Intelligencia: a genetikától az emberi agy „vezetékeiig” és „processzoráig”

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Miért okosabbak egyesek, mint mások? A tudósok időtlen idők óta próbálják kitalálni, mit tegyenek a fej tisztaságának megőrzése érdekében. A Spektrum számos tudományos tanulmányra hivatkozva tárgyalja az intelligencia összetevőit – a genetikától az emberi agy „vezetékeiig” és „processzoráig”.

Miért okosabbak egyesek, mint mások? A tudósok időtlen idők óta próbálják kitalálni, mit kell tenni annak érdekében, hogy a fej jól gondolkodjon. De most már legalább világos: az intelligencia összetevőinek listája a vártnál hosszabb.

2018 októberében Wenzel Grüs valami hihetetlent mutatott meg tévénézők millióinak: a német kisváros, Lastrut egyik diákja egymás után több mint ötvenszer ütött el egy futballlabdát a fejével, és soha nem ejtette el vagy vette fel kézzel. De azt a tényt, hogy az "Amazing People" orosz tévéműsor közönsége lelkes tapssal jutalmazta, nem csak a fiatalember sportos ügyességével magyarázható. A helyzet az, hogy labdázva időközönként a 67-es számot ötödik hatványra emelte, mindössze 60 másodperc alatt tízjegyű eredményt ért el.

A ma 17 éves Wenzel egyedülálló matematikai adottságokkal rendelkezik: toll, papír és egyéb segédeszközök nélkül szoroz, oszt, és gyökez a tizenkét jegyű számokból. A legutóbbi világbajnokságon szóbeli számlálásban a harmadik helyet szerezte meg. Mint ő maga mondja, 50-60 percbe telik a különösen nehéz matematikai feladatok megoldása: például amikor egy húszjegyű számot kell prímtényezőkbe beszámítania. Hogyan csinálja? Valószínűleg itt a rövid távú memóriája játssza a főszerepet.

Nyilvánvaló, hogy Wenzel agya valamivel felülmúlja általában tehetséges társai gondolkodását. Legalábbis ami a számokat illeti. De általában miért van néhány embernek nagyobb a szellemi kapacitása, mint másoknak? Ez a kérdés 150 évvel ezelőtt még Francis Galton brit természetkutató fejében járt. Ugyanakkor felhívta a figyelmet arra, hogy az intelligenciabeli különbségek gyakran az ember származásával függnek össze. Hereditary Genius című művében arra a következtetésre jut, hogy az emberi intelligencia örökölhető.

Több összetevőből álló koktél

Mint később kiderült, ez a tézise helyes volt - legalábbis részben. Thomas Bouchard és Matthew McGue amerikai pszichológusok több mint 100 publikált tanulmányt elemeztek az azonos család tagjai közötti intelligencia hasonlóságáról. Egyes munkákban egypetéjű ikreket írtak le, amelyeket közvetlenül a születés után különítettek el. Ennek ellenére az intelligenciateszteken majdnem ugyanazt az eredményt mutatták. Az együtt nőtt ikrek mentális képességeiket tekintve még jobban hasonlítottak egymásra. Valószínűleg a környezet is jelentős hatással volt rájuk.

Ma a tudósok úgy vélik, hogy az intelligencia 50-60%-a öröklődik. Más szóval, két ember IQ-ja közötti különbség jó fele a szüleiktől kapott DNS szerkezetének köszönhetően.

Az intelligencia gének keresése

A kifejezetten ezért felelős örökletes anyagok felkutatása azonban egyelőre kevésre vezetett. Igaz, néha találtak néhány olyan elemet, amely első pillantásra az intelligenciával kapcsolatos. De közelebbről megvizsgálva, ez a kapcsolat hamisnak bizonyult. Paradox helyzet állt elő: egyrészt számtalan tanulmány bizonyította az intelligencia magas örökletes összetevőjét. Azt viszont senki sem tudta megmondani, hogy konkrétan mely gének felelősek ezért.

Az utóbbi időben némileg megváltozott a kép, elsősorban a technológiai fejlődés miatt. Minden egyes személy építési terve a DNS-ében található - egyfajta óriási enciklopédiában, amely körülbelül 3 milliárd betűből áll. Sajnos olyan nyelven íródott, amit alig ismerünk. Bár el tudjuk olvasni a leveleket, ennek az enciklopédiának a szövegeinek jelentése rejtve marad előttünk. Még ha a tudósoknak sikerül is szekvenálniuk egy személy teljes DNS-ét, nem tudják, hogy annak mely részei felelősek a mentális képességeiért.

