Neurosciences et intelligence

Volume cérébralEdit

L’une des principales méthodes utilisées pour établir une relation entre l’intelligence et le cerveau consiste à utiliser des mesures du volume cérébral. Les premières tentatives d’estimation du volume cérébral ont été faites à l’aide de mesures des paramètres externes de la tête, comme la circonférence de la tête comme indicateur de la taille du cerveau. Les méthodologies plus récentes employées pour étudier cette relation comprennent des mesures post-mortem du poids et du volume du cerveau. Ces méthodes ont leurs propres limites et atouts. L’avènement de l’IRM en tant que mesure non invasive très précise de la structure et de la fonction du cerveau vivant (à l’aide de l’IRMf) en a fait la méthode pré-dominante et préférée pour mesurer le volume cérébral.

Dans l’ensemble, une taille et un volume cérébral plus importants sont associés à un meilleur fonctionnement cognitif et à une intelligence plus élevée. Les régions spécifiques qui présentent la corrélation la plus robuste entre le volume et l’intelligence sont les lobes frontal, temporal et pariétal du cerveau. Un grand nombre d’études ont été menées avec des corrélations uniformément positives, conduisant à la conclusion généralement sûre que des cerveaux plus volumineux prédisent une plus grande intelligence. Chez les adultes en bonne santé, la corrélation entre le volume cérébral total et le QI est d’environ 0,4 lorsque des tests de haute qualité sont utilisés. Une étude à grande échelle (n = 29 000) utilisant la UK Biobank a trouvé une corrélation de 0,275. La force de cette relation ne dépendait pas du sexe, ce qui contredit certaines études antérieures. Une étude utilisant un modèle de fratrie dans deux échantillons de taille moyenne a trouvé des preuves de causalité avec une taille d’effet de 0,19. Cette conception d’étude exclut les facteurs de confusion qui varient entre les familles, mais pas ceux qui varient au sein des familles.

On en sait moins sur la variation des échelles inférieures au volume cérébral total. Une revue méta-analytique de McDaniel a trouvé que la corrélation entre l’intelligence et le volume cérébral in vivo était plus importante chez les femmes (0,40) que chez les hommes (0,25). La même étude a également révélé que la corrélation entre la taille du cerveau et l’intelligence augmentait avec l’âge, les enfants présentant des corrélations plus faibles. Il a été suggéré que le lien entre des volumes cérébraux plus importants et une intelligence plus élevée est lié à la variation dans des régions cérébrales spécifiques : une mesure du cerveau entier sous-estimerait ces liens. Pour des fonctions plus spécifiques que l’intelligence générale, les effets régionaux peuvent être plus importants. Par exemple, des données suggèrent que chez les adolescents apprenant de nouveaux mots, la croissance du vocabulaire est associée à la densité de la matière grise dans les gyres supramarginaux postérieurs bilatéraux. De petites études ont montré des changements transitoires de la matière grise associés au développement d’une nouvelle compétence physique (jonglerie) cortex occipito-temporal

Le volume cérébral ne rend pas parfaitement compte de l’intelligence : la relation explique une quantité modeste de la variance de l’intelligence – 12 % à 36 % de la variance. La quantité de variance expliquée par le volume cérébral peut également dépendre du type d’intelligence mesuré. Jusqu’à 36 % de la variance de l’intelligence verbale peut être expliquée par le volume cérébral, alors que seulement 10 % environ de la variance de l’intelligence visuospatiale peut être expliquée par le volume cérébral. Une étude réalisée en 2015 par le chercheur Stuart J. Ritchie a révélé que le volume cérébral expliquait 12 % de la variance de l’intelligence entre les individus. Ces mises en garde impliquent qu’il existe d’autres facteurs majeurs influençant l’intelligence d’un individu en dehors de la taille du cerveau. Dans une vaste méta-analyse comprenant 88 études, Pietschnig et al. (2015) ont estimé la corrélation entre le volume du cerveau et l’intelligence à un coefficient de corrélation de 0,24, ce qui équivaut à une variance de 6 %. En tenant compte de la qualité des mesures, du type d’échantillon et de la fourchette de QI, l’association méta-analytique du volume cérébral dans semble être de ~ 0,4 chez les adultes normaux. Le chercheur Jakob Pietschnig a affirmé que la force de l’association positive entre le volume cérébral et le QI reste solide, mais qu’elle a été surestimée dans la littérature. Il a déclaré qu' »il est tentant d’interpréter cette association dans le contexte de l’évolution cognitive humaine et des différences entre espèces en matière de taille du cerveau et de capacité cognitive, nous montrons qu’il n’est pas justifié d’interpréter la taille du cerveau comme un proxy isomorphe des différences d’intelligence humaine ».

