Интеллект: от генетики до «проводов» и «процессора» человеческого мозга.

Опубликовано 12 июля, 2020 - 18:38

Почему некоторые люди умнее других? С незапамятных времен ученые пытаются выяснить, что делать, чтобы голова хорошо соображала. Ссылаясь на ряд научных исследований, Spektrum рассуждает о составляющих интеллекта — от генетики до «проводов» и «процессора» человеческого мозга.

Почему некоторые люди умнее других? С незапамятных времен ученые пытаются выяснить, что нужно делать, чтобы голова хорошо соображала. Но теперь хотя бы ясно: список составляющих интеллекта длиннее, чем предполагалось.

В октябре 2018 года Венцель Грюс продемонстрировал нечто невероятное миллионам телезрителей: ученик из маленького немецкого городка Ластрут более пятидесяти раз подряд отбил футбольный мяч головой, ни разу не уронив и не подхватив его руками. Но то, что зрители российского телешоу «Удивительные люди» наградили его восторженными аплодисментами, объяснялось не только спортивной ловкостью юноши. Дело в том, что, играя мячом, он еще между делом возвел в пятую степень число 67, получив десятизначный результат всего за 60 секунд.

Венцель, которому сегодня 17 лет, обладает уникальным математическим даром: он умножает, делит, извлекает корни из двенадцатизначных чисел без ручки, бумаги и прочих вспомогательных средств. На последнем чемпионате мира по устному счету он занял третье место. 

Как он сам говорит, на решение особо сложных математических задач у него уходит от 50 до 60 минут: например, когда ему требуется разложить двадцатизначное число на простые множители. Как же ему это удается? Вероятно, главную роль здесь играет его кратковременная память.

Ясно, что мозг Венцеля несколько превосходит мыслительный орган его нормально одаренных сверстников. Как минимум в том, что касается чисел. Но почему вообще одни люди обладают большими умственными способностями, чем другие? Этот вопрос еще 150 лет назад занимал британского исследователя природы Фрэнсиса Гальтона (Francis Galton).

При этом он обратил внимание, что часто различия в интеллекте связаны с происхождением человека. В своем труде «Наследственный гений» (Hereditary Genius) он делает вывод, что человеческий интеллект может передаваться по наследству.

Коктейль из нескольких ингредиентов

1. Мозг у одних людей работает эффективнее, чем у других. Их владельцы обладают большими интеллектуальными способностями. Но какова общая нейробиологическая основа, пока еще не ясно.

2. Ученые находят все новые и новые гены, способствующие развитию высокого интеллекта. Многие из них располагаются в пирамидных клетках коры головного мозга.

3. Чем длиннее и более разветвлены клеточные волокна в височных долях мозга, тем человек в принципе умнее. В других участках мозга благоприятное влияние на интеллект оказывает малая плотность нейронов.

Как выяснилось позже, этот его тезис был верен — как минимум отчасти. Американские психологи Томас Бушар (Thomas Bouchard) и Мюттью Макги (Matthew McGue) проанализировали более 100 опубликованных исследований схожести интеллектов среди членов одной семьи. 

В некоторых работах были описаны однояйцовые близнецы, разделенные сразу после рождения. Несмотря на это, при тестах интеллекта они показывали практически аналогичные результаты. Близнецы же, выросшие вместе, в отношении умственных способностей были схожи в еще большей степени. Вероятно, окружающая среда также оказывала на них немаловажное влияние.

Сегодня ученые считают, что интеллект на 50-60% передается по наследству. Иными словами, разница в IQ между двумя людьми на добрую половину объясняется строением их ДНК, полученной от родителей.

В поисках генов интеллекта

Однако поиски конкретно отвечающих за это наследственных материалов до сих пор мало к чему приводили. Правда, иногда находили некоторые элементы, которые на первый взгляд имели отношение к интеллекту. Но при ближайшем рассмотрении эта взаимосвязь оказывалась ложной. Возникла парадоксальная ситуация: с одной стороны, бесчисленные исследования доказывали высокую наследственную составляющую интеллекта. С другой стороны, никто не мог сказать, какие гены конкретно отвечают за это.