Intelligencia és IQ

Az intellektus szó a latin intellectus főnévből származik, amely „észlelés”, „megértés”, „megértés”, „ész” vagy „elme” néven fordítható. A pszichológusok az intelligenciát olyan általános mentális képességként értelmezik, amely különféle kompetenciákat ölel fel: például a problémamegoldó képességet, az összetett gondolatok megértését, az elvont gondolkodást és a tapasztalatból való tanulást.

Az intelligencia általában nem korlátozódik egy tantárgyra, például a matematikára. Aki egy területen jó, az sokszor máson is kitűnik. Ritka az egy témára korlátozódó tehetség. Ezért sok tudós abból indul ki, hogy létezik az intelligencia általános tényezője, az úgynevezett G.

Mindenkinek, aki intelligenciát akar tanulni, szüksége van egy módszerre annak objektív mérésére. Az első intelligenciatesztet Alfred Binet és Théodore Simon francia pszichológusok fejlesztették ki. 1904-ben használták először az iskolások értelmi képességeinek felmérésére. Az erre a célra kidolgozott feladatok alapján elkészítették az úgynevezett "Binet-Simon mentális fejlődés skálát". Segítségével meghatározták a gyermek értelmi fejlettségének korát. Ez egy olyan számnak felelt meg egy problémaskálán, amelyet a gyermek teljesen meg tudott oldani.

1912-ben William Stern német pszichológus egy új módszert javasolt, amelyben az intellektuális fejlődés korát felosztották a kronológiai életkorral, és az így kapott értéket intelligenciahányadosnak (IQ) nevezték el. És bár a név a mai napig fennmaradt, ma az IQ már nem írja le az életkor arányait. Ehelyett az IQ képet ad arról, hogy az egyén intelligencia szintje hogyan korrelál az átlagember intelligencia szintjével.

Az emberek különböznek egymástól, és ennek megfelelően a DNS-készleteik is különböznek. A magas IQ-val rendelkező egyéneknek azonban meg kell felelniük a DNS legalább azon részeinek, amelyek az intelligenciához kapcsolódnak. A mai tudósok ebből az alapvető tézisből indulnak ki. Több százezer kísérleti alany DNS-ének milliónyi részekben történő összehasonlításával a tudósok azonosíthatják azokat az örökletes régiókat, amelyek hozzájárulnak a magasabb intellektuális képességek kialakulásához.

Az elmúlt években számos hasonló tanulmány látott napvilágot. Ezeknek az elemzéseknek köszönhetően egyre tisztábbá válik a kép: a különleges mentális képességek nemcsak örökletes adatokon, hanem több ezer különböző génen múlnak. És mindegyik csak kis mértékben járul hozzá az intelligencia jelenségéhez, néha csak néhány század százalékával. „Ma már úgy gondolják, hogy az emberi variábilis gének kétharmada közvetlenül vagy közvetve kapcsolódik az agy fejlődéséhez, és így potenciálisan az intelligenciához” – hangsúlyozza Lars Penke, a göttingeni Georg August Egyetem biológiai személyiségpszichológiai professzora.

Hét lezárt rejtély

De még mindig van egy nagy probléma: ma már 2000 olyan hely (lókusz) ismert a DNS szerkezetében, amelyek az intelligenciához kötődnek. De sok esetben még nem világos, hogy pontosan miért felelősek ezek a lókuszok. A rejtvény megoldása érdekében az intelligenciakutatók megfigyelik, hogy mely sejtek reagálnak nagyobb valószínűséggel az új információkra, mint mások. Ez azt jelentheti, hogy ezek a sejtek valamilyen módon kapcsolódnak a gondolkodási képességekhez.

Ugyanakkor a tudósok folyamatosan szembesülnek a neuronok egy bizonyos csoportjával - az úgynevezett piramissejtekkel. Az agykéregben nőnek, vagyis az agynak és a kisagynak abban a külső héjában, amelyet a szakértők kéregnek neveznek. Főleg idegsejteket tartalmaz, amelyek adják jellegzetes szürke színét, ezért nevezik "szürke anyagnak".

