Neuronauka i inteligencja

Objętość mózguEdit

Jedną z głównych metod stosowanych w celu ustalenia związku między inteligencją a mózgiem jest wykorzystanie miar objętości mózgu. Najwcześniejsze próby oszacowania objętości mózgu były dokonywane przy użyciu miar zewnętrznych parametrów głowy, takich jak obwód głowy jako przybliżenie wielkości mózgu. Nowsze metodologie stosowane do badania tej zależności obejmują pośmiertne pomiary masy i objętości mózgu. Mają one swoje własne ograniczenia i mocne strony. Pojawienie się MRI jako nieinwazyjnej, bardzo dokładnej metody pomiaru struktury i funkcji żywego mózgu (fMRI) sprawiło, że stała się ona dominującą i preferowaną metodą pomiaru objętości mózgu.

Ogółem, większy rozmiar i objętość mózgu wiąże się z lepszym funkcjonowaniem poznawczym i wyższą inteligencją. Konkretne regiony, które wykazują najsilniejszą korelację między objętością a inteligencją, to płaty czołowe, skroniowe i ciemieniowe mózgu. Przeprowadzono wiele badań, w których uzyskano jednolicie dodatnie korelacje, co prowadzi do bezpiecznego wniosku, że większe mózgi przepowiadają wyższą inteligencję. U zdrowych dorosłych korelacja całkowitej objętości mózgu i IQ wynosi około 0,4, gdy używane są testy wysokiej jakości. W badaniu na dużą skalę (n = 29 tys.) z wykorzystaniem UK Biobank stwierdzono korelację na poziomie .275. Siła tego związku nie zależała od płci, co zaprzecza niektórym wcześniejszym badaniom. W badaniu wykorzystującym projekt rodzeństwa w dwóch średniej wielkości próbach znaleziono dowody na istnienie związku przyczynowego z wielkością efektu wynoszącą .19. Taka konstrukcja badania wyklucza czynniki zakłócające, które różnią się między rodzinami, ale nie te, które różnią się w obrębie rodzin.

Mniej wiadomo na temat zmienności w skalach mniejszych niż całkowita objętość mózgu. Metaanalityczny przegląd dokonany przez McDaniela wykazał, że korelacja między inteligencją a wielkością mózgu in vivo była większa u kobiet (0,40) niż u mężczyzn (0,25). To samo badanie wykazało również, że korelacja między wielkością mózgu a inteligencją wzrastała wraz z wiekiem, przy czym u dzieci korelacja ta była mniejsza. Sugeruje się, że związek między większą objętością mózgu a wyższą inteligencją jest związany z różnicami w określonych regionach mózgu: pomiar całego mózgu nie doceniłby tych powiązań. W przypadku funkcji bardziej specyficznych niż inteligencja ogólna, efekty regionalne mogą być ważniejsze. Na przykład, dowody sugerują, że u nastolatków uczących się nowych słów, wzrost słownictwa jest związany z gęstością istoty szarej w obustronnych tylnych zakrętach nadskrzyżowaniowych. Niewielkie badania wykazały przejściowe zmiany w istocie szarej związane z rozwojem nowej umiejętności fizycznej (żonglowanie) w korze potyliczno-skroniowej

Objętość mózgu nie jest doskonałym wyznacznikiem inteligencji: związek ten wyjaśnia niewielką część wariancji inteligencji – od 12% do 36% wariancji. Ilość wariancji wyjaśnionej przez objętość mózgu może również zależeć od rodzaju mierzonej inteligencji. Do 36% wariancji w inteligencji werbalnej może być wyjaśnione przez objętość mózgu, podczas gdy tylko około 10% wariancji w inteligencji wizualno-przestrzennej może być wyjaśnione przez objętość mózgu. W badaniu przeprowadzonym w 2015 r. przez badacza Stuarta J. Ritchie stwierdzono, że wielkość mózgu wyjaśnia 12% wariancji inteligencji u poszczególnych osób. Te zastrzeżenia sugerują, że istnieją inne główne czynniki wpływające na to, jak inteligentna jest dana osoba, poza rozmiarem mózgu. W dużej metaanalizie obejmującej 88 badań Pietschnig et al. (2015) oszacowali korelację między objętością mózgu a inteligencją na około współczynnik korelacji 0,24, co odpowiada 6% wariancji. Biorąc pod uwagę jakość pomiaru oraz rodzaj próbki i zakres IQ, metaanalityczne skojarzenie objętości mózgu w wydaje się być ~ .4 u normalnych dorosłych. Badacz Jakob Pietschnig argumentował, że siła pozytywnego związku objętości mózgu i IQ pozostaje solidna, ale została przeceniona w literaturze. Stwierdził on, że „Kuszące jest interpretowanie tego związku w kontekście ludzkiej ewolucji poznawczej i różnic gatunkowych w wielkości mózgu i zdolnościach poznawczych, pokazujemy, że nie jest uzasadnione interpretowanie wielkości mózgu jako izomorficznego proxy ludzkich różnic inteligencji”.