Matière griseModification

La matière grise a été examinée comme un fondement biologique potentiel des différences d’intelligence. De même que le volume cérébral, le volume global de matière grise est positivement associé à l’intelligence. Plus précisément, une intelligence plus élevée a été associée à une plus grande matière grise corticale dans le cortex préfrontal et temporal postérieur chez les adultes. En outre, il a été démontré que l’intelligence verbale et non verbale est positivement corrélée au volume de matière grise dans les lobes pariétal, temporal et occipital chez les jeunes adultes en bonne santé, ce qui implique que l’intelligence est associée à une grande variété de structures dans le cerveau.

Il semble y avoir des différences entre les sexes en ce qui concerne la relation entre la matière grise et l’intelligence entre les hommes et les femmes. Les hommes semblent montrer plus de corrélations entre l’intelligence et la matière grise dans les lobes frontaux et pariétaux, tandis que les corrélations les plus fortes entre l’intelligence et la matière grise chez les femmes peuvent être trouvées dans les lobes frontaux et l’aire de Broca. Cependant, ces différences ne semblent pas avoir d’impact sur l’intelligence globale, ce qui implique que les mêmes niveaux de capacité cognitive peuvent être atteints de différentes manières.

Une méthodologie spécifique utilisée pour étudier les corrélations de la matière grise de l’intelligence dans les zones du cerveau est connue sous le nom de morphométrie à base de voxels (VBM). La VBM permet aux chercheurs de spécifier les zones d’intérêt avec une grande résolution spatiale, ce qui permet d’examiner les zones de matière grise corrélées à l’intelligence avec une plus grande résolution spéciale. La VBM a été utilisée pour établir une corrélation positive entre la matière grise et l’intelligence dans les lobes frontal, temporal, pariétal et occipital chez des adultes en bonne santé. Le VBM a également été utilisé pour montrer que le volume de matière grise dans la région médiane du cortex préfrontal et dans le cortex préfrontal dorso-médian est en corrélation positive avec l’intelligence dans un groupe de 55 adultes en bonne santé. Le VBM a également été utilisé avec succès pour établir une corrélation positive entre les volumes de matière grise dans le cingulaire antérieur et l’intelligence chez des enfants âgés de 5 à 18 ans.

La matière grise a également montré une corrélation positive avec l’intelligence chez les enfants. Reis et ses collègues ont constaté que la matière grise du cortex préfrontal contribue le plus solidement à la variance de l’intelligence chez les enfants de 5 à 17 ans, tandis que la matière grise sous-corticale est liée à l’intelligence dans une moindre mesure. Frangou et ses collègues ont examiné la relation entre la matière grise et l’intelligence chez les enfants et les jeunes adultes âgés de 12 à 21 ans et ont constaté que la matière grise du cortex orbitofrontal, du gyrus cingulaire, du cervelet et du thalamus était positivement corrélée à l’intelligence, tandis que la matière grise du noyau caudé était négativement corrélée à l’intelligence. Cependant, la relation entre le volume de matière grise et l’intelligence ne se développe qu’avec le temps, car aucune relation positive significative ne peut être trouvée entre le volume de matière grise et l’intelligence chez les enfants de moins de 11 ans.

