Inteligencja: od genetyki po „przewody” i „procesor” ludzkiego mózgu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Dlaczego niektórzy ludzie są mądrzejsi od innych? Od niepamiętnych czasów naukowcy próbują wymyślić, co zrobić, aby utrzymać głowę w czystości. Odwołując się do szeregu opracowań naukowych, Spektrum omawia składniki inteligencji – od genetyki po „przewody” i „procesor” ludzkiego mózgu.

Dlaczego niektórzy ludzie są mądrzejsi od innych? Od niepamiętnych czasów naukowcy próbują dowiedzieć się, co należy zrobić, aby głowa dobrze myślała. Ale teraz jest przynajmniej jasne: lista składników inteligencji jest dłuższa niż oczekiwano.

W październiku 2018 roku Wenzel Grüs pokazał milionom telewidzów coś niesamowitego: student z małego niemieckiego miasteczka Lastrut uderzył głową w piłkę ponad pięćdziesiąt razy z rzędu, nigdy nie upuszczając ani nie podnosząc jej rękami. Ale fakt, że publiczność rosyjskiego programu telewizyjnego „Amazing People” nagrodziła go entuzjastycznym aplauzem, tłumaczyła nie tylko zręczność sportowa młodego człowieka. Faktem jest, że grając w piłkę, w międzyczasie podniósł liczbę 67 do piątej potęgi, uzyskując dziesięciocyfrowy wynik w zaledwie 60 sekund.

Wenzel, który dziś ma 17 lat, ma wyjątkowy dar matematyczny: mnoży, dzieli i wyciąga pierwiastki z dwunastocyfrowych liczb bez długopisu, papieru i innych pomocy. Na ostatnich mistrzostwach świata w liczeniu ustnym zajął trzecie miejsce. Jak sam mówi, rozwiązanie szczególnie trudnych problemów matematycznych zajmuje mu od 50 do 60 minut: na przykład, gdy musi rozłożyć dwudziestocyfrową liczbę na czynniki pierwsze. Jak on to robi? Prawdopodobnie główną rolę odgrywa tutaj jego pamięć krótkotrwała.

Oczywiste jest, że mózg Wenzela jest nieco lepszy od narządu myślowego jego normalnie uzdolnionych rówieśników. Przynajmniej jeśli chodzi o liczby. Ale dlaczego, ogólnie rzecz biorąc, niektórzy ludzie mają większe zdolności umysłowe niż inni? To pytanie było wciąż w głowie brytyjskiego badacza przyrody Francisa Galtona 150 lat temu. Jednocześnie zwrócił uwagę na fakt, że często różnice w inteligencji wiążą się z pochodzeniem osoby. W swojej pracy Hereditary Genius dochodzi do wniosku, że ludzką inteligencję można odziedziczyć.

Koktajl wieloskładnikowy

Jak się później okazało, ta jego teza była słuszna – przynajmniej w części. Amerykańscy psycholodzy Thomas Bouchard i Matthew McGue przeanalizowali ponad 100 opublikowanych badań dotyczących podobieństwa inteligencji wśród członków tej samej rodziny. W niektórych pracach opisano bliźnięta jednojajowe, rozdzielone zaraz po urodzeniu. Mimo to w testach na inteligencję wykazali prawie takie same wyniki. Bliźniaki, które razem dorastały, były jeszcze bardziej podobne pod względem zdolności umysłowych. Zapewne istotny wpływ na nich miało też środowisko.

Dziś naukowcy uważają, że 50-60% inteligencji jest dziedziczone. Innymi słowy, różnica w IQ między dwojgiem ludzi wynosi dobrą połowę ze względu na strukturę ich DNA otrzymanego od rodziców.

W poszukiwaniu genów inteligencji

Jednak poszukiwania materiałów dziedzicznych, które są za to odpowiedzialne, jak dotąd nie przyniosły zbyt wiele. To prawda, że czasami znajdowali elementy, które na pierwszy rzut oka były związane z inteligencją. Ale po bliższym przyjrzeniu się ten związek okazał się fałszywy. Powstała paradoksalna sytuacja: z jednej strony niezliczone badania wykazały wysoki dziedziczny składnik inteligencji. Z drugiej strony nikt nie był w stanie powiedzieć, które geny były za to konkretnie odpowiedzialne.

