הבדלים בפעילות מוחית בעת ביצוע תרגילי חשבון בין ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך וגבוה

Demir-Lira, Ö. E., Prado, J., & Booth, J. R. (2016). Neural correlates of math gains vary depending on parental socioeconomic status (SES). Frontiers in psychology, 7, 892.‏

בעת ביצוע פעולות חשבון שונות, אנו נשענים על מגוון רחב של אזורים מוחיים, ביניהם אזורים הקשורים לעיבוד מילולי ואזורים הקשורים לעיבוד מרחבי.  פעילות מוחית באזורים מילוליים קשורה לשליפה של עובדות חשבון ולתפקודים ניהוליים, בעוד שפעילות באזורים מרחביים קשורה למניפולציה של כמויות. 

בעבר נמצא שילדים בני 10-12 עם מיומנות נמוכה בחיבור וחיסור במספרים קטנים מפעילים אזורים מוחיים הקשורים ליצוגים מרחביים יותר מאשר ילדים עם מיומנות גבוהה בפעולות אלה.  החוקרים הסבירו ממצא זה בכך שילדים בעלי מיומנות נמוכה נשענים על יצוגים מרחביים ועל פרוצדורות (כמו ספירה) בעוד שילדים עם מיומנות גבוהה שולפים את הפתרון לתרגיל מהזיכרון, תוך שהם נשענים על יצוגים מילוליים.

קיימים הבדלים גדולים יותר בין ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך לגבוה בהיבטים המילוליים של מתמטיקה (למשל, פתרון תרגילים שמוצגים באופן מילולי) מאשר בהיבטים מרחביים של מתמטיקה (חישובים לא מילוליים, למשל באמצעות כמויות של נקודות).  באופן כללי, בין ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך לגבוה קיימים יותר הבדלים בכישורים מילוליים מאשר בכישורים מרחביים.   

במחקר זה בדקו החוקרים Demir-Lira  וחבריו פעילות מוחית אצל ילדים בני 8-13  במהלך ביצוע תרגילי חיסור חד ספרתי ובמהלך ביצוע משימות אחרות של עיבוד מילולי ועיבוד מרחבי.  במחקר השתתפו 33 ילדים.  רמת המשכל שלהם היתה 80 ומעלה.  הבעיה עם מחקר זה היא שרמת ההשכלה הממוצעת של המטפל הראשי בילד (מן הסתם, בדרך כלל האם) היתה 6 (על סקאלה של 1-7 כש – 7 זו רמת ההשכלה הגבוהה ביותר), ורמת התעסוקה הממוצעת של המטפל הראשי היתה 6 (על סקאלה של 1-9, כש – 9 זו רמת התעסוקה הגבוהה ביותר).  כלומר, המצב הסוציואקונומי הממוצע במחקר זה היה מעט גבוה מהממוצע.  לכן כשחוקרים אלה משווים בין מצב סוציואקונומי גבוה לנמוך, הם לא כוללים ילדים ממצב סוציואקונומי ממש נמוך. 

הפעילות המוחית בעת ביצוע תרגילי חיסור נבדקה פעמיים בהפרש זמן של שלוש שנים, כדי לראות שינויים באזורים המוחיים הפעילים לאורך זמן זה.  בשתי נקודות הזמן הילדים ביצעו גם מבחן שבדק שטף חשבוני (מהירות בפתירה של תרגילי חשבון פשוטים).

ראשית נמצא, שלא היה קשר בין המצב הסוציואקונומי לבין רמת הביצוע במבחן שטף חשבוני בבדיקה הראשונה.  לא היה קשר בין המצב הסוציואקונומי לבין מידת השינוי וההתפתחות בביצוע במבחן השטף החשבוני בבדיקה השניה.   

לצד זה נמצא, שאצל ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה יותר, התפתחות בשטף חשבוני בין שתי הבדיקות היתה קשורה יותר לפעילות באזורים מוחיים מילוליים (בעת ביצוע תרגילי חיסור) מאשר אצל ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך יותר.  אצל ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך יותר, התפתחות בשטף החשבוני בין שתי הבדיקות היתה קשורה יותר לפעילות באזורים מוחיים מרחביים (בעת ביצוע תרגילי חיסור) מאשר אצל ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה יותר. 

