Интелигентност: от генетиката до "проводниците" и "процесора" на човешкия мозък

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Защо някои хора са по-умни от други? От незапомнени времена учените се опитват да разберат какво да правят, за да поддържат главата ясна. Позовавайки се на редица научни изследвания, Spektrum обсъжда компонентите на интелигентността - от генетиката до "проводниците" и "процесора" на човешкия мозък.

Защо някои хора са по-умни от други? От незапомнени времена учените се опитват да разберат какво трябва да се направи, за да може главата да мисли добре. Но сега поне е ясно: списъкът с компоненти на интелигентността е по-дълъг от очакваното.

През октомври 2018 г. Венцел Грюс показа нещо невероятно пред милиони телевизионни зрители: ученик от малкия германски град Ластрут удари с глава футболна топка повече от петдесет пъти подред, без да я изпуска или вдига с ръце. Но фактът, че публиката на руското телевизионно шоу „Удивителни хора“го награди с ентусиазирани аплодисменти, се обясняваше не само с атлетичната сръчност на младежа. Факт е, че играейки с топката, той между пъти повиши числото 67 на пета степен, като получи десетцифрен резултат само за 60 секунди.

Венцел, който днес е на 17, има уникален математически дар: той умножава, дели и изважда корени от дванадесетцифрени числа без химикал, хартия или други помощни средства. На последното световно първенство по устно броене той зае трето място. Както самият той казва, за решаването на особено трудни математически задачи му отнема от 50 до 60 минути: например, когато трябва да разложи двадесетцифрено число на прости множители. Как го прави? Вероятно неговата краткосрочна памет играе основна роля тук.

Ясно е, че мозъкът на Венцел е донякъде по-добър от мисловния орган на неговите нормално надарени връстници. Поне що се отнася до числата. Но защо като цяло някои хора имат по-голям умствен капацитет от други? Този въпрос все още беше в съзнанието на британския изследовател на природата Франсис Галтън преди 150 години. В същото време той обърна внимание на факта, че често различията в интелигентността са свързани с произхода на човек. В своя труд Hereditary Genius той заключава, че човешкият интелект може да бъде наследен.

Коктейл с много съставки

Както се оказа по-късно, тази негова теза е вярна – поне отчасти. Американските психолози Томас Бушар и Матю Макгу анализираха повече от 100 публикувани изследвания за сходството на интелигентността сред членовете на едно и също семейство. В някои произведения са описани еднояйчни близнаци, разделени веднага след раждането. Въпреки това при тестовете за интелигентност те показаха почти същите резултати. Близнаците, които израснаха заедно, бяха още по-сходни по отношение на умствените способности. Вероятно и околната среда е оказала важно влияние върху тях.

Днес учените смятат, че 50-60% от интелигентността се предава по наследство. С други думи, разликата в IQ между двама души е една добра половина поради структурата на тяхната ДНК, получена от родителите им.

В търсене на гени за интелигентност

Въпреки това, търсенето на наследствените материали, конкретно отговорни за това, досега е довело до малко. Вярно, понякога те откриват някои елементи, които на пръв поглед са свързани с интелигентността. Но при по-внимателно разглеждане тази връзка се оказа фалшива. Възникна парадоксална ситуация: от една страна, безброй изследвания доказаха висок наследствен компонент на интелигентността. От друга страна, никой не можеше да каже кои гени са конкретно отговорни за това.

Напоследък картината се промени донякъде, главно поради технологичния прогрес. Строителният план на всеки индивид се съдържа в неговата ДНК – своеобразна гигантска енциклопедия, състояща се от приблизително 3 милиарда букви. За съжаление е написано на език, който почти не познаваме. Въпреки че можем да четем буквите, значението на текстовете на тази енциклопедия остава скрито от нас. Дори учените да успеят да секвенират цялата ДНК на човек, те не знаят кои части от нея са отговорни за умствените му способности.

Интелигентност и IQ

Думата интелект идва от латинското съществително intellectus, което може да се преведе като "възприятие", "разбиране", "разбиране", "разум" или "ум". Психолозите разбират интелигентността като обща умствена способност, която обхваща различни компетенции: например способността да се решават проблеми, да се разбират сложни идеи, да се мисли абстрактно и да се учи от опита.

Интелигентността обикновено не се ограничава до един предмет, като математиката. Някой, който е добър в една област, често превъзхожда в други. Талантите, явно ограничени до един предмет, са рядкост. Следователно много учени изхождат от факта, че съществува общ фактор на интелигентността, така нареченият фактор G.