W ostatnim czasie obraz nieco się zmienił, przede wszystkim ze względu na postęp technologiczny. Plan budowy każdego osobnika zawarty jest w jego DNA - rodzaj gigantycznej encyklopedii, składającej się z około 3 miliardów liter. Niestety jest napisany w języku, którego prawie nie znamy. Chociaż możemy czytać litery, znaczenie tekstów tej encyklopedii pozostaje przed nami ukryte. Nawet jeśli naukowcom uda się zsekwencjonować całe DNA osoby, nie wiedzą, które jego części są odpowiedzialne za jego zdolności umysłowe.

Inteligencja i IQ

Słowo intelekt pochodzi od łacińskiego rzeczownika intellectus, który można przetłumaczyć jako „postrzeganie”, „rozumienie”, „rozumienie”, „rozum” lub „umysł”. Psychologowie rozumieją inteligencję jako ogólną zdolność umysłową, która obejmuje różne kompetencje: na przykład umiejętność rozwiązywania problemów, rozumienia złożonych pomysłów, abstrakcyjnego myślenia i uczenia się na podstawie doświadczenia.

Inteligencja zwykle nie ogranicza się do jednego przedmiotu, takiego jak matematyka. Ktoś, kto jest dobry w jednej dziedzinie, często wyróżnia się w innych. Talenty wyraźnie ograniczone do jednego tematu są rzadkie. Dlatego wielu naukowców wychodzi z faktu, że istnieje ogólny czynnik inteligencji, tak zwany czynnik G.

Każdy, kto zamierza studiować inteligencję, potrzebuje metody obiektywnego jej pomiaru. Pierwszy test na inteligencję opracowali francuscy psychologowie Alfred Binet i Théodore Simon. Po raz pierwszy użyli go w 1904 roku do oceny zdolności intelektualnych uczniów. Na podstawie opracowanych w tym celu zadań stworzyli tzw. „skalę rozwoju umysłowego Bineta-Simona”. Z jego pomocą określili wiek rozwoju intelektualnego dziecka. Odpowiadało to liczbie w skali problemów, które dziecko mogło całkowicie rozwiązać.

W 1912 r. niemiecki psycholog William Stern zaproponował nową metodę, w której wiek rozwoju intelektualnego został podzielony przez wiek chronologiczny, a otrzymaną wartość nazwano ilorazem inteligencji (IQ). I choć nazwa przetrwała do dziś, dziś IQ nie opisuje już wskaźników wiekowych. Zamiast tego IQ daje wyobrażenie o tym, jak poziom inteligencji jednostki koreluje z poziomem inteligencji przeciętnego człowieka.

Ludzie różnią się od siebie i odpowiednio różnią się ich zestawy DNA. Jednak osoby o wysokim IQ muszą pasować przynajmniej do tych części DNA, które są związane z inteligencją. Dzisiejsi naukowcy wychodzą z tej fundamentalnej tezy. Porównując DNA setek tysięcy badanych w milionach części, naukowcy mogą zidentyfikować dziedziczne regiony, które przyczyniają się do powstawania wyższych zdolności intelektualnych.

W ostatnich latach opublikowano szereg podobnych badań. Dzięki tym analizom obraz staje się coraz bardziej wyraźny: specjalne zdolności umysłowe zależą nie tylko od danych dziedzicznych, ale od tysięcy różnych genów. A każdy z nich wnosi tylko znikomy wkład do zjawiska inteligencji, czasami zaledwie kilka setnych procenta. „Obecnie uważa się, że dwie trzecie wszystkich ludzkich genów zmiennych jest bezpośrednio lub pośrednio związanych z rozwojem mózgu, a zatem potencjalnie z inteligencją” – podkreśla Lars Penke, profesor psychologii biologicznej osobowości na Uniwersytecie Georga Augusta w Getyndze.

Siedmiu Zapieczętowanych Tajemnic

Ale wciąż jest jeden duży problem: dziś w strukturze DNA jest 2000 znanych miejsc (loci), które są powiązane z inteligencją. Jednak w wielu przypadkach nie jest jeszcze jasne, za co dokładnie odpowiadają te loci. Aby rozwiązać tę zagadkę, badacze wywiadu obserwują, które komórki częściej niż inne reagują na nowe informacje. Może to oznaczać, że komórki te są w jakiś sposób powiązane ze zdolnościami myślenia.