כלומר, ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה יותר משתמשים באזורים מוחיים הקשורים לעיבוד מילולי בעת ביצוע תרגילי חיסור יותר מאשר ילדים ממצב סוציאקונומי נמוך יותר.  אצל ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך יותר מתרחשת, בעת ביצוע תרגילי חיסור, פעילות מוחית רבה יותר באזורים הקשורים לעיבוד מרחבי מאשר אצל ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה יותר.  משמעות הדבר היא, שבהתאם למצב הסוציואקונומי, ילדים עשויים להשתמש ברשתות מוחיות שונות כדי לבצע פעולות מתמטיות!

ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה חשופים יותר לשפה באופן כללי וגם מדברים יותר עם הוריהם על חשבון באופן ספציפי.  כך, ייתכן שהם לומדים להשתמש יותר בייצוגים מילוליים כאשר הם פועלים בחשבון.  קיימים הבדלים קטנים יותר בין המצבים הסוציואקונומים במידת החשיפה לגירויים מרחביים. 

תכניות התערבות לשיפור כישורי חשבון אצל ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך משפרות ביצוע בהיבטים מילוליים של המתמטיקה, למשל השוואה בין מלות מספר, אבל לא משפרות ביצוע בהיבטים מרחביים של מתמטיקה כמו השוואה בין כמויות של נקודות.  כלומר כדי לסייע לילדים ממצב סוציואקונומי נמוך כדאי לפתח את "שפת החשבון", שימוש בשפה בעת ביצוע פעולות חשבון.

מסתבר שגם בקריאה, ילדים ממצב סוציואקונומי נמוך נשענים יותר על תהליכים ויזו – מרחביים אורתוגרפים מאשר ילדים ממצב סוציואקונומי גבוה.  מעניין לקרוא על כך עוד.

Cognition and reading in Low SES vs. low SES+ oral tradition children

Shany, M., & Geva, E. (2012). Cognitive, language, and literacy development in socio-culturally vulnerable school children–the case of Ethiopian Israeli children. In Current issues in bilingualism (pp. 77-117). Springer Netherlands. http://www.oise.utoronto.ca/gevalab/UserFiles/File/20142015_Publications/2012_Shany_Geva_in_Leikin_Schwartz_Tobin.pdf

This is an interesting chapter by Michal Shany and Esther Geva, discussing research that compared elementary school children whose parents immigrated to Israel from Ethiopia with children from low SES who are not of Ethiopian origin – in aspects of reading and cognitive abilities. 

The majority of Ethiopian immigrants to Israel come from a rural, oral tradition society, where over 90% of the community members are illiterate.  About 35% of  Ethiopian immigrant adults studied in an Ulpan (Hebrew courses funded by the government), and for most of them this has been their first exposure to a written language of any kind.  Fifty five percent of men and 70% of women of Ethiopian origin are illiterate in Hebrew.  Parents of Ethiopian children typically have 1 or 2 years of education, compared to an average of over 11.5 years for parents of Israeli Jewish children.  Over 52% of families coming from Ethiopia live in poverty, as compared to 16% of families in the general population.

Studies found that there are no significant differences between immigrant children and native speaking children in skills at the single word level like single word identification, single word decoding, non-word decoding and spelling.  This finding is true for many languages.  Thus we can expect that there will be no difference in these skills between a child of Ethiopian origin and his classmates who are not of Ethiopian origin, unless this child has learning disabilities. 

In a number of studies that focused on the word level skills of English speaking children who were learning Hebrew in bilingual English-Hebrew education , it was shown that in spite of limited language proficiency in Hebrew, these middle-class children can learn to decode and spell Hebrew words with accuracy, and decode Hebrew words with efficiency. Thanks to the simplicity of the phonological structure of Hebrew, the lexical outcome of assembling into words a series of matched grapheme-phonemes in vowelled Hebrew is unequivocal, and can be accomplished with accuracy even in the absence of linguistic proficiency.  When spelling-sound relations are straightforward (shallow orthography, there is only one way to read a word) – syntax and vocabulary don't affect single word decoding.  When the orthography is deep (the relation between letters and sounds are not unequivocal, the same word can be read in different ways giving different meanings) – syntax and vocabulary have a significant effect on single word decoding. 

Phonological processing, speed of lexical access and phonological memory predict word recognition skills in English as a second language.  Geva found that phonological awareness is more important in learning to read English than Hebrew.  She found a correlation of 0.62 between single word reading and phonological awareness in the native language (English), but a correlation of only 0.32 between word reading and phonological awareness in Hebrew (the second language). 