Всеки, който ще изучава интелигентност, се нуждае от метод за обективното й измерване. Първият тест за интелигентност е разработен от френските психолози Алфред Бине и Теодор Симон. Те го използват за първи път през 1904 г. за оценка на интелектуалните способности на учениците. На базата на разработените за целта задачи те създават т. нар. „скала за умствено развитие на Бине-Симон“. С негова помощ те определят възрастта на интелектуалното развитие на детето. Това отговаряше на число от скала от проблеми, които детето можеше да реши напълно.

През 1912 г. немският психолог Уилям Стърн предлага нов метод, при който възрастта на интелектуално развитие се дели на хронологичната възраст, а получената стойност се нарича коефициент на интелигентност (IQ). И въпреки че името е оцеляло и до днес, днес IQ вече не описва съотношенията на възрастта. Вместо това, IQ дава представа за това как нивото на интелигентност на индивида корелира с нивото на интелигентност на обикновения човек.

Хората се различават един от друг и съответно техните ДНК набори се различават. Въпреки това, хората с висок коефициент на интелигентност трябва да съвпадат поне с онези части от ДНК, които са свързани с интелигентността. Учените днес изхождат от тази фундаментална теза. Сравнявайки ДНК на стотици хиляди тестови субекти в милиони части, учените могат да идентифицират наследствените региони, които допринасят за формирането на по-високи интелектуални способности.

През последните години бяха публикувани редица подобни проучвания. Благодарение на тези анализи картината става все по-ясна: специалните умствени способности зависят не само от наследствени данни, но и от хиляди различни гени. И всеки от тях има само малък принос за феномена на интелигентността, понякога само няколко стотни от процента. „Сега се смята, че две трети от всички човешки променливи гени са пряко или косвено свързани с развитието на мозъка и по този начин потенциално с интелигентността“, подчертава Ларс Пенке, професор по биологична психология на личността в университета Георг Август в Гьотинген.

Седем запечатани мистерии

Но все още има един голям проблем: днес има 2000 известни места (локуса) в структурата на ДНК, които са свързани с интелигентността. Но в много случаи все още не е ясно за какво точно са отговорни тези локуси. За да решат този пъзел, изследователите на интелигентността наблюдават кои клетки са по-склонни от други да реагират на нова информация. Това може да означава, че тези клетки са по някакъв начин свързани с мисловните способности.

В същото време учените постоянно се сблъскват с определена група неврони - така наречените пирамидални клетки. Те растат в кората на главния мозък, тоест в онази външна обвивка на мозъка и малкия мозък, която специалистите наричат кора. Съдържа предимно нервни клетки, които му придават характерния сив цвят, поради което се нарича "сиво вещество".

Може би пирамидалните клетки играят ключова роля във формирането на интелигентността. Това сочат, така или иначе, резултатите от изследванията, проведени от невробиолога Наталия Горюнова, професор в Свободния университет в Амстердам.

Наскоро Горюнова публикува резултатите от изследване, което привлече вниманието на всички: тя сравнява пирамидалните клетки при субекти с различни интелектуални способности. Взети са тъканни проби основно от материал, получен по време на операции на пациенти с епилепсия. В тежки случаи неврохирурзите се опитват да премахнат фокуса на опасни припадъци. При това те винаги премахват части от здравия мозъчен материал. Именно този материал изучаваше Горюнова.

Тя първо тества как пирамидалните клетки, съдържащи се в него, реагират на електрически импулси. След това тя нарязва всяка проба на най-тънки резени, снима ги под микроскоп и ги сглобява отново на компютъра в триизмерно изображение. Така тя, например, установи дължината на дендритите - разклонени израстъци на клетки, с помощта на които те улавят електрически сигнали. „В същото време установихме връзка с IQ на пациентите“, обяснява Горюнова. "Колкото по-дълги и по-разклонени са били дендритите, толкова по-умен е бил индивидът."

Изследователят обясни това много просто: дългите, разклонени дендрити могат да осъществяват повече контакти с други клетки, тоест получават повече информация, която могат да обработват. Към това се добавя още един фактор: „Поради силното разклоняване те могат едновременно да обработват различна информация в различни клонове“, подчертава Горюнова. Благодарение на тази паралелна обработка клетките имат голям изчислителен потенциал. „Те работят по-бързо и по-продуктивно“, заключава Горюнова.

