Neuroscienze e intelligenza

Volume del cervelloModifica

Uno dei principali metodi utilizzati per stabilire una relazione tra intelligenza e cervello è quello di utilizzare misure di volume del cervello. I primi tentativi di stimare il volume del cervello sono stati fatti usando misure di parametri esterni della testa, come la circonferenza della testa come proxy per le dimensioni del cervello. Metodologie più recenti impiegate per studiare questa relazione includono misure post-mortem del peso e del volume del cervello. Queste hanno i loro limiti e punti di forza. L’avvento della risonanza magnetica come misura non invasiva e altamente accurata della struttura e della funzione del cervello vivente (usando la fMRI) ha reso questo il metodo predominante e preferito per misurare il volume del cervello.

In generale, dimensioni e volume del cervello più grandi sono associati a un migliore funzionamento cognitivo e a un’intelligenza superiore. Le regioni specifiche che mostrano la correlazione più robusta tra volume e intelligenza sono i lobi frontali, temporali e parietali del cervello. Un gran numero di studi sono stati condotti con correlazioni uniformemente positive, portando alla conclusione generalmente sicura che cervelli più grandi predicono una maggiore intelligenza. Negli adulti sani, la correlazione tra il volume cerebrale totale e il QI è di circa 0,4 quando vengono utilizzati test di alta qualità. Uno studio su larga scala (n = 29k) usando la UK Biobank ha trovato una correlazione di .275. La forza di questa relazione non dipendeva dal sesso, contraddicendo alcuni studi precedenti. Uno studio che ha utilizzato un disegno di fratelli in due campioni di medie dimensioni ha trovato prove di causalità con un effetto di .19. Questo disegno di studio esclude i confondenti che variano tra le famiglie, ma non quelli che variano all’interno delle famiglie.

Si sa meno sulla variazione su scale inferiori al volume cerebrale totale. Una revisione meta-analitica di McDaniel ha trovato che la correlazione tra l’intelligenza e le dimensioni del cervello in vivo era più grande per le femmine (0,40) che per i maschi (0,25). Lo stesso studio ha anche trovato che la correlazione tra le dimensioni del cervello e l’intelligenza aumenta con l’età, con i bambini che mostrano correlazioni più piccole. È stato suggerito che il legame tra i volumi cerebrali più grandi e l’intelligenza superiore è legato alla variazione in regioni cerebrali specifiche: una misura del cervello intero sottostimerebbe questi legami. Per funzioni più specifiche dell’intelligenza generale, gli effetti regionali possono essere più importanti. Per esempio l’evidenza suggerisce che negli adolescenti che imparano nuove parole, la crescita del vocabolario è associata alla densità della materia grigia nei gyri sopramarginali posteriori bilaterali. Piccoli studi hanno mostrato cambiamenti transitori nella materia grigia associati allo sviluppo di una nuova abilità fisica (giocoleria) nella corteccia occipito-temporale

Il volume cerebrale non è un conto perfetto dell’intelligenza: il rapporto spiega una quantità modesta di varianza nell’intelligenza – dal 12% al 36% della varianza. La quantità di varianza spiegata dal volume cerebrale può anche dipendere dal tipo di intelligenza misurata. Fino al 36% della varianza dell’intelligenza verbale può essere spiegato dal volume cerebrale, mentre solo circa il 10% della varianza dell’intelligenza visuospaziale può essere spiegato dal volume cerebrale. Uno studio del 2015 del ricercatore Stuart J. Ritchie ha scoperto che le dimensioni del cervello spiegavano il 12% della varianza dell’intelligenza tra gli individui. Queste avvertenze implicano che ci sono altri fattori importanti che influenzano l’intelligenza di un individuo oltre alle dimensioni del cervello. In una grande meta-analisi composta da 88 studi Pietschnig et al. (2015) hanno stimato che la correlazione tra il volume del cervello e l’intelligenza è circa il coefficiente di correlazione di 0,24 che equivale al 6% di varianza. Prendendo in considerazione la qualità della misurazione, e il tipo di campione e IQ-range, l’associazione meta-analitica del volume del cervello in sembra essere ~ .4 negli adulti normali. Il ricercatore Jakob Pietschnig ha sostenuto che la forza dell’associazione positiva del volume cerebrale e il QI rimane robusto, ma è stato sopravvalutato in letteratura. Egli ha dichiarato che “È allettante interpretare questa associazione nel contesto dell’evoluzione cognitiva umana e delle differenze di specie nelle dimensioni del cervello e nelle capacità cognitive, noi dimostriamo che non è giustificato interpretare le dimensioni del cervello come un proxy isomorfo delle differenze di intelligenza umana”.

