Idegtudomány és intelligencia
AgytérfogatSzerkesztés
Az intelligencia és az agy közötti kapcsolat megállapításának egyik fő módszere az agytérfogat mérése. Az agytérfogat becslésére tett legkorábbi kísérletek a fej külső paramétereinek mérésével történtek, például a fejkörfogat mint az agy méretének helyettesítője. Az e kapcsolat vizsgálatára alkalmazott újabb módszerek közé tartoznak az agy tömegének és térfogatának post mortem mérései. Ezeknek megvannak a maguk korlátai és erősségei. Az MRI mint az élő agy szerkezetének és működésének nem invazív, nagy pontosságú mérése (az fMRI segítségével) ezt tette az agytérfogat mérésének uralkodó és preferált módszerévé.
A nagyobb agyméret és térfogat összességében jobb kognitív működéssel és magasabb intelligenciával jár együtt. A konkrét régiók, amelyek a legmegbízhatóbb összefüggést mutatják a térfogat és az intelligencia között, az agy homlok-, halánték- és fali lebenye. Számos vizsgálatot végeztek, amelyek egyöntetűen pozitív korrelációt mutattak, ami ahhoz az általánosan biztos következtetéshez vezet, hogy a nagyobb agy nagyobb intelligenciát jelez előre. Egészséges felnőtteknél a teljes agytérfogat és az IQ korrelációja körülbelül 0,4, ha jó minőségű teszteket használnak. Egy nagyszabású vizsgálat (n = 29k) az Egyesült Királyság Biobankjának felhasználásával 0,275-ös korrelációt talált. Az összefüggés erőssége nem függött a nemtől, ami ellentmond néhány korábbi tanulmánynak. Egy két közepes méretű mintán végzett, testvérekkel végzett vizsgálat .19-es hatásmérettel talált bizonyítékot az ok-okozati összefüggésre. Ez a vizsgálati terv kizárja a családok között változó zavaró tényezőket, de nem zárja ki azokat, amelyek a családokon belül változnak.
A teljes agytérfogatnál kisebb skálák eltéréseiről kevesebbet tudunk. McDaniel metaanalitikus áttekintése szerint az intelligencia és az in vivo agyméret közötti korreláció nagyobb a nőknél (0,40), mint a férfiaknál (0,25). Ugyanez a tanulmány azt is megállapította, hogy az agyméret és az intelligencia közötti korreláció az életkor előrehaladtával nőtt, a gyermekeknél kisebb korrelációt mutattak. Azt feltételezték, hogy a nagyobb agytérfogat és a magasabb intelligencia közötti kapcsolat a specifikus agyi régiók eltéréseivel függ össze: az egész agyra kiterjedő mérés alulbecsülné ezeket a kapcsolatokat. Az általános intelligenciánál specifikusabb funkciók esetében a regionális hatások fontosabbak lehetnek. Bizonyítékok utalnak például arra, hogy az új szavakat tanuló serdülőknél a szókincs növekedése összefügg a szürkeállomány sűrűségével a kétoldali hátsó szupramarginalis gyriben. Kisebb vizsgálatok a szürkeállomány átmeneti változásait mutatták ki egy új fizikai készség (zsonglőrködés) fejlesztésével összefüggésben az occipito-temporális kéregben
Az agytérfogat nem ad tökéletes képet az intelligenciáról: a kapcsolat az intelligencia varianciájának szerény részét – a variancia 12-36%-át – magyarázza. Az agytérfogat által magyarázott variancia mértéke függhet a mért intelligencia típusától is. A verbális intelligencia varianciájának akár 36%-át is megmagyarázhatja az agytérfogat, míg a vizuospatialis intelligencia varianciájának csak körülbelül 10%-át magyarázza az agytérfogat. Stuart J. Ritchie kutató 2015-ös tanulmánya szerint az agyméret az egyének intelligenciájában mutatkozó variancia 12%-át magyarázza. Ezek a fenntartások arra utalnak, hogy az agyméreten kívül más jelentős tényezők is befolyásolják az egyén intelligenciáját. Egy 88 vizsgálatból álló nagy metaanalízisben Pietschnig és munkatársai (2015) az agytérfogat és az intelligencia közötti korrelációt körülbelül 0,24-es korrelációs együtthatóra becsülték, ami 6%-os varianciának felel meg. Figyelembe véve a mérés minőségét, valamint a minta típusát és az IQ-tartományt, az agytérfogat meta-analitikus összefüggése ~ .4-esnek tűnik normál felnőtteknél. Jakob Pietschnig kutató azzal érvelt, hogy az agytérfogat és az IQ pozitív kapcsolatának erőssége továbbra is szilárd, de a szakirodalomban túlbecsülték. Kijelentette, hogy “csábító ezt az összefüggést az emberi kognitív evolúció és az agyméret és a kognitív képességek faji különbségeinek összefüggésében értelmezni, mi megmutatjuk, hogy nem indokolt az agyméretet az emberi intelligenciakülönbségek izomorf helyettesítőjeként értelmezni.”