Talán a piramissejtek kulcsszerepet játszanak az intelligencia kialakulásában. Ezt mindenesetre mutatják Natalia Goryunova neurobiológus, az Amszterdami Szabadegyetem professzora által végzett vizsgálatok eredményei.

A közelmúltban Gorjunova publikálta egy mindenki figyelmét felkeltő tanulmány eredményét: különböző intellektuális képességekkel rendelkező alanyok piramissejtjeit hasonlította össze. A szövetmintákat főként epilepsziás betegek műtétei során nyert anyagokból vették. Súlyos esetekben az idegsebészek megpróbálják eltávolítani a veszélyes rohamok fókuszát. Ennek során mindig eltávolítják az egészséges agyanyag részeit. Goryunova ezt az anyagot tanulmányozta.

Először azt tesztelte, hogyan reagálnak a benne lévő piramissejtek az elektromos impulzusokra. Ezután minden mintát a legvékonyabb szeletekre vágott, mikroszkóp alatt lefényképezte, majd a számítógépen ismét háromdimenziós képpé állította össze. Így például meghatározta a dendritek hosszát - elágazó sejtek kinövéseit, amelyek segítségével elektromos jeleket vesznek fel. „Ugyanakkor kapcsolatot létesítettünk a betegek IQ-jával” – magyarázza Goryunova. "Minél hosszabbak és elágazóbbak a dendritek, annál okosabb volt az egyed."

A kutató ezt nagyon egyszerűen elmagyarázta: a hosszú, elágazó dendritek több kapcsolatot tudnak felvenni más sejtekkel, vagyis több információt kapnak, amit feldolgozni tudnak. Ehhez járul még egy tényező: „Az erős elágazásnak köszönhetően a különböző ágakban egyidejűleg különböző információkat tudnak feldolgozni” – hangsúlyozza Gorjunova. Ennek a párhuzamos feldolgozásnak köszönhetően a cellák nagy számítási potenciállal rendelkeznek. „Gyorsabban és termelékenyebben dolgoznak” – összegzi Gorjunova.

Csak egy része az igazságnak

Bármilyen meggyőzőnek is tűnik ez a tézis, nem tekinthető teljesen bizonyítottnak, amint azt maga a kutató is őszintén elismeri. A tény az, hogy az általa vizsgált szövetmintákat főként a halántéklebeny egy nagyon korlátozott területéről vették. A legtöbb epilepsziás roham ott fordul elő, ezért ezen a területen általában epilepsziás műtétet végeznek. „Még nem tudjuk megmondani, hogyan állnak a dolgok az agy más részein” – vallja be Gorjunova. "De csoportunk új, még nem publikált kutatási eredményei azt mutatják például, hogy a dendrithossz és az intelligencia közötti kapcsolat erősebb az agy bal oldalán, mint a jobb oldalon."

Az amszterdami tudósok kutatási eredményeiből továbbra sem lehet általános következtetéseket levonni. Sőt, vannak bizonyítékok, amelyek éppen az ellenkezőjéről beszélnek. Erhan Genç, egy bochumi biopszichológus szerezte meg őket. 2018-ban kollégáival azt is megvizsgálta, hogy miben különbözik a szürkeállomány szerkezete a nagyon okos és a kevésbé intelligens emberek között. Ugyanakkor arra a következtetésre jutott, hogy a dendritek erős elágazása inkább káros, mint kedvez a gondolkodási képességnek.

Igaz, Gench nem egyes piramissejteket vizsgált, hanem agyszkennerbe helyezte alanyait. A mágneses rezonancia képalkotás elvileg nem alkalmas a legfinomabb szálszerkezetek vizsgálatára - a képek felbontása általában elégtelennek bizonyul. A bochumi tudósok azonban egy speciális módszert alkalmaztak a szöveti folyadék diffúziós irányának meghatározására.

A dendritek a folyadék gátjává válnak. A diffúzió elemzésével megállapítható, hogy a dendritek milyen irányban helyezkednek el, milyen elágazásúak, milyen közel vannak egymáshoz. Eredmény: okosabb embereknél az egyes idegsejtek dendritjei nem olyan sűrűek, és nem hajlamosak vékony "huzalokra" szétesni. Ez a megfigyelés szöges ellentétben áll Natalia Goryunova idegtudós következtetéseivel.