В последнее время картина несколько изменилась, в первую очередь благодаря технологическому прогрессу. План строительства каждого отдельного человека заключен в его ДНК — своеобразной гигантской энциклопедии, состоящей из приблизительно 3 миллиардов букв. К сожалению, она написана на языке, который мы почти не знаем. Хотя мы и можем читать буквы, но смысл текстов этой энциклопедии остается от нас скрыт. Даже если ученым удается секвенировать всю ДНК какого-либо человека, они не знают, какие ее участки отвечают за его умственные способности.

Интеллект и IQ

Слово интеллект происходит от латинского существительного intellectus, которое можно перевести как «восприятие», «разумение», «понимание», «рассудок» или «ум». Психологи понимают под интеллектом общую ментальную способность, охватывающую различные компетенции: например, способность решать проблемы, понимать комплексные идеи, абстрактно мыслить и учиться на опыте.

Интеллект, как правило, не ограничивается одним предметом, например, математикой. Тот, кто хорош в одной области, часто выделяется и в других. Четко ограниченные одним предметом дарования встречаются редко. 

Поэтому многие ученые исходят из того, что существует общий фактор интеллекта, так называемый фактор G.

Тот, кто собирается изучать интеллект, нуждается в методе для его объективного измерения. Первый тест интеллекта разработали французские психологи Альфред Бине (Alfred Binet) и Теодор Симон (Théodore Simon). 

Они применили его впервые в 1904 году, чтобы оценить интеллектуальные способности школьников. На основании задач, разработанных для этой цели, они создали так называемую «шкалу умственного развития Бине — Симона». 

С ее помощью они определяли возраст интеллектуального развития ребенка. Он соответствовал номеру в шкале задач, которые ребенок мог полностью решить.

В 1912 году немецкий психолог Вильям Штерн (William Stern) предложил новый метод, при котором возраст интеллектуального развития делился на хронологический возраст, а получаемая при этом величина называлась коэффициентом интеллекта (IQ). 

И хотя название сохранилось до сих пор, сегодня IQ больше не описывает возрастные коэффициенты. Вместо этого IQ дает представление о том, как соотносится уровень интеллекта того или иного индивида с уровнем интеллекта среднестатистического человека.

Люди различаются между собой, и соответственно различаются их наборы ДНК. Однако у индивидов с высоким IQ должны совпадать как минимум те части ДНК, которые связаны с интеллектом. Сегодня ученые исходят из этого основополагающего тезиса. Сравнивая ДНК сотен тысяч испытуемых в миллионах ее частей, ученые могут определить наследственные регионы, способствующие формированию более высоких интеллектуальных способностей.

В последние годы был опубликован целый ряд подобных исследований. Благодаря этим анализам картина становится все более ясной: особые умственные способности зависят не только от наследственных данных, но от тысяч различных генов. И каждый из них вносит лишь свой крошечный вклад в феномен интеллекта, иногда всего лишь несколько сотых процента.

 «Сейчас считается, что две трети всех вариабельных генов человека напрямую или опосредованно связаны с развитием мозга и тем образом потенциально с интеллектом», — подчеркивает Ларс Пенке (Lars Penke), профессор биологической личностной психологии из Университета имени Георга Августа в Гёттингене.

Тайна за семью печатями

Но остается еще одна большая проблема: сегодня известны 2 тысячи мест (локусов) в структуре ДНК, которые ассоциируются с интеллектом. Но во многих случаях еще не понятно, за что конкретно отвечают эти локусы. Чтобы решить эту загадку, исследователи интеллекта наблюдают, какие клетки чаще, чем другие, реагируют на поступающую новую информацию. Это может означать, что именно эти клетки каким-то образом связаны с мыслительными способностями.

При этом ученые постоянно сталкиваются с определенной группой нейронов — так называемыми пирамидными клетками. Они растут в коре головного мозга, то есть в той внешней оболочке головного мозга и мозжечка, которую специалисты называют кортексом. Он содержит преимущественно нервные клетки, придающие ему характерный серый цвет, — поэтому его и зовут «серым веществом».

И ещё один момент: серого вещества больше у мужчин, чем у женщин.  Г.Т.

