tussen werkgeheugen, leren en intelligentie. Bovendien lijkt een disfunctionerend werkgeheugen de primaire moeilijkheden in leren te veroorzaken bij kinderen met gedragsproblemen.

Werkgeheugen wordt, in deze context, gedefinieerd als de verwerkingsbron van een gelimiteerde hoeveelheid informatie, terwijl tegelijkertijd dezelfde of andere informatie wordt verwerkt. Werkgeheugentaken meten de mogelijkheid van een individu om relevante informatie voor een taak te handhaven en de gecontroleerde verwerking ervan te reguleren.

Theoretische raamwerk van het werkgeheugen

Waar in het kortetermijngeheugen informatie kortdurend passief wordt vastgehouden, wordt in het werkgeheugen informatie actief gemonitord, gemanipuleerd en bewaard. Het tripartite model van Baddeley stelt dat het werkgeheugen bestaat uit een centraal executief controlerende functie, welke interacteert met de fonologische lus en het visuospatiële kladblok. De fonologische lus slaat tijdelijk verbale informatie op. Het visuospatiële kladblok is verantwoordelijk voor de opslag van visuospatiële informatie, en speelt een rol in het genereren en manipuleren van mentale beelden. Het centrale systeem controleert en reguleert het werkgeheugensysteem door de twee onderliggende systemen te focussen, aandacht te verschuiven en representaties in het langetermijngeheugen te activeren. Het heeft een sleutelrol in gecontroleerde aandacht. Neuropsychologisch onderzoek ondersteunt het tripartite model. Werkgeheugenactiviteit lijkt namelijk goed te lokaliseren in hersengebieden. De executieve centrale controle wordt gelokaliseerd in de prefrontale cortex, de fonologische lus wordt gelokaliseerd in de linker pariëtale kwab en het visuospatiële kladblok in de rechter pariëtale kwab.

Alternatieve modellen

Er zijn een aantal kanttekeningen te plaatsen bij het model van Baddeley, waarvan hieronder vier besproken worden.

1. Er worden in de literatuur over het werkgeheugen verschillende bronnen genoemd van individuele verschillen. Volgens Engle (1999) hangen limitaties af van gecontroleerde aandacht en de hoeveelheid informatie die uit het langetermijngeheugen vastgehouden kan worden. Andere onderzoekers suggereren dat het werkgeheugen bestaat uit componenten van het kortetermijngeheugen en gecontroleerde aandachtsprocessen. Dit komt enigszins overeen met Miyake en Shah’s (1999) suggestie dat het werkgeheugen bestaat uit basis mechanismen, met als belangrijkste component het vasthouden van informatie voor een korte periode onder gefocuste aandacht. Baddeley en Logie (1999) stellen dat individuele verschillen voortkomen uit gespecialiseerde functies van de fonologische lus en het visuospatiële kladblok. Vanwege, of misschien ondanks, de overeenkomsten is het belangrijk om de andere modellen in ogenschouw te houden.
2. De meeste onderzoeken hebben hun nadruk gelegd op het fonologische systeem met betrekking tot leerproblemen in onder andere lezen en wiskunde. Echter, andere onderzoeken benadrukken dat de executieve functie van het werkgeheugen meer van belang is bij leesproblemen. Recent onderzoek focust zich op de vraag hoe de executieve component en het fonologische systeem bijdragen aan moeilijkheden in academische prestaties. Sustained attention, aanhoudende aandacht, is een component van het executieve systeem en zou in alle domeinen problemen op kunnen leveren wanneer het niet goed functioneert. Taken die afhankelijke zijn van specifieke kennis zouden dan weer afhankelijk zijn van een domein-specifiek systeem.
3. Het werkgeheugen wordt op verschillende manieren gepoogd te meten, waarvan niet alle construct validiteit bezitten. Daarnaast zijn er zwakke intercorrelaties gevonden tussen metingen van het werkgeheugen. Ondanks de verschillende opvattingen over het werkgeheugen is er een consensus over aandachtscontrole. Er is onderscheid gemaakt tussen het kortetermijngeheugen, waarin aandacht enkel kort vastgehouden moet worden, en het werkgeheugen, waarin aandacht naast vastgehouden, ook verwerkt of bewerkt moet worden.
4. De meeste onderzoeken welke links leggen tussen het werkgeheugen van kinderen en hun presteren zijn correlationeel en/of vergelijken hoog presteerders met laag presteerders. Studies berust op correlaties hebben over het algemeen veel problemen. Zo kan de richting van het effect niet of moeilijk aangewezen worden en is de causaliteit van het verband onduidelijk. Daarnaast houden veel onderzoeken de mogelijkheid tot een ander model niet in ogenschouw.