De a piramissejteknek nincs szükségük sokféle külső információra ahhoz, hogy agyi feladataikat elvégezzék? Hogyan egyeztethető ez össze az elágazás alacsony fokával? Gench is fontosnak tartja a sejtek közötti kapcsolatot, de szerinte ennek a kapcsolatnak célnak kell lennie. „Ha azt szeretné, hogy a fa több gyümölcsöt teremjen, vágja le a felesleges ágakat” – magyarázza. - Ugyanez a helyzet a neuronok közötti szinaptikus kapcsolatokkal: amikor megszületünk, sok van bennünk. De életünk során ritkítjuk őket, és csak azokat hagyjuk meg, amelyek fontosak számunkra."

Feltehetően ennek köszönhetően tudjuk hatékonyabban feldolgozni az információkat.

Az "élő számológép" Wenzel Grüs ugyanezt teszi, problémamegoldáskor mindent kikapcsol maga körül. A háttéringerek feldolgozása ezen a ponton kontraproduktív lenne számára.

Valójában a gazdag intelligenciával rendelkező emberek koncentráltabb agyi tevékenységet mutatnak, mint a kevésbé tehetségesek, amikor összetett problémát kell megoldaniuk. Ráadásul gondolkodó szervük kevesebb energiát igényel. Ez a két megfigyelés vezetett az intelligencia hatékonyságának úgynevezett neurális hipotéziséhez, amely szerint nem az agy intenzitása a döntő, hanem a hatékonyság.

Túl sok szakács elrontja a húslevest

Gench úgy véli, hogy megállapításai ezt az elméletet támasztják alá: „Ha nagyszámú összefüggéssel van dolgunk, ahol mindegyik hozzájárulhat egy probléma megoldásához, akkor az inkább bonyolítja a dolgot, mint segít neki” – mondja. Szerinte ez ugyanaz, mintha tévévásárlás előtt tanácsot kérnének még azoktól a barátoktól is, akik nem értenek a tévéhez. Ezért van értelme elnyomni a zavaró tényezőket - ez a véleménye a bochumi idegtudósnak. Valószínűleg az okos emberek jobban csinálják, mint mások.

De hogyan viszonyul ez a Natalia Goryunova vezette amszterdami csoport eredményeihez? Erkhan Gench rámutat, hogy a probléma különböző mérési technikákban lehet. A holland kutatóval ellentétben ő nem az egyes sejteket vizsgálta mikroszkóp alatt, hanem a vízmolekulák mozgását mérte a szövetekben. Arra is felhívja a figyelmet, hogy a piramissejtek elágazásának mértéke az agy különböző szektoraiban eltérő lehet. "Olyan mozaikkal van dolgunk, amelyből még mindig sok darab hiányzik."

További hasonló kutatási eredményeket máshol is találunk: a szürkeállomány vastagsága kritikus az intelligencia szempontjából – feltehetően azért, mert a terjedelmes kéreg több neuront tartalmaz, ami azt jelenti, hogy nagyobb a "számítási potenciálja". A mai napig ez a kapcsolat bizonyítottnak tekinthető, és Natalia Goryunova ismét megerősítette munkájában. „A méret számít” – ezt Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann) német anatómus állapította meg 180 évvel ezelőtt. „Tagadhatatlanul kapcsolat van az agy mérete és az intellektuális energia között” – írta 1837-ben. Az agytérfogat mérésére az elhunyt emberek koponyáit töltötte meg száraz kölesszel, de ezt az összefüggést a modern agyszkennerekkel végzett mérési módszerek is megerősítik. Különböző becslések szerint az IQ-beli különbségek 6-9%-a az agy méretének különbségével függ össze. Az agykéreg vastagsága mégis kritikusnak tűnik.

Azonban itt is sok a rejtély. Ez egyformán vonatkozik a férfiakra és a nőkre, mert mindkét nemnél a kisebb agy kisebb szellemi képességeknek is megfelel. Ezzel szemben a nők agya átlagosan 150 grammal kevesebb, mint a férfiaké, de az IQ-teszteken a férfiakhoz hasonlóan teljesítenek.