Возможно, пирамидные клетки играют ключевую роль в формировании интеллекта. На это указывают во всяком случае результаты исследований, проведенных нейробиологом Натальей Горюновой, профессором Свободного университета Амстердама.

Недавно Горюнова опубликовала результаты исследования, привлекшего всеобщее внимание: она сравнила пирамидные клетки у испытуемых с различными интеллектуальными способностями. Образцы тканей были взяты в основном из материала, полученного при операциях у больных эпилепсией. В тяжелых случаях нейрохирурги пытаются удалить очаг возникновения опасных судорожных приступов. При этом они всегда удаляют и части здорового мозгового материала. Именно этот материал и исследовала Горюнова.

Она сначала проверила, как реагируют содержащиеся в нем пирамидные клетки на электрические импульсы. Затем она разрезала каждый образец на тончайшие ломтики, фотографировала их под микроскопом и собирала их вновь на компьютере в трехмерное изображение.

 Таким образом она, например, установила длину дендритов — разветвленных отростков клеток, с помощью которых те улавливают электрические сигналы. «При этом мы установили связь с IQ пациентов, — поясняет Горюнова. — Чем длиннее и ветвистее были дендриты, тем умнее был соответствующий индивид».

Исследовательница объяснила это очень просто: длинные, разветвленные дендриты могут установить больше контактов с другими клетками, то есть они получают больше информации, которую могут обрабатывать. 

К этому добавляется еще один фактор: «Благодаря сильной разветвленности они могут в разных ветвях одновременно обрабатывать разную информацию», — подчеркивает Горюнова. Благодаря подобной параллельной обработке клетки обладают большим вычислительным потенциалом. «Они работаю быстрее и продуктивнее», — делает вывод Горюнова.

Только часть правды

Каким бы убедительным ни казался этот тезис, полностью доказанным его считать нельзя, как откровенно признается сама исследовательница. 

Дело в том, что исследованные ею образцы тканей были взяты в основном из одной очень ограниченной области в височных долях. Там возникает большинство эпилептических припадков, и поэтому, как правило, хирургическое вмешательство по поводу эпилепсии производится именно в этой области. «Как обстоят дела в других участках мозга, мы еще сказать не можем, — признается Горюнова. — 

Но новые, еще не опубликованные результаты исследований нашей группы показывают, например, что связь между длиной дендритов и интеллектом в левой половине мозга выражена сильнее, чем в правой».

Сделать какие-то общие выводы из результатов исследований амстердамских ученых пока еще нельзя. Тем более что есть данные, говорящие о прямо противоположном. Они получены биопсихологом из Бохума Эрханом Генчем (Erhan Genç). 

В 2018 году он вместе с коллегами также исследовал, насколько различается строение серого вещества у очень умных и менее умных людей. При этом он пришел к выводу, что сильная разветвленность дендритов скорее вредит, чем способствует мыслительной способности.

Правда, Генч не исследовал отдельные пирамидные клетки, а помещал своих испытуемых в сканер мозга. В принципе, магнитно-резонансные томографы не годятся для исследования тончайших структур волокон — разрешение снимков, как правило, оказывается недостаточным. Но бохумские ученые использовали особый метод, позволяющий увидеть направление диффузии тканевой жидкости.

Дендриты становятся барьерами на пути жидкости. Анализируя диффузию, можно определить, в каком направлении располагаются дендриты, насколько они разветвлены и насколько близко друг от друга расположены. Результат: у более умных людей дендриты отдельных нервных клеток не так густы и не склонны распадаться на тонкие «провода». Это наблюдение диаметрально противоположно выводам, сделанным нейробиологом Натальей Горюновой.

Но разве пирамидные клетки не нуждаются в разнообразной поступающей извне информации, чтобы выполнять свои задачи в мозге? Как это согласуется с выявленной низкой степенью разветвленности? Генч также считает связь между клетками важной, но, по его мнению, эта связь должна иметь цель. «Если вы хотите, чтобы дерево давало больше плодов, срежьте лишние ветки, — поясняет он. — Так же обстоит дело и с синаптическими связями между нейронами: когда мы появляемся на свет, у нас их много. Но в течение жизни мы их прореживаем и оставляем только те, которые для нас важны».

Предположительно, именно благодаря этому мы можем перерабатывать информацию более эффективно.