De link tussen groei in het werkgeheugen en prestaties

Kinderen die slecht presteren op werkgeheugentaken hebben ook moeilijkheden met onder andere lezen, wiskunde en schrijven. Wat deze correlatie medieert is onduidelijk. Verscheidene factoren spelen hierin een rol, zoals: de mogelijkheid om aandacht te reguleren en te verplaatsen, de kennis in dat gebied, fonologische en visuospatiële mogelijkheden et cetera. Variaties in de correlaties tussen werkgeheugen en prestaties reflecteren variaties in de methodologie, het type werkgeheugentaak en het specifieke academische domein wat gerelateerd wordt aan werkgeheugen.

Er zijn twee mogelijke verklaringen voor de link tussen werkgeheugen en presteren. De eerste stelt dat limitaties in het werkgeheugen gerelateerd zijn aan specifieke verwerkingsvaardigheden, zoals taal of domein specifieke kennis. Het werkgeheugen wordt hierin gezien als een secundair proces ten opzichte van andere cognitieve processen. Desondanks blijven er verschillen bestaan in prestaties op werkgeheugentaken als er gecontroleerd wordt voor invloeden van deze cognitieve processen. De tweede verklaring stelt dat de werkgeheugencapaciteit deels afhangt van de mogelijkheid om complexe academische vaardigheden te leren. Er is bewijs gevonden voor een link tussen een slechte ontwikkeling van het werkgeheugen en veranderingen in academisch presteren.

Groei in presteren gerelateerd aan groei in het werkgeheugen

Recente studies hebben de link tussen ontwikkeling in bepaalde componenten van het werkgeheugen en ontwikkeling in lezen en/of wiskunde. Er is onder andere gevonden dat het werkgeheugen, ook ten opzichte van het IQ, een goede voorspeller is voor academisch succes in normaal ontwikkelende kinderen.

Ontwikkeling in lezen en wiskunde

Longitudinaal onderzoek stelt dat ontwikkeling in het werkgeheugen een belangrijke voorspeller is van prestaties op het gebied van lezen en wiskunde op latere leeftijd in de kindertijd. Deze link blijft bestaan ondanks dat de bijdragen van de kennis van de kinderen en individuele verschillen in fonologische verwerking, remming en verwerkingssnelheid meegenomen zijn in het onderzoek.

Individuele verschillen en presteren

Woordherkenning

Kinderen met problemen op het gebied van woorden lezen lijken beperkingen te hebben in de fonologische lus en het executieve systeem van het werkgeheugen. Deze twee systemen lijken enigszins onafhankelijk van elkaar te opereren. Problemen van het verbale werkgeheugen lijken daarnaast onafhankelijke te ontwikkelen van problemen in het verbale kortetermijngeheugen.

Begrijpend lezen

Zowel het korte termijn- als werkgeheugen dragen bij aan het begrijpend lezen van kinderen. Een aantal onderzoekers suggereren dat beperkingen in het werkgeheugen met betrekking tot begrijpen primair toegeschreven worden aan een geïsoleerd opslagsysteem welke fonologische informatie vasthoudt. Andere onderzoekers suggereren dat beperkingen in executief verwerken ook bijdragen aan de variantie in slecht tekstbegrip bij kinderen welke verder gaat dan de beperkingen in fonologische verwerking. Zo komt uit onderzoek naar voren dat goede en slechte lezers hetzelfde presteren in taken gerelateerd aan fonologische verwerking en verschillend op werkgeheugentaken. Hieruit kan geconcludeerd worden dat niet enkele problemen in de fonologische lus een primaire rol spelen in beperkingen van tekstbegrip bij kinderen.