Naming speed may be a better predictor of reading fluency in languages that have shallow orthographies like Dutch, than in languages that have deep orthographies like English.   

Bilinguals or people learning a second language, who have problems in decoding and spelling in their native language, tend to have problems in decoding and spelling in the second language as well. 

Compared to single word decoding skills, immigrant children's reading comprehension is affected by many factors like oral language skills, vocabulary, the level of acculturation and familiarity with conventions of text structure and home literacy.  Homes that are literate in the native language (there are book in the native language at home, parents read stories in the native language) increase their children's chances to succeed in reading comprehension in the second language.  Reading comprehension skills transfer from the native language to the second language, when the child reaches an appropriate level of command of the second language.

Three hundred and twenty six children participated in this study.  One hundred and seventy five were of Ethiopian origin and 151 were of other origins.  The children studied in the first, second, fourth and sixth grades in six cities in northern and central Israel.  The children of both groups in each school and grade level came from the same classes.  The children of Ethiopian origin were born in Israel or came to Israel before they were 2 years old.  The other children were born in Israel. 

Although both groups of children came from low SES, the situation of the students of Ethiopian origin was worse:  their mothers spoke less Hebrew, their fathers were more unemployed, they had more people per room at home. 

Beginning in first grade, there was no difference between the two groups in phonemic discrimination and phonemic awareness.  There were also no differences between the two groups and the general population in these skills. 

In another study Shany found differences between kindergarten children of Ethiopian and non-Ethiopian origin in phonemic awareness and discrimination.  It seems that the gaps between the groups gradually close with the onset of formal education.

There was no difference between the two groups in single word reading accuracy in all grade levels.   However, compared with the national norms, both groups performed at the low average range. 

This finding is in line with other studies showing that with the onset of formal education, there are no differences between English as a second language speakers and native speakers in phonemic awareness and in single word reading skills.  These studies also show that regardless of the language spoken at home, the performance of children from low SES homes is lower than that of the general population.  Thus this delay can be attributed less to the language spoken at home than to insufficient exposure to reading, to a rich language and to literary contexts.  Children in both groups were hardly familiar with popular children's books. 

In each grade level, children of Ethiopian origin performed worse than children in the other group on a test of working memory.  Compared to the national norms, the performance of both groups was within average limits.  

In rapid naming of letters and numbers, single word reading speed and spelling, significant gaps between the groups closed by fourth grade.  In lower grades, both groups performed at the low to very low levels compared with the population average.  When the gaps between the groups closed, both of them also performed within average limits. 

Grammar skills:  in grades 1, 2 and 4, the average of the children from Ethiopian origin was in the 25^th percentile, and the average of the other group was in the 38^th percentile.  In 6^th grade, both groups' average was in the 25^th percentile.  This means that the children who were not of Ethiopian origin got worse. 

The low performance of both groups in oral language is probably related to their low SES, and to underexposure to rich language in written and oral contexts.  What's important is not only the fact that the parents don’t speak Hebrew or don't speak it well, but that the parents have low literacy in both languages, and that the quality of the language spoken at home, Hebrew or Amharic, doesn't prepare the children to the quality of language and concepts needed to succeed in school.

More about the effect of socioeconomic status on general intelligence

We've  recently read in the WISCR Hebrew manual about the connection between socioeconomic status (SES) and general intelligence.

Another evidence for this connection comes from adoption studies.  Adoption usually transfers children from low to higher SES, because an adoptive family's  SES  is usually at least average, while the SES of a family who gives its child up for abortion is usually low.  Adopted children usually have at least 12 IQ points more than siblings who stay with the biological parents or children adopted by low SES parents.

Furthermore, during the summer vacation, children from low SES homes lose IQ points (and academic skills), whereas children from high SES homes (homes that are in the top quintile) gain IQ points and academic skills.  This may be due to the enriching activities that high SES parents are able to expose their children to.

This finding attests to the importance of implementing good quality summer programs for children from low SES homes. 