Jednocześnie naukowcy stale mają do czynienia z pewną grupą neuronów - tak zwanymi komórkami piramidalnymi. Rosną w korze mózgowej, to znaczy w zewnętrznej powłoce mózgu i móżdżku, którą eksperci nazywają korą. Zawiera głównie komórki nerwowe, które nadają mu charakterystyczny szary kolor, dlatego nazywany jest „szarą materią”.

Być może komórki piramidalne odgrywają kluczową rolę w tworzeniu inteligencji. Wskazują na to zresztą wyniki badań przeprowadzonych przez neurobiolog Natalię Goryunovą, profesor Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie.

Niedawno Goryunova opublikowała wyniki badania, które przyciągnęło uwagę wszystkich: porównała komórki piramidalne u osób o różnych zdolnościach intelektualnych. Próbki tkanek pobrano głównie z materiału uzyskanego podczas operacji na pacjentach z padaczką. W ciężkich przypadkach neurochirurdzy próbują usunąć ognisko niebezpiecznych napadów. Czyniąc to, zawsze usuwają części zdrowego materiału mózgowego. To właśnie ten materiał studiował Goryunova.

Najpierw przetestowała, jak zawarte w nim komórki piramidalne reagują na impulsy elektryczne. Następnie pocięła każdą próbkę na najcieńsze plasterki, sfotografowała je pod mikroskopem i ponownie złożyła na komputerze w trójwymiarowy obraz. W ten sposób ustaliła na przykład długość dendrytów - rozgałęzionych wyrostków komórek, za pomocą których odbierają sygnały elektryczne. „W tym samym czasie nawiązaliśmy połączenie z ilorazem inteligencji pacjentów”, wyjaśnia Goryunova. „Im dłuższe i bardziej rozłożyste były dendryty, tym mądrzejszy był osobnik”.

Badacz wyjaśnił to bardzo prosto: długie, rozgałęzione dendryty mogą nawiązać więcej kontaktów z innymi komórkami, czyli otrzymują więcej informacji, które mogą przetworzyć. Do tego dochodzi jeszcze jeden czynnik: „Dzięki silnemu rozgałęzieniu mogą jednocześnie przetwarzać różne informacje w różnych branżach”, podkreśla Goryunova. Dzięki temu równoległemu przetwarzaniu komórki mają duży potencjał obliczeniowy. „Pracują szybciej i wydajniej”, podsumowuje Goryunova.

Tylko część prawdy

Bez względu na to, jak przekonująca może się wydawać ta teza, nie można jej uznać za w pełni udowodnioną, jak szczerze przyznaje sama badaczka. Faktem jest, że próbki tkanek, które zbadała, zostały pobrane głównie z jednego bardzo ograniczonego obszaru w płatach skroniowych. Występuje tam większość napadów padaczkowych, dlatego z reguły w tym obszarze wykonuje się operację padaczki. „Nie możemy jeszcze powiedzieć, jak sprawy mają się w innych częściach mózgu” - przyznaje Goryunova. „Ale nowe, jeszcze nieopublikowane wyniki badań z naszej grupy pokazują, na przykład, że związek między długością dendrytów a inteligencją jest silniejszy po lewej stronie mózgu niż po prawej”.

Z wyników badań amsterdamskich naukowców nadal nie można wyciągnąć żadnych ogólnych wniosków. Co więcej, istnieją dowody, które mówią dokładnie odwrotnie. Uzyskał je Erhan Genç, biopsycholog z Bochum. W 2018 r. wraz z kolegami zbadał również, w jaki sposób struktura istoty szarej różni się między bardzo inteligentnymi i mniej inteligentnymi ludźmi. Jednocześnie doszedł do wniosku, że silne rozgałęzienie dendrytów jest bardziej szkodliwe niż sprzyjające zdolności myślenia.

To prawda, Gench nie badał poszczególnych komórek piramidalnych, ale umieścił swoich pacjentów w skanerze mózgu. W zasadzie rezonans magnetyczny nie nadaje się do badania najdrobniejszych struktur włóknistych - rozdzielczość obrazów z reguły okazuje się niewystarczająca. Jednak naukowcy z Bochum zastosowali specjalną metodę, aby zobaczyć kierunek dyfuzji płynu tkankowego.

Dendryty stają się barierą dla płynów. Analizując dyfuzję można określić, w jakim kierunku znajdują się dendryty, jak są rozgałęzione i jak blisko siebie. Rezultat: u mądrzejszych ludzi dendryty poszczególnych komórek nerwowych nie są tak gęste i nie mają tendencji do rozpadania się na cienkie „druty”. Ta obserwacja jest diametralnie sprzeczna z wnioskami neurobiolog Natalii Goryunova.

