Hur skulle den genetiska forskningen kunna hjälpa fler barn att lyckas i skolan?

I fredags använde jag Twitters omröstningsfunktion för att fråga er följare vilket ämne som ni ville att mitt nuvarande blogginlägg skulle behandla. Beteendegenetikens roll för skolprestationer blev den klara vinnaren med 40% av rösterna. I det här inlägget kommer jag därför att presentera en rad olika fynd från det beteendegenetiska fältet som visar att såväl skolprestationer och utbildningsval är i hög grad ärftliga men att det inte utesluter betydande miljöinfluenser. Jag kommer avslutningsvis att sammanfatta vad den molekylärgenetiska utbildningsforskningen har kommit fram till och hur den forskningen kommer att kunna bidra till tidigare och bättre stödinsatser för barn som har det svårare att lyckas i skolan.

Om ni är osäkra på tvillingmodeller rekommenderar jag att ni läser mitt inlägg om ärftlighet och gen-miljökorrelationer.

 

Tillbaka till skolbänken

Om du, liksom jag, tillhör den äldre generationen som genomgick sin grundskoleutbildning innan friskolereformen implementerades i hög fart kommer du att ha troligtvis gått i den traditionella kommunala skolan i nära anslutning till ditt barndomshem. Du och dina kamrater hade med hög sannolikhet föräldrar med liknande utbildningar och yrken. På somrarna spelade ni troligtvis fotboll och på vintrarna hockey i de lokala klubbarna. Ni uppskattade samma typ av musik och diskuterade ivrigt de tv-serier som ni hade sett kvällen innan. I skolan blev ni undervisade av ett och samma lärarlag. Med allt detta i åtanke vill jag att du blundar nu för en stund och tänker tillbaka till ett tillfälle när du nervöst satt och inväntade att er lärare skulle dela ut ett prov. När du satt där i skolbänken kunde du med en relativt hög träffsäkerhet peka ut de av dina kamrater som skulle få ett lågt respektive ett högt provresultat. Du skulle även kunna peka ut de som exempelvis hade en talang för att teckna respektive de som var höjdare på idrotten. Trots att du och dina klasskamrater hade i huvudsak en liknande grad av socioekonomisk status och en rad likvärdiga miljöexponeringar – både i skolan och på fritiden – förelåg det således en enorm variation i vilka förmågor som ni hade. Men vad förklarar dessa skillnader er emellan? Det är något som beteendegenetiker har intresserat sig för.

 

Lärdomar av de brittiska tvillingarna

Genom åren har det genomförts ett stort antal tvillingstudier i Storbriannien inom ramen för den s.k. TEDS-studien, vilket utgörs av ett nationellt representativt urval av cirka 11.000 tvillingar. Studierna har generellt visat att ärftliga faktorer förklarar över hälften av variationen, eller individuella skillnader, i skolprestationer som mättes när deltagarna var 16 år gamla (GCSE) (1). Man har därtill kunnat påvisa att mellan en femtedel och en fjärdedel av samma variation har kunnat tillskrivas delade miljöfaktorer, alltså icke-genetiska faktorer som delas inom en familj som ökar tvillingarnas samstämmighet vad gäller utfallet av intresse. Såväl arv som miljö spelar således viktiga roller för att förklara varför ungdomar skiljer sig åt vad gäller deras skolprestationer.

Forskarlaget bakom TEDS har därtill även studerat hur intelligens och skolprestationer i olika ämnen (engelska, matematik, naturkunskap, humaniora, andraspråk, bild och företagsinformatik) är relaterade till varandra (2). För att göra detta har de tillämpat s.k. multivariata tvillingmodeller, vilket innebär att forskarna undersöker flera fenotyper, eller utfall, samtidigt. Fördelen med det här angreppssättet är att forskarna kan undersöka till vilken grad ärftligheten och miljöfaktorer förklarar sambanden mellan flera utfall, vilket i det här fallet handlar om skolprestationer i olika ämnen. Väldigt grovt förenklat kan man säga att om sambandet mellan två utfall är starkare bland enäggstvillingar jämfört med tvåäggstvillingar tyder det på att ärftliga faktorer är viktiga för att förklara deras överlapp. Forskarna inledde studien med att redogöra för de relativa bidragen av ärftlighet (A), delade (C) respektive unika (E) miljöfaktorer för varje enskilt utfall enligt nedan. Notera att unika miljöfaktorer definieras som de miljöfaktorer som särskiljer varje tvilling ifrån varandra i en familj.

Studien fann, i likhet med de tidigare studierna, att över hälften av variationen, eller skillnaderna mellan individers skolprestationer, kunde tillskrivas ärftliga faktorer. Av miljöfaktorerna kunde en betydande andel tillskrivas delade miljöinfluenser med undantag för intelligens där de unika miljöinfluenserna istället verkade vara mer tongivande.