Another interesting evidence for the influence of SES on general intelligence comes from twin studies,  Turkheimer and his colleagues studied 319 pairs of twins, 114 of whom were monozygotic (identical twins, who are genetically nearly identical) and 205 of whom were dizygotic (fraternal twins, essentially, two ordinary siblings who happen to be born at the same time, and share only about 50% of their genes).  The twins took the WISC test at the age of seven.  The researchers wanted to know the relative influence of environment versus genetics on the twins'  IQ scores.  If genetics has a strong influence on the IQ scores, the correlation of the identical twins' IQ scores will be higher than the correlation of the fraternal twins' IQ scores.  If the twins' shared environment  (the food they eat, the family outings they share, books they have at home, the level of conversation they have as a family, the parent's approach to education etc.) has a strong influence on the IQ scores, there will not be a difference between the IQ scores correlations of the identical and fraternal twins.

Surprisingly, the relative influence of genetics and shared environment varies in different SESs! For families at the lowest levels of SES, shared environment accounted for almost all of the variation in IQ, with genes accounting for practically none. As SES increased, the contribution of shared environment diminished and the contribution of genes increased, crossing in lower middle-class families. Finally, in the most socioeconomically advantaged families (who were not wealthy), practically all of the variation in IQ was accounted for by genes, and almost none was accounted for by shared environment.

Here is one possible explanation for this:  it's possible that the environment of children raised at lowest levels of SES does not supply them with lots of enriching and varied stimuli or activities.  Then, every enriching opportunity the child gets can gives him a chance to develop and realize his genetic mental potential.   High SES children already live in an enriching environment.  They exhaust  or realize  their full genetic mental potential.  Differences   in the enrichment and nurturance families of high SES supply don't make that much of a difference to their children's IQ scores.

This means that good interventions can be very helpful to children from low SES homes.  The best prekindergarten programs for lower SES children have a substantial effect on IQ, but this typically fades by late elementary school, perhaps because the environments of the children do not remain enriched. There are two exceptions to the rule that prekindergarten programs have little effect on later IQ. Both are characterized by having placed children in average or above-average elementary schools following the prekindergarten interventions. Children in the Milwaukee Project program had an average IQ 10 points higher than those of controls when they were adolescents. Children in the intensive Abecedarian prekindergarten program had IQs 4.5 points higher than those of controls when they were 21 years old.

Nisbett, R. E., Aronson, J., Blair, C., Dickens, W., Flynn, J., Halpern, D. F., & Turkheimer, E. (2012). Intelligence: new findings and theoretical developments.American psychologist, 67(2), 130.‏

Turkheimer, E., Haley, A., Waldron, M., D'Onofrio, B., & Gottesman, I. I. (2003). Socioeconomic status modifies heritability of IQ in young children.Psychological science, 14(6), 623-628.‏

עוד על השפעת המיצב הסוציו אקונומי על רמת המשכל הכללית

בפוסט מתאריך 16.10.15  קראנו במניואל של מבחן WISCR95 על הקשר בין מיצב סוציואקונומי ובין רמת המשכל הכללית.

עדות נוספת לקשר שבין המיצב הסוציואקונומי לבין רמת המשכל הכללית ניתן למצוא במחקרי אימוץ.  אימוץ בדרך כלל מעביר את הילדים ממיצב סוציואקונומי נמוך לגבוה יותר, מכיוון שהמיצב הסוציואקונומי של משפחות מאמצות הוא בדרך כלל בינוני לפחות, והמיצב הסוציואקונומי של משפחות שמוסרות את ילדיהן לאימוץ הוא בדרך כלל נמוך. ילדים מאומצים בדרך כלל מקבלים 12 נקודות משכל ומעלה יותר מאשר אחים שנשארו עם ההורים הביולוגים או ילדים שאומצו על ידי הורים ממיצב סוציואקונומי נמוך.

זאת ועוד: במהלך חופשת הקיץ, ילדים ממיצב סוציואקונומי נמוך מאבדים נקודות IQ (וכישורים אקדמים), אבל ילדים ממשפחות ממיצב סוציואקונומי גבוה (בחמישון העליון) מרוויחים במהלך הקיץ נקודות IQ וכישורים אקדמים, אולי בשל הפעילויות המעשירות שהוריהם מספקים להם בקיץ.   ממצא זה מצביע על החשיבות שבקיום קייטנות טובות לילדים ממצב סוציואקונומי נמוך. 