Само част от истината

Колкото и убедителна да изглежда тази теза, тя не може да се счита за напълно доказана, както самата изследователка откровено признава. Факт е, че изследваните от нея тъканни проби са взети главно от една много ограничена област в темпоралните лобове. Повечето епилептични припадъци се случват там и поради това, като правило, операцията за епилепсия се извършва в тази област. „Все още не можем да кажем как стоят нещата в други части на мозъка“, признава Горюнова. "Но нови, все още непубликувани резултати от изследванията от нашата група показват, например, че връзката между дължината на дендрита и интелигентността е по-силна в лявата част на мозъка, отколкото в дясната."

Все още е невъзможно да се направят някакви общи заключения от резултатите от изследванията на амстердамските учени. Освен това има доказателства, които говорят за точно обратното. Те са получени от Ерхан Генч, биопсихолог от Бохум. През 2018 г. той и колегите му също изследват как структурата на сивото вещество се различава между много умни и по-малко интелигентни хора. В същото време той стига до заключението, че силното разклоняване на дендритите е по-скоро вредно, отколкото благоприятно за способността за мислене.

Вярно е, че Генч не изследва отделни пирамидални клетки, а постави своите субекти в мозъчен скенер. По принцип магнитният резонанс не е подходящ за изследване на най-фините влакнести структури - разделителната способност на изображенията, като правило, се оказва недостатъчна. Но учените от Бохум са използвали специален метод, за да видят посоката на дифузия на тъканната течност.

Дендритите стават бариери за течността. Чрез анализиране на дифузията е възможно да се определи в коя посока са разположени дендритите, колко са разклонени и колко близо са един до друг. Резултат: при по-умните хора дендритите на отделните нервни клетки не са толкова плътни и не са склонни да се разпадат на тънки "жици". Това наблюдение е диаметрално противоположно на изводите, направени от невроложката Наталия Горюнова.

Но нима пирамидните клетки не се нуждаят от разнообразна външна информация, за да изпълняват задачите си в мозъка? Как това е в съответствие с установената ниска степен на разклоняване? Генч също смята за важна връзката между клетките, но според него тази връзка трябва да има цел. „Ако искате дървото да дава повече плодове, отрежете допълнителните клони“, обяснява той. - Същият е случаят със синаптичните връзки между невроните: когато се родим, имаме много от тях. Но в хода на живота си ги изтъняваме и оставяме само тези, които са важни за нас."

Вероятно благодарение на това можем да обработваме информацията по-ефективно.

„Живият калкулатор“Венцел Грюс прави същото, изключвайки всичко около себе си, когато решава проблем. Обработката на фонови стимули би била контрапродуктивна за него в този момент.

Наистина, хората с богата интелигентност показват по-фокусирана мозъчна дейност от по-малко надарените хора, когато трябва да решат сложен проблем. Освен това техният мисловен орган изисква по-малко енергия. Тези две наблюдения доведоха до така наречената невронна хипотеза за ефективност на интелигентността, според която не интензивността на мозъка е решаваща, а ефективността.

Твърде много готвачи развалят бульона

Генч вярва, че неговите открития подкрепят тази теория: „Ако имате работа с огромен брой връзки, всяка от които може да допринесе за решаването на проблем, тогава това по-скоро усложнява въпроса, отколкото му помага“, казва той. Според него това е все едно да поискаш съвет дори от онези приятели, които не разбират от телевизори, преди да си купят телевизор. Затова има смисъл да се потискат интерфериращите фактори – това е мнението на неврологът от Бохум. Вероятно умните хора го правят по-добре от другите.

Но как това се сравнява с резултатите на амстердамската група, водена от Наталия Горюнова? Ерхан Генч посочва, че въпросът може да е в различни техники за измерване. За разлика от холандския изследовател, той не изследва отделни клетки под микроскоп, а измерва движението на водните молекули в тъканите. Той също така посочва, че степента на разклоняване на пирамидалните клетки в различните сектори на мозъка може да бъде различна. "Имаме работа с мозайка, на която все още липсват много парчета."

Още подобни резултати от изследванията се намират другаде: дебелината на слоя сиво вещество е от решаващо значение за интелигентността - вероятно защото обемистият кортекс съдържа повече неврони, което означава, че има повече "изчислителен потенциал". Към днешна дата тази връзка се счита за доказана и Наталия Горюнова още веднъж го потвърди в работата си. "Размерът има значение" - това е установено преди 180 години от немския анатом Фридрих Тидеман (Friedrich Tiedemann). „Несъмнено има връзка между размера на мозъка и интелектуалната енергия“, пише той през 1837 г. За да измери обема на мозъка, той напълни черепите на починали хора със сухо просо, но тази връзка се потвърждава и от съвременните методи за измерване с помощта на мозъчни скенери. Според различни оценки от 6 до 9% от разликите в IQ са свързани с разликата в размера на мозъка. И все пак дебелината на мозъчната кора изглежда е критична.