„Ugyanakkor a férfiak és a nők agyi felépítése eltérő” – magyarázza Lars Penke, a Göttingeni Egyetem munkatársa. "A férfiaknak több a szürkeállománya, vagyis az agykéregük vastagabb, míg a nőknél több a fehérállomány." De rendkívül fontos problémamegoldó képességünk szempontjából is. Ugyanakkor első pillantásra nem játszik olyan feltűnő szerepet, mint a szürkeállomány. A fehérállomány főleg hosszú idegrostokból áll. Elektromos impulzusokat képesek továbbítani nagy távolságokra, néha tíz centiméterre vagy annál is tovább. Ez azért lehetséges, mert kiválóan elszigeteli őket környezetüktől egy zsírral telített anyag - mielin - réteggel. Ez a mielinhüvely, és fehér színt ad a rostoknak. Megakadályozza a rövidzárlatok miatti feszültségveszteséget, és felgyorsítja az információátvitelt is.

Elszakad a "vezetékek" az agyban

Ha a piramissejtek agyi processzoroknak tekinthetők, akkor a fehérállomány olyan, mint egy számítógépbusz: ennek köszönhetően az egymástól nagy távolságra elhelyezkedő agyközpontok kommunikálni tudnak egymással és együttműködnek a problémák megoldásában. Ennek ellenére a fehérállományt régóta alábecsülik az intelligenciakutatók.

Az, hogy ez a hozzáállás mostanra megváltozott, többek között Lars Penkének köszönhető. Néhány évvel ezelőtt megállapította, hogy a fehérállomány rosszabb állapotban van a csökkent intelligenciájú embereknél. Agyukban az egyes kommunikációs vonalak időnként kaotikusan futnak, és nem szépen és egymással párhuzamosan, a mielinhüvely nem alakul ki optimálisan, sőt időnként "vezetékszakadások" is előfordulnak. "Ha több ilyen baleset van, az az információfeldolgozás lelassulásához vezet, és végső soron ahhoz, hogy az intelligenciateszteken rosszabb eredményeket adnak, mint mások" - magyarázza Penke személyiségpszichológus. Becslések szerint az IQ-beli különbségek körülbelül 10%-a a fehérállomány állapotából adódik.

De térjünk vissza a nemek közötti különbségekhez: Penke szerint egyes tanulmányok szerint a nők ugyanolyan sikeresek az intellektuális feladatokban, mint a férfiak, de néha más agyterületeket is igénybe vesznek. Az okokat csak találgatni lehet. Ezek az eltérések részben a fehérállomány – az agy különböző központjai közötti kommunikációs csatorna – szerkezetének különbségével magyarázhatók. „Bárhogy is legyen, ezekből az adatokból jól látható, hogy az értelem hasznosítására nem csak egyetlen lehetőség van” – hangsúlyozza a bochumi kutató. "A tényezők különböző kombinációi ugyanolyan szintű intelligencia eléréséhez vezethetnek."

Így egy „okos fej” sok összetevőből áll, és ezek aránya változhat. A piramissejtek hatékony processzorként, a fehérállomány pedig a gyors kommunikáció és a jól működő munkamemória rendszereként is fontosak. Ehhez járul még az optimális agyi keringés, az erős immunitás, az aktív energiaanyagcsere stb. Minél többet tanul a tudomány az intelligencia jelenségéről, annál világosabbá válik, hogy az nem köthető csak egy összetevőhöz, sőt az agy egy meghatározott részéhez sem.

De ha minden úgy működik, ahogy kell, akkor az emberi agy csodálatos dolgokra képes. Ez látható a dél-koreai atomfizikus, Kim Un Young példáján is, akit 210-es IQ-jával a Föld legokosabb emberének tartanak. Hét évesen összetett integrálegyenleteket oldott meg egy japán televíziós műsorban. Nyolc évesen meghívták az egyesült államokbeli NASA-hoz, ahol tíz évig dolgozott.

Igaz, maga Kim óva int attól, hogy az IQ-nak túl nagy jelentőséget tulajdonítson. A Korea Herald 2010-es cikkében azt írta, hogy a rendkívül intelligens emberek nem mindenhatóak. A sportolók világrekordjaihoz hasonlóan a magas IQ is csak az emberi tehetség egyik megnyilvánulása. "Ha sokféle ajándék van, akkor az enyém csak egy része."