Schrijven

Cognitieve veeleisende processen leggen veel druk op het werkgeheugen van kinderen. Deze processen zijn bijvoorbeeld het genereren van ideeën, de vertaling van deze ideeën in woorden, zinnen en betoogstructuren. Wanneer kinderen moeilijkheden hebben in het managen van de meerdere processen van samenstellen zijn er aanvullende werkgeheugenbronnen nodig om alles te overzien. Bij schrijven zijn meerdere processen aan de gang, zoals de informatie die benodigd is om te schrijven, de spelling en grammatica et cetera. Naast de bronnen om ideeën te genereren en tekst te produceren moet de schrijver ook een beroep doen op het de executieve functie om het geheel in goede banen te leiden. Schrijven is dus ook afhankelijk van de beschikbare bronnen in het werkgeheugen.

Rekenkundige berekeningen

Het werkgeheugen speelt een cruciale rol bij wiskunde. Onduidelijk is nog of hier een domein specifiek of algemeen systeem aan onderliggend is aan rekenproblemen. Het verbale werkgeheugen lijkt een verschil te maken tussen kinderen met een zonder problemen in het rekenen. Of dit in de eerste plaats te maken heeft met het fonologische systeem is onduidelijk. Mogelijk zijn ook andere processen betrokken, zoals het executief verwerken van verbaal materiaal.

Probleemoplossend vermogen

Probleemoplossend vermogen lijkt een vaardigheid van hogere orde te zijn, wat aan lijkt te geven dat werkgeheugenvaardigheden bijdragen aan probleemoplossend vermogen. Eén van de kernproblemen waar kinderen tegen aan lopen in het oplossen van wiskundige problemen is gerelateerd aan vaardigheden die toegeschreven worden aan een centrale executieve functie in het werkgeheugen. Daarnaast lijken, behalve het werkgeheugen, ook leesvaardigheid, verwerkingssnelheid en de beschikbare informatie uit het langetermijngeheugen bij te dragen aan probleemoplossing. Het werkgeheugen zou de relevante informatie uit het langetermijngeheugen activeren. Andere onderzoekers stellen dat er hiernaast een subsysteem bestaat welke het cognitieve systeem reguleert en bestuurt.

Subtypes van leerproblemen

Kinderen met voornamelijk lees en/of wiskundige problemen kunnen niet duidelijk gedefinieerd worden met werkgeheugenmetingen. Hoewel deze kinderen slecht presteren op één van deze twee gebieden kan hierin hetzelfde disfunctioneren ten grondslag liggen in het werkgeheugen als bij het andere probleem. Wanneer het executief verwerken en de opslag in het langetermijngeheugen wordt meegenomen in het onderzoek wordt verduidelijkt wat precies de verschillen tussen deze problemen veroorzaakt. Zo zouden zowel problemen in de executieve functie en het visuospatiële systeem latere problemen bij rekenen veroorzaken, terwijl moeilijkheden in het lezen voorspelt zouden kunnen worden aan de hand van het functioneren van het executieve systeem en het fonologische systeem.

Factoren gerelateerd aan het werkgeheugen en presteren

Vloeibare intelligentie

Vloeibare intelligentie wordt gemeten door tests van redeneren, denken of de mogelijkheid om nieuwe informatie tot je te nemen, terwijl gekristalliseerde intelligentie de kennis is die men al heeft in een bepaald gebied. Het werkgeheugen draagt bij aan de verschillen in metingen van vloeibare en vaste intelligentie. Gecontroleerde aandacht lijkt onderliggend te zijn aan varianties in vloeibare intelligentie en wiskundige vaardigheden. Fonologische opslag lijkt onderliggend te zijn aan varianties in leesvaardigheden. Verder onderzoek is nodig om processen te identificeren die direct de relatie tussen componenten van het werkgeheugen en de typen van intelligentie beïnvloedt.

Aandachtsprocessen

Gecontroleerde aandacht is het vermogen om relevante informatie vast te houden, terwijl niet-relevante informatie ondertussen de aandacht ook trekt. Er zijn met betrekking tot het reguleren van aandacht twee aannames en een conclusie. Ten eerste wordt executief verwerken gemeten met taken waarin de proefpersoon moet coördineren tussen een primaire en een secundaire taak. Het executieve systeem zorgt er vervolgens voor dat er selectieve aandacht is, aandacht voor niet-relevante stimuli wordt geremd en er prioriteiten worden gesteld voor de juiste processen. De tweede aanname stelt dat prestaties noemenswaardig verminderen wanneer er een beperkt aantal mentale bronnen is. Deze beperkingen worden veroorzaakt door een onvermogen om informatie goed op te slaan in het langetermijngeheugen. Verschillen in de druk op mentale bronnen worden duidelijker naarmate er meer informatie verwerkt moet worden. De conclusie die wordt getrokken is dat individuele verschillen in de executieve component van het werkgeheugen direct gerelateerd zijn aan presteren bij individuen met een gemiddeld of bovengemiddeld intelligentieniveau.