Materia grigiaModifica

La materia grigia è stata esaminata come potenziale fondamento biologico per le differenze di intelligenza. Analogamente al volume del cervello, il volume globale della materia grigia è positivamente associato all’intelligenza. Più specificamente, un’intelligenza più elevata è stata associata a una maggiore materia grigia corticale nella corteccia prefrontale e temporale posteriore negli adulti. Inoltre, sia l’intelligenza verbale che quella non verbale hanno dimostrato di essere correlate positivamente con il volume della materia grigia nei lobi parietali, temporali e occipitali in giovani adulti sani, il che implica che l’intelligenza è associata a un’ampia varietà di strutture all’interno del cervello.

Sembrano esserci differenze di sesso tra la relazione tra materia grigia e intelligenza tra uomini e donne. Gli uomini sembrano mostrare più correlazioni tra intelligenza e materia grigia nei lobi frontali e parietali, mentre le correlazioni più forti tra intelligenza e materia grigia nelle donne si trovano nei lobi frontali e nell’area di Broca. Tuttavia, queste differenze non sembrano avere un impatto sull’intelligenza complessiva, il che implica che gli stessi livelli di abilità cognitiva possono essere raggiunti in modi diversi.

Una metodologia specifica utilizzata per studiare i correlati di materia grigia dell’intelligenza nelle aree del cervello è nota come morfometria basata sui voxel (VBM). La VBM permette ai ricercatori di specificare le aree di interesse con una grande risoluzione spaziale, permettendo l’esame delle aree della materia grigia correlate all’intelligenza con una maggiore risoluzione speciale. La VBM è stata usata per correlare positivamente la materia grigia con l’intelligenza nei lobi frontale, temporale, parietale e occipitale in adulti sani. La VBM è stata anche usata per mostrare che il volume della materia grigia nella regione mediale della corteccia prefrontale e la corteccia prefrontale dorsomediale correlano positivamente con l’intelligenza in un gruppo di 55 adulti sani. La VBM è stata anche utilizzata con successo per stabilire una correlazione positiva tra i volumi di materia grigia nel cingolo anteriore e l’intelligenza in bambini dai 5 ai 18 anni.

La materia grigia ha anche dimostrato di correlare positivamente con l’intelligenza nei bambini. Reis e colleghi hanno scoperto che la materia grigia nella corteccia prefrontale contribuisce in modo più robusto alla varianza dell’intelligenza nei bambini tra i 5 e i 17 anni, mentre la materia grigia sottocorticale è correlata all’intelligenza in misura minore. Frangou e colleghi hanno esaminato la relazione tra materia grigia e intelligenza in bambini e giovani adulti di età compresa tra 12 e 21 anni, e hanno scoperto che la materia grigia nella corteccia orbitofrontale, nel giro cingolato, nel cervelletto e nel talamo è correlata positivamente all’intelligenza, mentre la materia grigia nel nucleo caudato è correlata negativamente all’intelligenza. Tuttavia, la relazione tra il volume della materia grigia e l’intelligenza si sviluppa solo nel tempo, in quanto non è possibile trovare alcuna relazione positiva significativa tra il volume della materia grigia e l’intelligenza nei bambini sotto gli 11 anni.