SzürkeállománySzerkesztés
A szürkeállományt az intelligenciabeli különbségek lehetséges biológiai alapjaként vizsgálták. Az agytérfogathoz hasonlóan a globális szürkeállomány térfogata is pozitívan kapcsolódik az intelligenciához. Pontosabban, a magasabb intelligenciát felnőtteknél a prefrontális és a hátsó temporális kéreg nagyobb kérgi szürkeállományával hozták összefüggésbe. Továbbá mind a verbális, mind a nonverbális intelligencia pozitív korrelációt mutatott ki a szürkeállomány térfogatával a parietális, temporális és occipitális lebenyben fiatal egészséges felnőtteknél, ami arra utal, hogy az intelligencia az agyon belüli struktúrák széles skálájához kapcsolódik.
Úgy tűnik, hogy nemi különbségek vannak a férfiak és a nők között a szürkeállomány és az intelligencia összefüggésében. Úgy tűnik, hogy a férfiak több intelligencia-szürkeállomány összefüggést mutatnak a frontális és a parietális lebenyekben, míg a nőknél az intelligencia és a szürkeállomány közötti legerősebb összefüggések a frontális lebenyekben és a Broca-zónában találhatók. Úgy tűnik azonban, hogy ezek a különbségek nem befolyásolják az általános intelligenciát, ami arra utal, hogy ugyanazokat a kognitív képességszinteket különböző módon lehet elérni.
Az egyik speciális módszer, amelyet az intelligencia szürkeállományi korrelációinak vizsgálatára használnak az agy területein, az úgynevezett voxelalapú morfometria (VBM). A VBM lehetővé teszi a kutatók számára, hogy az érdeklődésre számot tartó területeket nagy térbeli felbontással határozzák meg, lehetővé téve az intelligenciával korreláló szürkeállományi területek nagyobb speciális felbontással történő vizsgálatát. A VBM segítségével egészséges felnőtteknél a szürkeállományt pozitívan korrelálták az intelligenciával a frontális, temporális, parietális és occipitális lebenyekben. A VBM-et arra is használták, hogy kimutassák, hogy a prefrontális kéreg mediális régiójában és a dorsomedialis prefrontális kéregben lévő szürkeállomány térfogata pozitívan korrelál az intelligenciával egy 55 egészséges felnőttből álló csoportban. A VBM-et sikeresen alkalmazták arra is, hogy pozitív korrelációt állapítsanak meg az anterior cinguláris szürkeállomány térfogata és az intelligencia között 5 és 18 év közötti gyermekeknél.
A szürkeállományról szintén kimutatták, hogy pozitívan korrelál az intelligenciával gyermekeknél. Reis és munkatársai azt találták, hogy a prefrontális kéreg szürkeállománya járul hozzá a legerőteljesebben az intelligencia varianciájához 5 és 17 év közötti gyermekeknél, míg a szubkortikális szürkeállomány kisebb mértékben kapcsolódik az intelligenciához. Frangou és munkatársai 12 és 21 év közötti gyermekek és fiatal felnőttek körében vizsgálták a szürkeállomány és az intelligencia közötti kapcsolatot, és azt találták, hogy az orbitofrontális kéreg, a cinguláris gyrus, a kisagy és a talamusz szürkeállománya pozitívan korrelál az intelligenciával, míg a nucleus caudatus szürkeállománya negatívan korrelál az intelligenciával. A szürkeállomány térfogata és az intelligencia közötti kapcsolat azonban csak idővel alakul ki, mivel 11 év alatti gyermekeknél nem mutatható ki szignifikáns pozitív kapcsolat a szürkeállomány térfogata és az intelligencia között.