Uit onderzoeken naar aandachtsprocessen komt naar voren dat kinderen met beperkingen in het werkgeheugen moeilijkheden kan veroorzaken op het gebied van gecontroleerde aandacht, selectieve aandacht en het monitoren van informatie in het werkgeheugen. Desondanks hoeft disfunctioneren in de executieve functie van het werkgeheugen niet te betekenen dat het kind in alle gebieden die betrekking hebben op executief functioneren problemen heeft.

Met betrekking tot gecontroleerde aandacht zijn er twee modellen. Het ‘resource sharing’ model suggereert dat alle aspecten van het presteren van het werkgeheugen beperkingen hebben in hun capaciteit. Het ‘task switching’ model stelt dat de capaciteiten bij kinderen die hoog of laag presteren hetzelfde zijn, maar dat kinderen die laag presteren moeilijkheden ondervinden met het switchen van aandacht naar processen die de aandacht vereisen.

Werkgeheugenmetingen

Om het juiste onderwijs te bieden aan kinderen met werkgeheugenproblemen is het belangrijk te meten waar de problemen zich precies bevinden. De ‘Working Memory Rating Scale (WMRS)’ is een vragenlijst waarbij onderscheid gemaakt kan worden tussen lage en gemiddelde werkgeheugenprestaties. De leraar beoordeelt hoe typerend het gedrag voor het kind is. De schaal is ontworpen voor kinderen van 5 tot 12 jaar.

Een ander instrument is de ‘Working Memory Index of the Wechsler Intelligence Scale for Children – Fourth Edition (Wisc-IV)’, waarmee bepaalde aspecten van het werkgeheugen gemeten kunnen worden. Het geeft een ruwe schatting van het werkgeheugen van kinderen. Echter, het is hiermee lastiger onderscheid te maken tussen sterkten en zwakten van het kind. Daarnaast het is een verbale test, waardoor kinderen met verbale problemen mogelijk slechter presteren, ongeacht hun verdere presteren. Bovendien focust de test op kennis die het kind wel of niet heeft, waardoor kinderen slechter kunnen presteren doordat zij deze kennis niet bezitten, terwijl hun werkgeheugen intact is. De ‘Automated Working Memory Assessment (AWMA)’ is een taak op de computer voor kinderen van 4 jaar tot jongvolwassenen van 22 jaar. Het meet zowel het kortertermijngeheugen als het werkgeheugen, en neemt naast verbale informatie ook visuospatiële informatie op. De test brengt risicovolle individuen goed in kaart.

Geheugeninterventies

Om het werkgeheugen te trainen zijn er verschillende interventies. Het trainen van strategiegebruik focust zich voornamelijk op het aanleren van strategieën om informatie beter te onthouden. Hoewel dit positieve effecten heeft, zijn deze niet direct gelinkt aan het presteren van het werkgeheugen. Een alternatief is cognitieve training, welke zich specifiek richt op processen gerelateerd aan het werkgeheugen. Het werkgeheugen wordt direct getraind. De resultaten van cognitieve trainingen zijn echter niet eenduidig en dienen verder onderzocht te worden. Daarnaast is het directe effect op het academische presteren nog niet aangetoond. Een andere methode is ‘Testing-the-Limits’. Deze methode stelt dat condities waarin simpele feedback en geheugencues worden gegeven uniek bijdragen aan variantie in lees- en rekenvaardigheden. Het presteren van het werkgeheugen zou verhoogt worden wanneer er cues en feedback gegeven worden. Kortom: Het werkgeheugen kan verbeteren door training, maar het is nog onduidelijk of dit een direct effect heeft op academische prestaties.

Implicaties

De onderstaande implicaties zijn voor de leraar of schoolpsycholoog.