När forskarna började att undersöka sambanden mellan skolprestationerna fann de generellt att ungdomarna som hade fått höga betyg i ett givet ämne tenderade att också få höga betyg i övriga ämnen. Det förelåg ändock viktiga skillnader – det var exempelvis inte lika vanligt att de ungdomar som hade fått högre betyg i matematik och naturkunskap också hade presterat lika väl i bild. Studien visade vidare att de ärftliga faktorerna var i betydande grad överlappande mellan de undersökta skolämnena. Mer tekniskt skulle man kunna säga att de genetiska korrelationerna (graden av samstämmighet) varierade mellan 44% till 88%. Dessa fynd stöder hypotesen om förekomsten av såväl generella ärftliga faktorer som förklarar variationen i skolprestationer över samtliga skolämnen som specifika ärftliga faktorer som är istället betydande för enskilda ämnen.

Graden av samstämmighet vad gäller de delade miljöfaktorerna var ännu högre (66% till 95%). Resultaten innebar således att de delade miljöfaktorerna tycktes vara mer generella än specifika. Alternativt uttryckt skulle man kunna säga att det verkade som att de delade miljöfaktorer som förklarade varför en ungdom hade presterat antingen bra eller mindre bra i ett givet ämne också förklarade samma typ av prestation i andra ämnen. De återstående unika miljöfaktorer uppvisade en låg grad av samstämmighet (9% till 35%). Detta kan antingen tolkas som att individfaktorerna påverkade specifika skolämnen på olika sätt men det kan även vara ett tecken på mätfel/slump.

Vad ingår i ärftligheten för skolresultaten?

För många kan det verka märkligt varför ärftligheten för skolprestationer skulle vara så pass högt. Man skulle kunna fråga sig vad som ingår i dessa influenser. En av de många fördelar med TEDS-materialet är att de har ställt omfattande frågor om individernas förmågor, problembeteenden och sociala liv. Detta möjliggjorde därför för en analys av hur ärftligheten för sådana faktorer överlappade med ärftligheten för skolprestationerna (3):

 

Vi ser ovan att enbart cirka hälften av ärftligheten för de samlade skolresultaten kunde tillskrivas ärftliga faktorer som delades med intelligens. En annan betydande faktor var ärftligheten för något som benämns self-efficacy, vilket utgjordes av ett index av indikatorer för hur ungdomarna betraktade sig själva i skolmiljön (”academic self-concept”) och hur de värderade skolans kärnämnen. Ärftligheten för personlighetsdrag och beteenderelaterade problem bidrog även dem. Ärftligheten för hur ungdomarna värderade sin hemmiljö eller sin fysiska hälsa bidrog enbart marginellt.

Inte bara prestationer utan även ämnesval

I det brittiska skolsystemet kan individer välja att läsa ett tvåårigt universitetsförberedande program (A-levels) efter GCSE-examen vars resultat presenterades ovan. TEDS-forskarna undersökte i en studie vilka faktorer som förklarade variationen bland ungdomarna att söka sig vidare till A-levelsutbildningen (4). De undersökte därtill även vilka faktorer som förklarade variationen i de specifika ämnesinriktningar som ungdomarna valde.

 

Resultaten visade att såväl variationen i att söka sig till A-levelsnivån som valet av de specifika inriktningarna kunde i betydande grad (>40%) tillskrivas ärftliga faktorer. Delade miljöfaktorer förklarade en betydande del av variationen för att söka sig till vidareutbildningen men en mindre andel av variationen för de specifika ämnesvalen. En tolkning av dessa fynd skulle kunna vara att familjemiljöinfluenserna fokuserar främst på att ungdomarna att läsa vidare men i mindre grad vilka inriktningar de väljer.

I ett större perspektiv stöder de ovanstående fynden tillsammans aktiv gen-miljökorrelation, nämligen att barn i takt med att de växer upp väljer, skapar och söker sig till specifika typer av miljöinfluenser delvis som en funktion av deras genetiska arv. Detta stöder behovet av valfria inslag i undervisningen för att barn och ungdomar på så vis skall kunna finna de ämnen eller praktiker som de är duktiga på och som de uppskattar att ägna sig åt för att förverkliga sina potentialer. Detta innebär självfallet inte att all undervisning skall vara anpassad efter sådana principer då det är minst lika viktigt att även etablera en stabil kunskapsgrund för samtliga elever.

Är de delade miljöinfluenserna överskattade?