A szürkeállomány térfogata és az intelligencia kapcsolatát vizsgáló kutatások mögöttes fenntartását a neurális hatékonyság hipotézise mutatja. Az a megállapítás, hogy az intelligensebb egyének hatékonyabban használják az idegsejtjeiket, arra utalhat, hogy a szürkeállomány és az intelligencia összefüggése a nem használt szinapszisok szelektív megszüntetését, és ezáltal jobb agyi áramköröket tükröz.
FehérállománySzerkesztés
A szürkeállományhoz hasonlóan a fehérállomány is pozitívan korrelál az intelligenciával az embereknél. A fehérállomány főleg myelinizált neuronális axonokból áll, amelyek a neuronok közötti jelek továbbításáért felelősek. A fehérállomány rózsaszínes-fehéres színe valójában ezeknek a mielinhüvelyeknek köszönhető, amelyek elektromosan szigetelik a jeleket más neuronok felé továbbító neuronokat. A fehérállomány a szürkeállomány különböző régióit köti össze az agyvelőben. Ezek az összeköttetések zökkenőmentesebbé teszik a közlekedést, és megkönnyítik a feladatok elvégzését. Jelentős összefüggéseket találtak az intelligencia és a corpus callosum között, mivel a nagyobb callosalis területek pozitívan korrelálnak a kognitív teljesítménnyel. Úgy tűnik azonban, hogy a fehérállomány jelentőségében különbségek vannak a verbális és a nem verbális intelligencia között, mivel bár mind a verbális, mind a nem verbális intelligenciamérések pozitívan korrelálnak a corpus callosum méretével, az intelligencia és a corpus callosum mérete közötti korreláció nagyobb (.47) volt a nem verbális mérések esetében, mint a verbális mérések esetében (.18). Az anatómiai háló alapú geometriai modellezés szintén pozitív korrelációt mutatott ki a corpus callosum vastagsága és az intelligencia között egészséges felnőtteknél.
A fehérállomány integritása szintén összefüggést mutatott az intelligenciával. A fehérállományi pályák integritása fontos az információfeldolgozás sebességéhez, és ezért a csökkent fehérállományi integritás összefügg az alacsonyabb intelligenciával. A fehérállomány integritásának hatását teljes mértékben az információfeldolgozási sebesség közvetíti. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az agy strukturálisan összekapcsolódik, és hogy az axonális rostok integrálisan fontosak a gyors információfeldolgozás és így az általános intelligencia szempontjából.
A fent leírt eredményekkel ellentétben a VBM nem talált kapcsolatot a corpus callosum és az intelligencia között egészséges felnőtteknél. Ez az ellentmondás úgy tekinthető, hogy azt jelzi, hogy a fehérállomány térfogata és az intelligencia közötti kapcsolat nem olyan szilárd, mint a szürkeállományé és az intelligenciáé.
Kéregállomány vastagságaSzerkesztés
A kéregállomány vastagsága szintén pozitívan korrelál az intelligenciával emberekben. Az agykérgi vastagság növekedési üteme azonban szintén összefügg az intelligenciával. Korai gyermekkorban a kérgi vastagság negatív korrelációt mutat az intelligenciával, míg késői gyermekkorra ez a korreláció pozitívra változik. Úgy találták, hogy az intelligensebb gyermekeknél az agykérgi vastagság egyenletesebben és hosszabb idő alatt fejlődik, mint a kevésbé intelligens gyermekeknél. A vizsgálatok szerint az agykérgi vastagság az egyének intelligenciájának varianciájából 5%-kal magyarázza az intelligenciát. Egy olyan vizsgálatban, amelyet az agykérgi vastagság és az általános intelligencia közötti összefüggések feltárására végeztek különböző embercsoportok között, a nemnek nem volt szerepe az intelligencia szempontjából. Bár a különböző társadalmi-gazdasági körülmények és iskolázottsági szintek miatt nehéz az intelligenciát az életkorhoz kötni az agykérgi vastagság alapján, az idősebb alanyok (17-24 évesek) általában kisebb eltéréseket mutattak az intelligencia tekintetében, mint a fiatalabbakkal (19-17 évesek) összehasonlítva.
Agykérgi konvolúcióSzerkesztés
Agykérgi konvolúció az emberi evolúció során növelte az agy felszínének hajtogatását. Feltételezések szerint az agykérgi konvolúció magas foka olyan neurológiai szubsztrátum lehet, amely támogatja az emberi agy néhány legjellegzetesebb kognitív képességét. Következésképpen az emberi fajon belüli egyéni intelligenciát az agykérgi konvolúció mértéke modulálhatja.