Szara materiaEdit

Szara materia została zbadana jako potencjalna biologiczna podstawa różnic w inteligencji. Podobnie jak objętość mózgu, globalna objętość istoty szarej jest pozytywnie związana z inteligencją. Dokładniej, wyższa inteligencja jest związana z większą ilością korowej substancji szarej w korze przedczołowej i tylnej korze skroniowej u dorosłych. Ponadto wykazano, że zarówno inteligencja werbalna, jak i niewerbalna są dodatnio skorelowane z objętością istoty szarej w płatach ciemieniowych, skroniowych i potylicznych u młodych zdrowych osób dorosłych, co sugeruje, że inteligencja jest związana z szeroką gamą struktur w mózgu.

Wydaje się, że istnieją różnice płciowe między związkiem istoty szarej z inteligencją u mężczyzn i kobiet. Mężczyźni wydają się wykazywać więcej korelacji inteligencji z istotą szarą w płatach czołowych i ciemieniowych, podczas gdy najsilniejsze korelacje między inteligencją a istotą szarą u kobiet można znaleźć w płatach czołowych i obszarze Broca. Różnice te nie mają jednak wpływu na ogólną inteligencję, sugerując, że te same poziomy zdolności poznawczych można osiągnąć na różne sposoby.

Jedną ze specyficznych metod stosowanych do badania korelatów istoty szarej inteligencji w obszarach mózgu jest morfometria oparta na wokselach (VBM). VBM pozwala badaczom na określenie obszarów zainteresowania z dużą rozdzielczością przestrzenną, co umożliwia badanie obszarów istoty szarej skorelowanych z inteligencją z większą rozdzielczością specjalną. VBM została wykorzystana do pozytywnego skorelowania istoty szarej z inteligencją w płatach czołowych, skroniowych, ciemieniowych i potylicznych u zdrowych dorosłych. Za pomocą VBM wykazano również, że objętość istoty szarej w przyśrodkowym obszarze kory przedczołowej i grzbietowo-przyśrodkowej kory przedczołowej koreluje dodatnio z inteligencją w grupie 55 zdrowych dorosłych. VBM zostało również z powodzeniem wykorzystane do ustalenia pozytywnej korelacji między objętością istoty szarej w przedniej części kory zakrętu obręczy a inteligencją u dzieci w wieku od 5 do 18 lat.

Materia szara również pozytywnie koreluje z inteligencją u dzieci. Reis i współpracownicy stwierdzili, że istota szara w korze przedczołowej w największym stopniu przyczynia się do wariancji inteligencji u dzieci w wieku od 5 do 17 lat, podczas gdy podkorowa istota szara jest związana z inteligencją w mniejszym stopniu. Frangou i współpracownicy zbadali związek między istotą szarą a inteligencją u dzieci i młodych dorosłych w wieku od 12 do 21 lat i stwierdzili, że istota szara w korze oczodołowo-czołowej, zakręcie obręczy, móżdżku i wzgórzu jest pozytywnie skorelowana z inteligencją, natomiast istota szara w jądrze ogoniastym jest negatywnie skorelowana z inteligencją. Jednak związek między objętością istoty szarej a inteligencją rozwija się dopiero z czasem, ponieważ nie można znaleźć istotnego pozytywnego związku między objętością istoty szarej a inteligencją u dzieci poniżej 11 roku życia.