Une mise en garde sous-jacente à la recherche sur la relation entre le volume de matière grise et l’intelligence est démontrée par l’hypothèse de l’efficacité neuronale. Les constatations selon lesquelles les individus plus intelligents sont plus efficaces dans l’utilisation de leurs neurones pourraient indiquer que la corrélation entre la matière grise et l’intelligence reflète l’élimination sélective des synapses inutilisées, et donc un meilleur circuit cérébral.

Matière blancheEdit

Similairement à la matière grise, il a été démontré que la matière blanche présente une corrélation positive avec l’intelligence chez les humains. La matière blanche est principalement constituée d’axones neuronaux myélinisés, responsables de la transmission des signaux entre les neurones. La couleur blanc-rosé de la matière blanche est en fait le résultat de ces gaines de myéline qui isolent électriquement les neurones qui transmettent des signaux à d’autres neurones. La matière blanche relie entre elles différentes régions de matière grise dans le cerveau. Ces interconnexions rendent les transports plus fluides et nous permettent d’accomplir des tâches plus facilement. Des corrélations significatives entre l’intelligence et le corps calleux ont été trouvées, car les zones calleuses plus grandes ont été positivement corrélées aux performances cognitives. Cependant, il semble y avoir des différences d’importance pour la matière blanche entre l’intelligence verbale et non verbale, car bien que les mesures verbales et non verbales de l’intelligence présentent une corrélation positive avec la taille du corps calleux, la corrélation entre l’intelligence et la taille du corps calleux était plus importante (.47) pour les mesures non verbales que pour les mesures verbales (.18). La modélisation géométrique à base de maillage anatomique a également montré des corrélations positives entre l’épaisseur du corps calleux et l’intelligence chez les adultes en bonne santé.

L’intégrité de la matière blanche s’est également avérée être liée à l’intelligence. L’intégrité des tractus de la matière blanche est importante pour la vitesse de traitement de l’information, et donc une intégrité réduite de la matière blanche est liée à une intelligence plus faible. L’effet de l’intégrité de la substance blanche est entièrement médié par la vitesse de traitement de l’information. Ces résultats indiquent que le cerveau est structurellement interconnecté et que les fibres axonales sont intégralement importantes pour le traitement rapide de l’information, et donc l’intelligence générale.

Contrairement aux résultats décrits ci-dessus, le VBM n’a pas réussi à trouver une relation entre le corps calleux et l’intelligence chez les adultes en bonne santé. Cette contradiction peut être considérée comme signifiant que la relation entre le volume de la matière blanche et l’intelligence n’est pas aussi robuste que celle de la matière grise et de l’intelligence.

Épaisseur corticaleÉditer

On a également constaté que l’épaisseur corticale présentait une corrélation positive avec l’intelligence chez l’homme. Cependant, le taux de croissance de l’épaisseur corticale est également lié à l’intelligence. Dans la petite enfance, l’épaisseur corticale affiche une corrélation négative avec l’intelligence, tandis que vers la fin de l’enfance, cette corrélation est passée à une corrélation positive. On a constaté que les enfants plus intelligents développaient l’épaisseur corticale de façon plus régulière et sur des périodes plus longues que les enfants moins brillants. Des études ont montré que l’épaisseur corticale explique 5 % de la variance de l’intelligence entre les individus. Dans une étude menée pour trouver des associations entre l’épaisseur corticale et l’intelligence générale entre différents groupes de personnes, le sexe n’a pas joué de rôle dans l’intelligence. Bien qu’il soit difficile d’épingler l’intelligence en fonction de l’âge sur la base de l’épaisseur corticale en raison des différentes circonstances socio-économiques et des niveaux d’éducation, les sujets plus âgés (17 – 24) ont eu tendance à avoir moins de variances en termes d’intelligence que lorsqu’on les compare aux sujets plus jeunes (19 – 17).

Convolution corticaleEdit

La convolution corticale a augmenté le repliement de la surface du cerveau au cours de l’évolution humaine. On a émis l’hypothèse que le degré élevé de convolution corticale pourrait être un substrat neurologique qui soutient certaines des capacités cognitives les plus distinctives du cerveau humain. Par conséquent, l’intelligence individuelle au sein de l’espèce humaine pourrait être modulée par le degré de convolution corticale.