Un caveat di fondo alla ricerca sul rapporto tra volume della materia grigia e intelligenza è dimostrato dall’ipotesi di efficienza neurale. I risultati che gli individui più intelligenti sono più efficienti nell’uso dei loro neuroni potrebbero indicare che la correlazione della materia grigia all’intelligenza riflette l’eliminazione selettiva delle sinapsi inutilizzate, e quindi un migliore circuito cerebrale.

Materia biancaModifica

Similmente alla materia grigia, è stato dimostrato che la materia bianca è correlata positivamente all’intelligenza negli esseri umani. La materia bianca consiste principalmente di assoni neuronali mielinizzati, responsabili della trasmissione di segnali tra i neuroni. Il colore bianco-rosato della materia bianca è in realtà il risultato di queste guaine mieliniche che isolano elettricamente i neuroni che stanno trasmettendo segnali ad altri neuroni. La materia bianca collega tra loro diverse regioni di materia grigia nel cervello. Queste interconnessioni rendono il trasporto più fluido e ci permettono di eseguire compiti più facilmente. Sono state trovate correlazioni significative tra l’intelligenza e il corpo calloso, poiché aree callose più grandi sono state correlate positivamente con le prestazioni cognitive. Tuttavia, sembrano esserci differenze di importanza per la materia bianca tra l’intelligenza verbale e non verbale, in quanto, anche se entrambe le misure verbali e non verbali dell’intelligenza sono correlate positivamente con la dimensione del corpo calloso, la correlazione per l’intelligenza e la dimensione del corpo calloso era più grande (.47) per le misure non verbali rispetto a quella per le misure verbali (.18). La modellazione geometrica basata su mesh anatomiche ha anche mostrato correlazioni positive tra lo spessore del corpo calloso e l’intelligenza in adulti sani.

L’integrità della materia bianca è stata anche trovata correlata all’intelligenza. L’integrità del tratto di materia bianca è importante per la velocità di elaborazione delle informazioni, e quindi una ridotta integrità della materia bianca è legata a una minore intelligenza. L’effetto dell’integrità della materia bianca è mediato interamente attraverso la velocità di elaborazione delle informazioni. Questi risultati indicano che il cervello è strutturalmente interconnesso e che le fibre assonali sono integralmente importanti per l’elaborazione veloce delle informazioni, e quindi per l’intelligenza generale.

Contraddicendo i risultati descritti sopra, il VBM non ha trovato una relazione tra il corpo calloso e l’intelligenza negli adulti sani. Questa contraddizione può essere vista per significare che la relazione tra il volume della materia bianca e l’intelligenza non è così robusta come quella tra la materia grigia e l’intelligenza.

Spessore corticaleModifica

Lo spessore corticale è stato anche trovato per correlare positivamente con l’intelligenza negli esseri umani. Tuttavia, anche il tasso di crescita dello spessore corticale è correlato all’intelligenza. Nella prima infanzia, lo spessore corticale mostra una correlazione negativa con l’intelligenza, mentre nella tarda infanzia questa correlazione è passata ad una positiva. I bambini più intelligenti sono stati trovati a sviluppare lo spessore corticale in modo più costante e per periodi di tempo più lunghi rispetto ai bambini meno brillanti. Gli studi hanno trovato che lo spessore corticale spiega il 5% della varianza dell’intelligenza tra gli individui. In uno studio condotto per trovare associazioni tra lo spessore corticale e l’intelligenza generale tra diversi gruppi di persone, il sesso non ha giocato un ruolo nell’intelligenza. Anche se è difficile attribuire l’intelligenza all’età sulla base dello spessore corticale a causa delle diverse circostanze socioeconomiche e dei livelli di istruzione, i soggetti più anziani (17 – 24) tendevano ad avere meno varianze in termini di intelligenza rispetto ai soggetti più giovani (19 – 17).

Convoluzione corticaleModifica

La convoluzione corticale ha aumentato la piegatura della superficie del cervello nel corso dell’evoluzione umana. È stato ipotizzato che l’alto grado di convoluzione corticale possa essere un substrato neurologico che supporta alcune delle capacità cognitive più distintive del cervello umano. Di conseguenza, l’intelligenza individuale all’interno della specie umana potrebbe essere modulata dal grado di convoluzione corticale.