Podstawowe zastrzeżenie do badań nad związkiem objętości istoty szarej i inteligencji wykazuje hipoteza o efektywności neuronalnej. Odkrycie, że bardziej inteligentne osoby są bardziej wydajne w używaniu swoich neuronów może wskazywać, że korelacja istoty szarej z inteligencją odzwierciedla selektywną eliminację nieużywanych synaps, a tym samym lepszy obwód mózgu.

Materia białaEdit

Podobnie jak w przypadku istoty szarej, wykazano, że istota biała koreluje pozytywnie z inteligencją u ludzi. Materia biała składa się głównie z mielinowanych aksonów neuronów, odpowiedzialnych za dostarczanie sygnałów między neuronami. Różowawo-biały kolor istoty białej jest w rzeczywistości wynikiem tych osłonek mielinowych, które elektrycznie izolują neurony przekazujące sygnały do innych neuronów. Istota biała łączy ze sobą różne regiony istoty szarej w mózgu. Te wzajemne połączenia sprawiają, że transport jest bardziej płynny i pozwalają nam na łatwiejsze wykonywanie zadań. Stwierdzono znaczące korelacje między inteligencją a ciałem modzelowatym, ponieważ większe obszary ciała modzelowatego są pozytywnie skorelowane z wydajnością poznawczą. Wydaje się jednak, że istnieją różnice w znaczeniu istoty białej między inteligencją werbalną i niewerbalną, ponieważ chociaż zarówno werbalne, jak i niewerbalne miary inteligencji korelują pozytywnie z wielkością ciała modzelowatego, korelacja między inteligencją a wielkością ciała modzelowatego była większa (,47) w przypadku miar niewerbalnych niż w przypadku miar werbalnych (,18). Modelowanie geometryczne oparte na siatce anatomicznej również wykazało pozytywne korelacje pomiędzy grubością ciała modzelowatego a inteligencją u zdrowych dorosłych.

Znaleziono również związek pomiędzy integralnością istoty białej a inteligencją. Integralność szlaków istoty białej jest ważna dla szybkości przetwarzania informacji, a zatem zmniejszona integralność istoty białej jest związana z niższą inteligencją. Wpływ integralności istoty białej jest całkowicie zapośredniczony przez szybkość przetwarzania informacji. Wyniki te wskazują, że mózg jest strukturalnie połączony i że włókna aksonalne są integralnie ważne dla szybkiego przetwarzania informacji, a tym samym dla inteligencji ogólnej.

Przecząc powyższym ustaleniom, VBM nie znalazło związku między ciałem modzelowatym a inteligencją u zdrowych dorosłych. Ta sprzeczność może oznaczać, że związek między objętością istoty białej a inteligencją nie jest tak silny jak związek między istotą szarą a inteligencją.

Grubość kory mózgowejEdit

Grubość kory mózgowej również koreluje pozytywnie z inteligencją u ludzi. Jednak tempo wzrostu grubości kory mózgowej jest również związane z inteligencją. We wczesnym dzieciństwie grubość kory wykazuje ujemną korelację z inteligencją, natomiast w późnym dzieciństwie korelacja ta zmieniła się na dodatnią. Stwierdzono, że dzieci bardziej inteligentne rozwijają grubość kory mózgowej bardziej stabilnie i w dłuższych okresach czasu niż dzieci mniej inteligentne. Badania wykazały, że grubość kory wyjaśnia 5% wariancji inteligencji u poszczególnych osób. W badaniu przeprowadzonym w celu znalezienia związków między grubością kory mózgowej a inteligencją ogólną między różnymi grupami ludzi, płeć nie odgrywała roli w inteligencji. Chociaż trudno jest przypisać inteligencję do wieku na podstawie grubości kory mózgowej ze względu na różne okoliczności społeczno-ekonomiczne i poziomy wykształcenia, starsi badani (17 – 24) wykazywali tendencję do mniejszej wariancji w zakresie inteligencji niż w porównaniu z młodszymi badanymi (19 – 17).

Korowa konwolucjaEdit

Korowa konwolucja zwiększyła pofałdowanie powierzchni mózgu w trakcie ewolucji człowieka. Postawiono hipotezę, że wysoki stopień konwolucji korowej może być neurologicznym substratem, który wspiera niektóre z najbardziej charakterystycznych zdolności poznawczych ludzkiego mózgu. W związku z tym indywidualna inteligencja w obrębie gatunku ludzkiego może być modulowana przez stopień korowej konwolucji.