Une analyse publiée en 2019 a révélé que les contours de 677 enfants et adolescents (âge moyen 12.72 ans) présentaient une corrélation génétique de près de 1 entre le QI et la surface du gyrus supramarginal du côté gauche du cerveau.

Efficience neuronaleEdit

L’hypothèse de l’efficacité neuronale postule que les individus plus intelligents affichent moins d’activation dans le cerveau pendant les tâches cognitives, comme le mesure le métabolisme du glucose. Un petit échantillon de participants (N=8) a montré des corrélations négatives entre l’intelligence et les taux métaboliques régionaux absolus allant de -0,48 à -0,84, mesurés par TEP, indiquant que les individus plus intelligents étaient des processeurs d’informations plus efficaces, car ils utilisent moins d’énergie. Selon un examen approfondi de Neubauer & Fink, un grand nombre d’études (N=27) ont confirmé cette constatation en utilisant des méthodes telles que le PET scan, l’EEG et l’IRMf.

Les études d’IRMf et d’EEG ont révélé que la difficulté de la tâche est un facteur important affectant l’efficacité neuronale. Les individus plus intelligents affichent une efficacité neuronale uniquement lorsqu’ils sont confrontés à des tâches de difficulté subjectivement facile à modérée, tandis qu’aucune efficacité neuronale ne peut être trouvée lors de tâches difficiles. En fait, les individus plus aptes semblent investir davantage de ressources corticales dans les tâches de haute difficulté. Cela semble être particulièrement vrai pour le cortex préfrontal, car les individus dotés d’une intelligence supérieure ont montré une activation accrue de cette zone pendant les tâches difficiles par rapport aux individus dotés d’une intelligence inférieure. Il a été proposé que la principale raison du phénomène d’efficacité neuronale pourrait être que les individus dotés d’une intelligence élevée sont plus aptes à bloquer les informations parasites que les individus dotés d’une intelligence faible.

Plus de recherchesModification

Certains scientifiques préfèrent examiner des variables plus qualitatives à mettre en relation avec la taille des régions mesurables de fonction connue, par exemple en mettant en relation la taille du cortex visuel primaire avec ses fonctions correspondantes, celle de la performance visuelle.

Dans une étude de la croissance de la tête de 633 enfants nés à terme de la cohorte Avon Longitudinal Study of Parents and Children, il a été montré que la croissance prénatale et la croissance pendant la petite enfance étaient associées au QI ultérieur. La conclusion de l’étude est que le volume cérébral atteint par un enfant à l’âge d’un an contribue à déterminer son intelligence ultérieure. La croissance du volume cérébral après la petite enfance peut ne pas compenser une croissance antérieure moins bonne.

Il existe une association entre le QI et la myopie. Une explication suggérée est qu’un ou plusieurs gènes pléiotropes affectent simultanément la taille de la partie néocortex du cerveau et des yeux.

Théorie de l’intégration pariéto-frontaleModifier

En 2007, Behavioral and Brain Sciences a publié un article cible qui a mis en avant un modèle biologique de l’intelligence basé sur 37 études de neuro-imagerie évaluées par des pairs (Jung & Haier, 2007). Leur examen d’une multitude de données issues de l’imagerie fonctionnelle (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et tomographie par émission de positons) et de l’imagerie structurelle (IRM de diffusion, morphométrie à base de voxels, spectroscopie par résonance magnétique in vivo) soutient que l’intelligence humaine découle d’un réseau neuronal distribué et intégré comprenant des régions cérébrales des lobes frontal et pariétal.

Une étude récente de cartographie des lésions menée par Barbey et ses collègues fournit des preuves à l’appui de la théorie P-FIT de l’intelligence.

Les lésions cérébrales à un âge précoce, isolées d’un côté du cerveau, se traduisent généralement par une fonction intellectuelle relativement épargnée et par un QI dans la norme.