1. Er bestaat een significante relatie tussen componenten van het werkgeheugen en leren. De fonologische lus en het executieve systeem lijken een belangrijkere rol te spelen in gebieden van probleemoplossing, lezen en schrijven, ten opzichte van de visuospatiële component.
2. In de klas wordt aanspraak gedaan op het werkgeheugen. Leraren moeten hierop verdacht zijn bij hun instructies en moeten focussen op procedures om leerlingen te helpen die beperkingen ervaren van het werkgeheugen.
3. Naast tests kunnen leraren gedragingen die wijzen op een slecht functionerend werkgeheugen herkennen tijdens de les. Voorbeelden zijn kinderen die moeilijkheden met het richten van hun aandacht en herhaling van de instructie vragen.
4. Kinderen met een gemiddelde intelligentie kunnen moeilijkheden ervaren in het werkgeheugen. Kinderen met werkgeheugenproblemen kunnen hiervoor compenseren door informatie uit het langetermijngeheugen. Dit is tevens een manier om kinderen te leren omgaan met werkgeheugenproblemen.
5. Expliciete training voor het werkgeheugen heeft nog geen direct effect gehad op academische prestaties. Strategietraining en cueing procedures verhogen echter wel het presteren van het werkgeheugen. Strategietraining gericht op een specifiek domein verbetert prestaties in dat domein. Wellicht legt het minder druk op het werkgeheugen, waardoor andere mentale bronnen beschikbaar komen om te focussen op relevante informatie.

Conclusies

Beperkingen van het werkgeheugen beïnvloeden het leren en academische prestaties. Moeilijkheden in lezen, rekenen en schrijven zouden gerelateerd zijn aan de fonologische lus en het executieve systeem. Dit is echter niet het enige subsysteem van het werkgeheugen met een belangrijke taak in complexe activiteiten. Kinderen met verlaagde gecontroleerde aandachtprocessen hebben ook en ernstig nadeel ten opzichte van hun leeftijdsgenoten. Deze aandachtsprocessen kunnen opgedeeld worden in de volgende drie: het vasthouden van taak-relevante informatie terwijl men afgeleid wordt door andere informatie, situaties welke suppressie en remming van irrelevante informatie vereisen, de beschikbaarheid van informatie uit het langetermijngeheugen. Het werkgeheugen kan getraind worden, maar er is niet gevonden dat de academische prestaties hier daadwerkelijk door verbeteren. Hoewel gesuggereerd wordt dat laagpresterende kinderen moeilijkheden hebben met de fonologische lus en het executieve systeem, is het onduidelijk hoe deze twee systemen met elkaar samenwerken. Wellicht ontstaat op dat niveau het probleem.

Er zijn nog onduidelijkheden over hoe het werkgeheugen gerelateerd is aan leerproblemen in de volgende gebieden:

• Hoe worden processen gerepresenteerd bij kinderen die laag presteren in bijvoorbeeld lezen en rekenen? Processen die bijdragen aan de opslag en verwerking in het werkgeheugen zijn tamelijk onbekend. Het is ook onduidelijk hoe deze processen aan elkaar gerelateerd zijn of dat deze wellicht onafhankelijk van elkaar opereren.
• Bijdragen van de omgeving. Onderzoeken in de leeromgeving hebben niet verduidelijkt welke factoren van het werkgeheugen gemanipuleerd kunnen worden door bijvoorbeeld specifieke instructies te geven of bepaalde strategieën te gebruiken. Hoe kan het langetermijngeheugen hierbij betrokken worden?
• Waarom is het werkgeheugen gerelateerd aan het academisch presteren? Vervolgonderzoek zou zich moeten richten op de vraag hoe het komt dat werkgeheugentaken een goede voorspeller zijn voor academische prestaties.

Samengevat suggereert deze studie dat het werkgeheugen onderliggend is aan bepaalde academische problemen bij kinderen. Hoewel laagpresterende kinderen moeilijkheden ondervinden met betrekking tot de fonologische lus, hebben zij ook moeilijkheden met betrekking tot de executieve componenten van het werkgeheugen. Dit komt overeen met de visie van meerdere theoretici, welke de ‘resource interaction’ benadering aanhangen, waarin individuele verschillen ontstaan wanneer academische processen concurreren om een beperkt aantal beschikbare werkgeheugenbronnen.