Egy 2019-ben közzétett elemzés szerint 677 gyermek és serdülő (átlagéletkor 12.72 év) agyában közel 1-es genetikai korrelációt mutattak ki az IQ és az agy bal oldalán található gyrus supramarginalis felszíne között.
Neurális hatékonyságSzerkesztés
A neurális hatékonyság hipotézis azt tételezi fel, hogy az intelligensebb egyének kognitív feladatok során kevesebb aktivációt mutatnak az agyban, amit a glükózanyagcserével mérnek. A résztvevők egy kis mintája (N=8) negatív korrelációt mutatott az intelligencia és az abszolút regionális metabolikus ráták között, amely -0,48 és -0,84 között mozgott a PET-szkenneléssel mérve, ami arra utal, hogy az okosabb egyének hatékonyabb információfeldolgozók, mivel kevesebb energiát használnak fel. Neubauer & Fink átfogó áttekintése szerint számos vizsgálat (N=27) megerősítette ezt a megállapítást olyan módszerekkel, mint a PET-szkennelés, az EEG és az fMRI.
Az fMRI- és EEG-vizsgálatok kimutatták, hogy a feladat nehézsége fontos tényező, amely befolyásolja az idegi hatékonyságot. Az intelligensebb egyének csak akkor mutatnak neurális hatékonyságot, amikor szubjektíve könnyű vagy közepes nehézségű feladatokkal szembesülnek, míg a nehéz feladatok során nem mutatható ki neurális hatékonyság. Valójában úgy tűnik, hogy az ügyesebb egyének több agykérgi erőforrást fektetnek be a nagy nehézségű feladatokba. Ez különösen igaznak tűnik a prefrontális kéregre, mivel a magasabb intelligenciájú egyének a nehéz feladatok során fokozott aktivációt mutattak ezen a területen az alacsonyabb intelligenciájú egyénekhez képest. Azt javasolták, hogy az idegi hatékonyság jelenségének fő oka az lehet, hogy a magas intelligenciával rendelkező egyének jobban blokkolják a zavaró információkat, mint az alacsony intelligenciával rendelkező egyének.
További kutatásokSzerkesztés
A tudósok egy része inkább minőségi változókat vizsgál, amelyek az ismert funkciójú, mérhető régiók méretéhez kapcsolódnak, például az elsődleges látókéreg méretét a megfelelő funkciókhoz, a vizuális teljesítményhez kapcsolják.
Az Avon Longitudinal Study of Parents and Children kohorszból származó 633 terminusban született gyermek fejnövekedését vizsgáló tanulmányban kimutatták, hogy a prenatális növekedés és a csecsemőkori növekedés összefügg a későbbi IQ-val. A tanulmány következtetése az volt, hogy a gyermek 1 éves korára elért agytérfogat segít meghatározni a későbbi intelligenciát. A csecsemőkor utáni agytérfogat-növekedés nem feltétlenül kompenzálja a korábbi gyengébb növekedést.
Az IQ és a rövidlátás között összefüggés van. Az egyik javasolt magyarázat szerint egy vagy több pleiotróp gén(ek) egyszerre befolyásolják az agy neocortex részének és a szemnek a méretét.
Parieto-frontális integrációs elméletSzerkesztés
A Behavioral and Brain Sciences 2007-ben megjelentetett egy célcikket, amely 37 lektorált neuroimaging vizsgálat alapján az intelligencia biológiai modelljét állította fel (Jung & Haier, 2007). A funkcionális képalkotásból (funkcionális mágneses rezonancia képalkotás és pozitronemissziós tomográfia) és strukturális képalkotásból (diffúziós MRI, voxel-alapú morfometria, in vivo mágneses rezonancia spektroszkópia) származó rengeteg adat áttekintése szerint az emberi intelligencia egy elosztott és integrált neurális hálózatból ered, amely a frontális és parietális lebeny agyi régióiból áll.
A Barbey és munkatársai által nemrégiben végzett sérüléstérképezési vizsgálat bizonyítékot szolgáltat az intelligencia P-FIT elméletének alátámasztására.
A korai életkorban bekövetkezett, az agy egyik oldalára izolált agysérülések jellemzően viszonylag megkímélt intellektuális funkciókat eredményeznek, és az IQ a normál tartományban van.