И тук обаче има много мистерия. Това важи в еднаква степен както за мъжете, така и за жените, тъй като и при двата пола по-малките мозъци отговарят и на по-малки умствени способности. От друга страна, жените имат средно 150 грама по-малко мозък от мъжете, но се представят подобно на мъжете на IQ тестове.

„В същото време мозъчните структури на мъжете и жените са различни“, обяснява Ларс Пенке от университета в Гьотинген. "Мъжете имат повече сиво вещество, което означава, че мозъчната им кора е по-дебела, докато жените имат повече бяло вещество." Но също така е изключително важно за способността ни да решаваме проблеми. В същото време на пръв поглед не играе толкова забележима роля като сивото вещество. Бялото вещество се състои главно от дълги нервни влакна. Те могат да предават електрически импулси на дълги разстояния, понякога десет сантиметра или повече. Това е възможно, защото те са превъзходно изолирани от заобикалящата ги среда от слой наситено с мазнини вещество - миелин. Това е миелиновата обвивка и придава на влакната бял цвят. Той предотвратява загубата на напрежение поради къси съединения и също така ускорява трансфера на информация.

Прекъсвания на "жиците" в мозъка

Ако пирамидните клетки могат да се считат за мозъчни процесори, тогава бялото вещество е като компютърна шина: благодарение на него мозъчните центрове, разположени на голямо разстояние един от друг, могат да комуникират помежду си и да си сътрудничат при решаването на проблеми. Въпреки това бялото вещество отдавна е подценявано от изследователите на разузнаването.

Фактът, че това отношение сега се промени, се дължи, наред с други неща, и на Ларс Пенке. Преди няколко години той установи, че бялото вещество е в по-лошо състояние при хора с намален интелект. В мозъците им отделните комуникационни линии понякога протичат хаотично, а не спретнато и успоредно една на друга, миелиновата обвивка не е оформена оптимално и от време на време се появяват дори "скъсвания на проводници". „Ако има повече такива инциденти, това води до забавяне на обработката на информацията и в крайна сметка до факта, че индивидът на тестове за интелигентност показва по-лоши резултати от останалите“, обяснява личностният психолог Пенке. Смята се, че около 10% от разликите в IQ се дължат на състоянието на бялото вещество.

Но да се върнем към разликите между половете: според Пенке, според някои проучвания жените са толкова успешни в интелектуалните задачи, колкото мъжете, но понякога използват други области на мозъка. Причините могат само да се гадаят. Отчасти тези отклонения могат да се обяснят с разликата в структурата на бялото вещество – комуникационен канал между различните центрове на мозъка. „Както и да е, на базата на тези данни можем ясно да видим, че има повече от една и единствена възможност за използване на интелекта“, подчертава изследователят от Бохум. "Различните комбинации от фактори могат да доведат до едно и също ниво на интелигентност."

По този начин „умната глава“се състои от много компоненти и тяхното съотношение може да варира. Пирамидалните клетки също са важни като ефективни процесори, а бялото вещество като система за бърза комуникация и добре функционираща работна памет. Към това се добавят оптимално мозъчно кръвообращение, силен имунитет, активен енергиен метаболизъм и т.н. Колкото повече науката научава за феномена на интелигентността, толкова по-ясно става, че той не може да бъде свързан само с един компонент и дори с една конкретна част от мозъка.

Но ако всичко работи както трябва, тогава човешкият мозък е способен да прави невероятни неща. Това може да се види в примера на южнокорейския ядрен физик Ким Ун Йънг, който с коефициент на интелигентност 210 се смята за най-умния човек на Земята. На седемгодишна възраст той решава сложни интегрални уравнения в японско телевизионно шоу. На осем години той е поканен в НАСА в САЩ, където работи десет години.

Вярно е, че самият Ким предупреждава да не се придава твърде голямо значение на IQ. В статия от 2010 г. в Korea Herald той пише, че високо интелигентните хора не са всемогъщи. Подобно на световните рекорди за спортисти, високият коефициент на интелигентност е само една проява на човешкия талант. "Ако има широка гама от подаръци, тогава моят е само част от тях."