עדות נוספת ומעניינת מאד על השפעת המיצב הסוציואקונומי על רמת המשכל מתקבלת ממחקרי תאומים.  החוקר Turkheimer וחבריו חקרו 319 זוגות תאומים, ש – 114 מהם היו מונוזיגוטים (כלומר בעלי מטען גנטי זהה לחלוטין, תאומים זהים) ו – 205 היו דיזיגוטים (כלומר, בעלי מטען גנטי זהה ב – 50% בממוצע, כמו אחים רגילים).  תאומים אלה עברו מבחן WISC בגיל שבע.  החוקרים רצו לראות מהי ההשפעה היחסית של הסביבה לעומת התורשה על ציוני המשכל של התאומים.  אם הגנטיקה משפיעה חזק על ציוני המשכל, המתאם בין ציוני המשכל של התאומים הזהים יהיה גבוה יותר מהמתאם בין ציוני המשכל של התאומים הלא זהים.  אם הסביבה המשותפת אותה חולקים התאומים (המזון שהם אוכלים, הבילויים המשפחתיים המשותפים, הספרים שנמצאים בבית, השיחה המשותפת בין בני המשפחה, גישת ההורים לחינוך וכו') משפיעה חזק על ציוני המשכל, לא יהיה הבדל בין המתאמים בין ציוני המשכל של התאומים הזהים והלא זהים.   

למרבה ההפתעה, הסתבר שההשפעה היחסית של הגנטיקה לעומת הסביבה המשותפת משתנה במיצבים סוציואקונומים שונים!  במשפחות ממיצב סוציואקונומי נמוך ביותר, ההשפעה של הסביבה המשותפת על ציוני המשכל היתה גדולה מאד, בעוד שההשפעה של המטען הגנטי על ציוני המשכל היתה כמעט אפסית.  ככל שהמיצב הסוציואקונומי עלה, ההשפעה של הסביבה המשותפת על ציון המשכל הלכה וירדה וההשפעה של הגנטיקה הלכה ועלתה.  במשפחות במיצב הסוציואקונומי הגבוה ביותר, ההשפעה של הגנטיקה על ציון המשכל היתה גדולה מאד, וההשפעה של הסביבה המשותפת על ציוני המשכל היתה כמעט אפסית.    

למה זה כך?  הנה הסבר אפשרי אחד:  ייתכן, שאצל משפחות ממיצב סוציואקונומי נמוך, הסביבה אינה מספקת הרבה גירויים מעשירים ומגוונים, ואז כל העשרה שהילד מקבל יכולה לתת לו הזדמנות לפתח את הפוטנציאל השכלי הגנטי שיש לו.  לעומת זאת, אצל משפחות ממיצב סוציואקונומי בינוני וגבוה, הסביבה כבר ממילא עשירה, כך שילד הגדל בה ממצה את הפוטנציאל השכלי הגנטי שלו, והבדלים בין משפחות במידת ההעשרה הנוספת שהן מעניקות, לא גורמים להבדלים משמעותיים בין ילדים ברמות המשכל.

משמעות הדבר היא, שתכניות העשרה יכולות לתרום מאד לילדים ממיצב סוציואקונומי נמוך. תכניות ההתערבות הטובות ביותר לילדים במיצב סוציואקונומי נמוך בגיל הרך אכן משפיעות באופן משמעותי על ציון ה = IQ, אך השפעה זו בדרך כלל דועכת עד לכיתות הגבוהות של בית הספר היסודי, אולי מכיוון שהסביבות של הילדים לא נשארות מועשרות.  תכניות התערבות בגיל הרך שהצליחו להשיג השפעה לטווח ארוך על ציון ה – IQ הן תכניות בהן הילדים המשיכו ולמדו בבי"ס יסודי טוב בסביבה עם מיצב סוציואקונומי ממוצע ומעלה.  ילדים אלה קיבלו בגיל ההתבגרות 10 נקודות IQ יותר מאשר ילדי ביקורת במחקר אחד, ובמחקר אחר הם קיבלו בגיל 21 ארבע וחצי נקודות IQ יותר מאשר קבוצת ביקורת.  

המידע שהובא כאן לקוח ממקורות אלה:

1.    Nisbett, R. E., Aronson, J., Blair, C., Dickens, W., Flynn, J., Halpern, D. F., & Turkheimer, E. (2012). Intelligence: new findings and theoretical developments.American psychologist, 67(2), 130.‏

2.    Turkheimer, E., Haley, A., Waldron, M., D'Onofrio, B., & Gottesman, I. I. (2003). Socioeconomic status modifies heritability of IQ in young children.Psychological science, 14(6), 623-628.‏