Un’analisi pubblicata nel 2019 ha trovato che i contorni di 677 bambini e adolescenti (età media 12.72 anni) i cervelli avevano una correlazione genetica di quasi 1 tra il QI e la superficie del giro sopramarginale sul lato sinistro del cervello.

Efficienza neuraleModifica

L’ipotesi di efficienza neurale postula che gli individui più intelligenti mostrano meno attivazione nel cervello durante i compiti cognitivi, come misurato dal metabolismo del glucosio. Un piccolo campione di partecipanti (N=8) ha mostrato correlazioni negative tra l’intelligenza e i tassi metabolici regionali assoluti che vanno da -0,48 a -0,84, come misurato dalle scansioni PET, indicando che gli individui più brillanti sono stati processori più efficaci di informazioni, in quanto usano meno energia. Secondo un’ampia revisione di Neubauer & Fink un gran numero di studi (N=27) ha confermato questa scoperta utilizzando metodi come le scansioni PET, EEG e fMRI.

fMRI e studi EEG hanno rivelato che la difficoltà del compito è un fattore importante che influenza l’efficienza neurale. Gli individui più intelligenti mostrano efficienza neurale solo di fronte a compiti di difficoltà soggettivamente facili o moderati, mentre nessuna efficienza neurale può essere trovata durante i compiti difficili. Infatti, gli individui più abili sembrano investire più risorse corticali in compiti di alta difficoltà. Questo sembra essere particolarmente vero per la corteccia prefrontale, in quanto gli individui con maggiore intelligenza hanno mostrato una maggiore attivazione di quest’area durante i compiti difficili rispetto agli individui con minore intelligenza. È stato proposto che la ragione principale del fenomeno dell’efficienza neurale potrebbe essere che gli individui con alta intelligenza sono più bravi a bloccare le informazioni che interferiscono rispetto agli individui con bassa intelligenza.

Ulteriori ricercheModifica

Alcuni scienziati preferiscono guardare a variabili più qualitative da mettere in relazione alla dimensione di regioni misurabili di funzione nota, per esempio mettendo in relazione la dimensione della corteccia visiva primaria con le sue funzioni corrispondenti, quella della performance visiva.

In uno studio sulla crescita della testa di 633 bambini nati a termine della coorte Avon Longitudinal Study of Parents and Children, è stato dimostrato che la crescita prenatale e la crescita durante l’infanzia erano associate al successivo QI. La conclusione dello studio era che il volume cerebrale che un bambino raggiunge all’età di 1 anno aiuta a determinare l’intelligenza successiva. La crescita del volume cerebrale dopo l’infanzia non può compensare una crescita precedente più scarsa.

C’è un’associazione tra QI e miopia. Una spiegazione suggerita è che uno o più geni pleiotropici influenzano la dimensione della parte di neocorteccia del cervello e degli occhi contemporaneamente.

Teoria dell’integrazione parieto-frontaleModifica

Nel 2007, Behavioral and Brain Sciences ha pubblicato un articolo che proponeva un modello biologico dell’intelligenza basato su 37 studi di neuroimaging peer-reviewed (Jung & Haier, 2007). La loro revisione di una grande quantità di dati di imaging funzionale (risonanza magnetica funzionale e tomografia a emissione di positroni) e strutturale (risonanza magnetica a diffusione, morfometria basata sui voxel, spettroscopia a risonanza magnetica in vivo) sostiene che l’intelligenza umana nasce da una rete neurale distribuita e integrata che comprende regioni del cervello nei lobi frontali e parietali.

Un recente studio di mappatura delle lesioni condotto da Barbey e colleghi fornisce prove a sostegno della teoria P-FIT dell’intelligenza.

Le lesioni cerebrali in giovane età isolate ad un lato del cervello si traducono tipicamente in una funzione intellettuale relativamente risparmiata e con un QI nella norma.