Analiza opublikowana w 2019 r. Znalazła kontury 677 dzieci i nastolatków (średni wiek 12.72 lata) mózgów miały korelację genetyczną prawie 1 między IQ a powierzchnią zakrętu supramarginalnego po lewej stronie mózgu.

Wydajność neuronalnaEdit

Hipoteza wydajności neuronalnej postuluje, że bardziej inteligentne osoby wykazują mniejszą aktywację w mózgu podczas zadań poznawczych, mierzoną metabolizmem glukozy. Niewielka próba uczestników (N=8) wykazała ujemne korelacje pomiędzy inteligencją a bezwzględnymi regionalnymi wskaźnikami metabolizmu, wynoszącymi od -0,48 do -0,84, mierzonymi za pomocą skanów PET, wskazując, że osoby inteligentne są bardziej efektywnymi procesorami informacji, ponieważ zużywają mniej energii. Według obszernego przeglądu Neubauera & Finka duża liczba badań (N=27) potwierdziła to odkrycie przy użyciu takich metod jak skany PET, EEG i fMRI.

Badania fMRI i EEG ujawniły, że trudność zadania jest ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność neuronalną. Osoby bardziej inteligentne wykazują sprawność neuronalną tylko w obliczu zadań subiektywnie łatwych do umiarkowanie trudnych, podczas gdy w przypadku zadań trudnych nie stwierdza się żadnej sprawności neuronalnej. W rzeczywistości, osoby bardziej zdolne wydają się inwestować więcej zasobów korowych w zadania o wysokim stopniu trudności. Wydaje się to być szczególnie prawdziwe w przypadku kory przedczołowej, ponieważ osoby o wyższej inteligencji wykazywały zwiększoną aktywację tego obszaru podczas zadań trudnych w porównaniu z osobami o niższej inteligencji. Zaproponowano, że głównym powodem zjawiska wydajności neuronalnej może być to, że osoby o wysokiej inteligencji są lepsze w blokowaniu zakłócających informacji niż osoby o niskiej inteligencji.

Dalsze badaniaEdit

Niektórzy naukowcy wolą patrzeć na bardziej jakościowe zmienne, aby odnieść się do wielkości mierzalnych regionów o znanej funkcji, na przykład odnosząc wielkość pierwotnej kory wzrokowej do odpowiadających jej funkcji, czyli wydajności wzrokowej.

W badaniu wzrostu głowy 633 terminowo urodzonych dzieci z kohorty Avon Longitudinal Study of Parents and Children, wykazano, że wzrost prenatalny i wzrost w okresie niemowlęcym były związane z późniejszym IQ. Wniosek z badania był taki, że objętość mózgu, jaką dziecko osiąga do 1 roku życia, pomaga określić późniejszą inteligencję. Wzrost objętości mózgu po niemowlęctwie może nie zrekompensować gorszego wcześniejszego wzrostu.

Istnieje związek między IQ a krótkowzrocznością. Jednym z sugerowanych wyjaśnień jest to, że jeden lub kilka genów plejotropowych wpływa na wielkość neokorowej części mózgu i oczu jednocześnie.

Teoria integracji parieto-frontalnejEdit

W 2007 roku Behavioral and Brain Sciences opublikowało artykuł docelowy, który przedstawił biologiczny model inteligencji oparty na 37 recenzowanych badaniach neuroobrazowania (Jung & Haier, 2007). Ich przegląd bogactwa danych z obrazowania funkcjonalnego (funkcjonalny rezonans magnetyczny i pozytonowa tomografia emisyjna) i strukturalnego (rezonans dyfuzyjny, morfometria oparta na wokselach, spektroskopia rezonansu magnetycznego in vivo) dowodzi, że ludzka inteligencja powstaje z rozproszonej i zintegrowanej sieci neuronalnej obejmującej regiony mózgu w płatach czołowych i ciemieniowych.

Ostatnie badanie mapowania zmian chorobowych przeprowadzone przez Barbey’a i współpracowników dostarcza dowodów na poparcie teorii P-FIT inteligencji.

Urazy mózgu w młodym wieku, izolowane do jednej strony mózgu, zazwyczaj skutkują względnie zachowaną funkcją intelektualną i IQ w normie.