Onze pupillen reageren niet alleen op licht. Ze verraden ook opwinding, interesse of mentale uitputting. De FBI kijkt zelfs naar verwijde pupillen om bedrog op te sporen. Recent onderzoek in ons lab aan het Georgia Institute of Technology wijst nu ook op een nauw verband tussen baseline pupilgrootte (pupildiameter in rust) en individuele verschillen in intelligentie. Hoe groter de pupillen, hoe hoger de intelligentie, is gebleken uit tests die naar redeneervermogen, aandacht en geheugen peilen. Meer nog, het verschil in pupilgrootte bij mensen die het hoogst scoren in cognitieve tests en bij hen die het laagst scoren is zo duidelijk dat je het zelfs kunt waarnemen met het blote oog. Dat konden we in drie verschillende studies vaststellen.
We hebben dit merkwaardige verband voor het eerst ontdekt toen we de verschillen in mentale inspanning tijdens geheugentaken bestudeerden. Daarbij gebruikten we pupilverwijding als indicator voor de mate van inspanning, een techniek die in de jaren 1960 en 1970 door psycholoog Daniel Kahneman werd gepopulariseerd. Toen we ook een verband vaststelden tussen pupillen in rust en intelligentie, waren we niet zeker of dit wel echt bestond en wat dit dan zou kunnen betekenen.
Een vette, flikkerende asterisk
Dit intrigeerde ons echter en we startten verschillende grootschalige studies op. Daarvoor rekruteerden we meer dan 500 mensen tussen 18 en 35 jaar uit Atlanta en omgeving. Eerst bepaalden we de pupilgrootte van de deelnemers met een eyetracker, een toestel dat de lichtweerkaatsing door pupil en cornea (het hoornvlies) meet met behulp van een speciale camera en een computer. We registreerden de pupilgrootte in rust terwijl de deelnemers enkele minuten naar een leeg computerscherm staarden, waarbij de eyetracker voortdurend opnames maakte. Met de gegevens van de tracker berekenden we dan de gemiddelde pupilgrootte van elke deelnemer.
Voor alle duidelijkheid, met pupilgrootte wordt de diameter bedoeld van de ronde, zwarte opening in het midden van het oog, die kan gaan van twee tot acht millimeter. Rond de pupil ligt dan de kleurrijke iris, die instaat voor de controle van de pupilgrootte. Omdat onze pupillen vernauwen bij fel licht, zorgden we in het lab bij alle deelnemers voor lichtdemping.
In het volgende deel van het experiment voerden onze deelnemers een reeks cognitieve tests uit, die ontworpen zijn om 'fluïde intelligentie' (het vermogen om over nieuwe problemen te redeneren), 'werkgeheugen' (informatie onthouden voor een bepaalde tijd) en 'aandachtscontrole' (het vermogen om te focussen bij afleiding en verstoring) te meten.
Tijdens een proef voor aandachtscontrole moesten de deelnemers zich bijvoorbeeld beheersen om niét naar een vette, flikkerende asterisk aan één kant van het computerscherm te kijken. In de plaats daarvan moesten zij aan de andere kant van het scherm een letter identificeren, die telkens weer heel snel verdween. Zelfs een korte blik op de knipperende asterisk kon ertoe leiden dat zij de letter misten. Eigenlijk zijn wij gespecialiseerd om te reageren op voorwerpen die door ons perifere gezichtsveld flitsen; dat stelde ons vroeger goed in staat om een prooi of roofdier op te merken. Maar voor deze taak moesten de deelnemers hun aandacht juist weghalen van het flikkerende sterretje en op de letter richten.
Zo stelden we dus een correlatie vast tussen grotere pupillen in rust en meer fluïde intelligentie, betere aandachtscontrole en in minder mate ook werkgeheugen. Dat wijst op een fascinerend verband tussen onze hersenen en ogen. Interessant genoeg bleek er ook een negatieve correlatie te zijn tussen pupilgrootte en leeftijd: oudere deelnemers hadden eerder kleine, vernauwde pupillen. Maar na het standaardiseren voor leeftijd bleef de relatie tussen pupilgrootte en cognitief vermogen overeind.
Breinactiviteit
Waarom is er nu een correlatie tussen pupilgrootte en intelligentie? Om die vraag te kunnen beantwoorden, moeten we begrijpen wat er zich in het brein afspeelt. De pupilgrootte houdt namelijk verband met activiteit in de locus coeruleus, een kern in het bovenste deel van de hersenstam met verre uitlopers naar de rest van het brein. Deze locus coeruleus geeft noradrenaline af, een stof die zowel in de hersenen als in het lichaam als neurotransmitter en hormoon werkt, en processen als waarneming, aandacht, leren en geheugen regelt. Noradrenaline helpt om een gezond georganiseerd brein te behouden, zodat ver van elkaar gelegen hersengebieden kunnen samenwerken om moeilijke taken en doelen tot een goed einde te brengen. Een slecht functionerende locus coeruleus - en dus een gebrekkig georganiseerde breinactiviteit - wordt gelinkt aan aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en ADHD. De organisatie van de breinactiviteit is zelfs zo belangrijk dat onze hersenen daar de meeste energie in stoppen, zelfs als we helemaal niets doen en bijvoorbeeld minutenlang naar een leeg computerscherm staren.
Eén hypothese is nu dat de activiteit van de locus coeruleus beter gereguleerd is bij mensen met grotere pupillen in rust, wat dan bevorderlijk zou zijn voor cognitieve prestaties en hersenfunctie in rust. Verder onderzoek zal die mogelijkheid moeten bestuderen en achterhalen waarom er een verband is tussen grote pupillen enerzijds en een hogere fluïde intelligentie en aandachtscontrole anderzijds. Maar er is duidelijk meer aan de hand dan op het eerste gezicht lijkt.
Dit artikel verscheen eerder in Scientific American.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.