Ale czy komórki piramidalne nie potrzebują różnorodnych informacji zewnętrznych, aby wykonywać swoje zadania w mózgu? Jak to się zgadza z niskim stopniem rozgałęzienia? Gench również uważa, że związek między komórkami jest ważny, ale jego zdaniem to połączenie powinno mieć cel. „Jeśli chcesz, aby drzewo przynosiło więcej owoców, odetnij dodatkowe gałęzie” - wyjaśnia. - To samo dotyczy połączeń synaptycznych między neuronami: kiedy się rodzimy, mamy ich dużo. Ale w trakcie naszego życia rozrzedzamy je i zostawiamy tylko te, które są dla nas ważne.”

Zapewne dzięki temu możemy sprawniej przetwarzać informacje.

„Żywy kalkulator” Wenzel Grüs robi to samo, wyłączając wszystko wokół niego podczas rozwiązywania problemu. W tym momencie przetwarzanie bodźców z otoczenia przyniosłoby mu efekt przeciwny do zamierzonego.

Rzeczywiście, ludzie z bogatą inteligencją wykazują bardziej skoncentrowaną aktywność mózgu niż osoby mniej uzdolnione, gdy muszą rozwiązać złożony problem. Ponadto ich narząd myślący wymaga mniej energii. Te dwie obserwacje doprowadziły do powstania tzw. neuronowej hipotezy sprawności inteligencji, zgodnie z którą to nie intensywność mózgu jest decydująca, ale sprawność.

Zbyt wielu kucharzy popsuje rosół

Gench uważa, że jego odkrycia wspierają tę teorię: „Jeśli masz do czynienia z ogromną liczbą połączeń, z których każde może przyczynić się do rozwiązania problemu, to raczej komplikuje to sprawę, niż mu pomaga”, mówi. Według niego to to samo, co proszenie o radę nawet tych znajomych, którzy nie rozumieją telewizorów przed zakupem telewizora. Dlatego sensowne jest tłumienie czynników zakłócających - taka jest opinia neurobiologa z Bochum. Prawdopodobnie inteligentni ludzie robią to lepiej niż inni.

Ale jak to się ma do wyników grupy amsterdamskiej kierowanej przez Natalię Goryunovą? Erkhan Gench zwraca uwagę, że sprawa może dotyczyć różnych technik pomiarowych. W przeciwieństwie do holenderskiego badacza nie badał pojedynczych komórek pod mikroskopem, lecz mierzył ruch cząsteczek wody w tkankach. Wskazuje również, że stopień rozgałęzienia komórek piramidalnych w różnych sektorach mózgu może być różny. „Mamy do czynienia z mozaiką, której wciąż brakuje wielu elementów”.

Więcej podobnych wyników badań można znaleźć gdzie indziej: grubość warstwy istoty szarej ma kluczowe znaczenie dla inteligencji – przypuszczalnie dlatego, że masywna kora zawiera więcej neuronów, co oznacza, że ma większy „potencjał obliczeniowy”. Do tej pory to połączenie jest uważane za sprawdzone, a Natalia Goryunova po raz kolejny potwierdziła to w swojej pracy. „Rozmiar ma znaczenie” – ustalił 180 lat temu niemiecki anatom Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). „Istnieje niezaprzeczalny związek między wielkością mózgu a energią intelektualną” – napisał w 1837 roku. Aby zmierzyć objętość mózgu, wypełniał czaszki zmarłych osób suchym prosem, ale związek ten potwierdzają również nowoczesne metody pomiaru za pomocą skanerów mózgu. Według różnych szacunków od 6 do 9% różnic w IQ jest związanych z różnicą w wielkości mózgu. A jednak grubość kory mózgowej wydaje się być krytyczna.

Jednak i tutaj jest wiele tajemnic. Dotyczy to zarówno mężczyzn, jak i kobiet, ponieważ u obu płci mniejsze mózgi odpowiadają również mniejszym zdolnościom umysłowym. Z drugiej strony kobiety mają średnio o 150 gramów mniej mózgów niż mężczyźni, ale w testach IQ wykonują podobnie jak mężczyźni.