Jag har tidigare diskuterat de metodproblem som föreligger med den klassiska tvillingdesignen här. I det här specifika fallet är det två punkter som bör beaktas. Det första metodproblemet är att dessa modeller antar att föräldrarna till tvillingarna inte är mer lika varandra vare sig beträffande intelligens eller utbildningsprestationer jämfört med andra slumpmässigt utvalda personer (antagandet om slumpmässig parning). Vi vet från studier om intelligens att partners brukar ha en cirka 40 procentig överensstämmelse vad gäller deras intelligenskvot (5). Motsvarande resultat har funnits för utbildningsutfall i olika kontexter (67). Detta innebär att de ovanstående studierna har i någon grad underskattat de ärftliga bidragen samtidigt som de har överskattat de delade miljöinfluenserna.

I en färsk nederländsk studie (ej publicerad ännu och har enbart presenterats på en konferens) visade forskare att tvillingmodeller tenderar att underskatta ärftligheten för skolprestationer. Forskarna använde sig utav ett enormt datamaterial som bestod av samtliga individer som hade avklarat sina grundskolestudier mellan 2008 och 2014, vilket uppgick till cirka 900.000 individer. Genom att beakta deras släktskapsrelationer kunde forskarna skatta ärftligheten för deras skolprestationer till 83%, vilket var ett betydligt högre värde än när forskarna undersökte ärftligheten för samma utfall bland enbart tvillingarna i materialet. Detta kan antingen bero på att tvillingar särskiljer sig ifrån icke-tvillingar på systematiska sätt som är av betydelse för skolprestationer eller att ett skevt urval av tvillingar deltar i tvillingstudier. Mot bakgrund av detta vore det intressant att se huruvida man kan replikera dessa fynd i andra nationella registerbaserade studier som med fördel kan genomföras i de skandinaviska länderna.

Mer övergripande understryker dessa fynd att beteendegenetiska metoder behövs för att vi skall kunna identifiera vilka specifika miljöfaktorer som tycks orsaka skillnader i skolprestationer efter kontroll för ärftliga faktorer.

Var är generna?

Det finns inte någon enskild gen som förklarar varför någon får ett lågt respektive högt skolbetyg. Beteendegenetikens fjärde lag säger oss att komplexa utfall, såsom skolprestationer, förklaras av ett stort antal gener som var för sig har en liten effekt men som tillsammans förklarar en ansenlig andel av dess variation (8). Då effektstorleken för varje enskild gen är liten behövs enorma datamaterial för att man skall kunna med någorlunda hög tillit säga att det föreligger ett samband mellan specifika gener och utfallet.

Den första molekylärgenetiska studien som undersökte utbildningslängd publicerades under 2013  och omfattade strax under 127,000 deltagare (9). Studien fann tre genvarianter (enbaspolymorfier) som var associerade med utbildningslängd. I den andra studien som publicerades förra året hade man ökat antalet deltagare till över 400,000 och man fann hela olika 74 platser i genomet med genvarianter som förekom oftare hos personer med en högre utbildningsnivå (10). Dessa genvarianter visade sig överlappa starkast med de genvarianter som var positivt associerade med kognitiva förmågor och hjärnvolym men negativt associerade med Alzheimers sjukdom, neuroticism och BMI.

Den tredje fasen är ännu inte publicerad utan har enbart presenterats på en konferens. Forskarlaget har i dagsläget undersökt över 650.000 individer och identifierat över 600 platser i genomet med genvarianter som är associerade med utbildningslängd.

Vad ska vi ha genetiska fynden till?

I samband med att jag skrev om dessa studier på Twitter fick jag en del invändningar av det nedanstående slaget. I mitt tycke handlar detta om ett rent missförstånd över vad syftet med den genetiska utbildningsforskningen är.

Varför ägnar forskare stor möda åt att utöka antalet deltagare i dessa genetiska studier för att kunna hitta fler genvarianter? Självfallet finns det inget självändamål med detta utan detta görs av två skäl:

[1] Ju fler genvarianter som vi kan identifiera desto bättre genetiska riskindex kan vi utveckla, vilka kan användas, tillsammans med mått på viktiga miljöfaktorer, för att tidigt kunna identifiera de barn som kommer att ha ett större behov av stödinsatser. Dessa genetiska riskindex används redan i dagsläget i forskningssyften men de är i behov av mer omfattande analyser för att de skall bli praktiskt informativa (11).

[2] Genvarianter har olika biologiska funktioner och uttrycks i olika celltyper (12). Ökad kunskap om de genvarianter som är associerade med utbildningsutfall och deras funktioner kommer att kunna hjälpa forskarna att i framtiden klassificera grupper av barn som exempelvis har specifika typer av inlärningsproblem, vilket kan på sikt bidra till utvecklandet av mer anpassade stödinsatser för de barn som har sådana särskilda behov.

Sålunda är fokuseringen riktad emot att skapa bättre förutsättningar för att fler barn att lyckas i skolan – inte att ta bort stödinsatser.

 

Kommentera