„Jednocześnie struktury mózgu mężczyzn i kobiet są różne”, wyjaśnia Lars Penke z Uniwersytetu w Getyndze. „Mężczyźni mają więcej istoty szarej, co oznacza, że ich kora mózgowa jest grubsza, podczas gdy kobiety mają więcej istoty białej”. Ale jest to również niezwykle ważne dla naszej zdolności do rozwiązywania problemów. Jednocześnie na pierwszy rzut oka nie odgrywa tak zauważalnej roli jak istota szara. Istota biała składa się głównie z długich włókien nerwowych. Mogą przesyłać impulsy elektryczne na duże odległości, czasem dziesięć centymetrów lub więcej. Jest to możliwe, ponieważ są znakomicie izolowane od otoczenia warstwą substancji nasyconej tłuszczem – mieliny. Jest to osłonka mielinowa i nadaje włóknom biały kolor. Zapobiega zanikom napięcia spowodowanym zwarciami, a także przyspiesza przesyłanie informacji.

Przerwy w „przewodach” w mózgu

Jeśli komórki piramidalne można uznać za procesory mózgu, to istota biała jest jak autobus komputerowy: dzięki niemu ośrodki mózgowe znajdujące się w dużej odległości od siebie mogą się ze sobą komunikować i współpracować przy rozwiązywaniu problemów. Mimo to istota biała jest od dawna niedoceniana przez badaczy inteligencji.

To, że teraz ta postawa się zmieniła, jest zasługą między innymi Larsa Penke. Kilka lat temu odkrył, że istota biała jest w gorszym stanie u osób o obniżonej inteligencji. W ich mózgach poszczególne linie komunikacyjne przebiegają czasem chaotycznie, a nie równo i równolegle do siebie, osłonka mielinowa nie tworzy się optymalnie, a od czasu do czasu dochodzi nawet do „przerwania przewodów”. „Jeśli takich wypadków jest więcej, to prowadzi to do spowolnienia przetwarzania informacji i ostatecznie do tego, że osoba na testach na inteligencję wykazuje gorsze wyniki niż inni”, wyjaśnia psycholog osobowości Penke. Szacuje się, że około 10% różnic w IQ wynika ze stanu istoty białej.

Wróćmy jednak do różnic między płciami: według Penke, według niektórych badań, kobiety radzą sobie równie dobrze w zadaniach intelektualnych jak mężczyźni, ale czasami używają innych obszarów mózgu. Powodów można się tylko domyślać. Częściowo te odchylenia można wyjaśnić różnicą w budowie istoty białej - kanału komunikacyjnego między różnymi ośrodkami mózgu. – Tak czy inaczej, na podstawie tych danych wyraźnie widzimy, że istnieje więcej niż jedna i jedyna możliwość wykorzystania intelektu – podkreśla badacz z Bochum. „Różne kombinacje czynników mogą prowadzić do tego samego poziomu inteligencji”.

Tak więc „inteligentna głowa” składa się z wielu elementów, a ich proporcje mogą się różnić. Komórki piramidalne są również ważne jako wydajne procesory, a istota biała jako system szybkiej komunikacji i dobrze funkcjonująca pamięć robocza. Do tego dochodzi optymalne krążenie mózgowe, silna odporność, aktywny metabolizm energetyczny i tak dalej. Im więcej nauka dowiaduje się o zjawisku inteligencji, tym wyraźniej staje się, że nie można go powiązać tylko z jednym składnikiem, a nawet z jedną konkretną częścią mózgu.

Ale jeśli wszystko działa tak, jak powinno, to ludzki mózg jest zdolny do robienia niesamowitych rzeczy. Widać to na przykładzie południowokoreańskiego fizyka jądrowego Kim Un Younga, który z IQ równym 210 uważany jest za najmądrzejszą osobę na Ziemi. W wieku siedmiu lat rozwiązywał złożone równania całkowe w japońskim programie telewizyjnym. W wieku ośmiu lat został zaproszony do NASA w Stanach Zjednoczonych, gdzie pracował przez dziesięć lat.

To prawda, że sam Kim ostrzega przed przywiązywaniem zbyt dużej wagi do IQ. W artykule z 2010 roku w Korea Herald napisał, że wysoce inteligentni ludzie nie są wszechmocni. Podobnie jak rekordy świata dla sportowców, wysokie IQ to tylko jeden z przejawów ludzkiego talentu. „Jeśli istnieje szeroki wachlarz prezentów, to mój jest tylko ich częścią”.