Так же поступает и «живой калькулятор» Венцель Грюс, который при решении задачи выключает для себя все вокруг. Обрабатывание фоновых раздражителей было бы для него в этот момент контрпродуктивным.

Действительно, люди с богатым интеллектом проявляют более сфокусированную мозговую активность, чем менее одаренные, когда им приходится решать сложную задачу. Кроме того, их мыслительному органу нужно меньше энергии. Эти два наблюдения привели к так называемой нейронной гипотезе эффективности интеллекта, согласно которой решающее значение имеет не напряженность работы мозга, а эффективность.

У семи нянек дитя без глазу

Генч считает, что полученные им результаты подкрепляют эту теорию: «Если вы имеете дело с огромным количеством связей, где каждая может вносить свой вклад в решение какой-то задачи, то это скорее усложняет дело, чем помогает ему» — говорит он. По его словам, это все равно, что перед покупкой телевизора спрашивать совета даже у тех друзей, которые в телевизорах не разбираются. Поэтому имеет смысл подавлять мешающие факторы — так считает нейробиолог из Бохума. Вероятно, умным людям это удается лучше, чем прочим.

Но как это соотносится с результатами амстердамской группы под руководством Натальи Горюновой?  

Эрхан Генч указывает, что дело может быть в различных методиках измерений. В отличие от нидерландской исследовательницы, он не рассматривал отдельные клетки под микроскопом, а измерял движение водяных молекул в тканях. Он указывает и на то, что степень разветвленности пирамидных клеток в разных секторах мозга может быть разной. «Мы имеем дело с мозаикой, в которой пока еще отсутствуют многие части».

Более схожи результаты исследований в другом пункте: толщина слоя серого вещества имеет решающее значение для интеллектуальных способностей — предположительно, потому, что в объемистой коре головного мозга содержится больше нейронов, то есть она обладает большим «вычислительным потенциалом». 

На сегодняшний день эта связь считается доказанной, и Наталья Горюнова лишний раз подтвердила ее в своей работе. «Размер имеет значение», — это установил еще 180 лет назад немецкий анатом Фридрих Тидеман (Friedrich Tiedemann). «Между размером мозга и энергией интеллектуальных способностей бесспорно существует связь», — записал он в 1837 году. 

Для измерения объема мозга он заполнял черепа умерших людей сухим просом, но эту связь подтверждают и современные методы измерения с помощью сканеров мозга. По разным оценкам, от 6 до 9% различий в IQ связывают с разницей в величине мозга. И при этом толщина коры головного мозга, судя по всему, имеет решающее значение.

Однако и тут есть много загадочного. Это в равной степени относится и к мужчинам, и к женщинам, потому что у обоих полов маленькому мозгу соответствуют и меньшие умственные способности. С другой стороны, мозг у женщин в среднем на 150 г меньше, чем у мужчин, однако в тестах IQ они показывают те же результаты, что и мужчины.

«В то же самое время структуры мозга у мужчин и женщин различаются, — объясняет Ларс Пенке из Университета Гёттингена. — У мужчин больше серого вещества, то есть кора их головного мозга толще, а у женщин больше белого вещества». А ведь и оно исключительно важно для нашей способности решать проблемы. При этом на первый взгляд оно играет не такую заметную роль, как серое вещество. 

Белое вещество в основном состоит из длинных нервных волокон. Они могут передавать электрические импульсы на большие расстояния, иногда на десять сантиметров и более. Это возможно потому, что они великолепно изолированы от своего окружения слоем насыщенной жиром субстанции — миелина. Миелиновая оболочка и придает волокнам белый цвет. Она предотвращает потерю напряжения в результате коротких замыканий и, кроме того, ускоряет передачу информации.

Разрывы «проводов» в мозге

Если пирамидные клетки можно считать процессорами мозга, то белое вещество представляет собой как бы компьютерную шину: благодаря ему находящиеся на больших расстояниях друг от друга мозговые центры могут общаться между собой и сотрудничать при решении проблем. Несмотря на это, белое вещество долгое время недооценивалось исследователями интеллекта.

То, что сейчас это отношение изменилось — заслуга в том числе и Ларса Пенке. Несколько лет назад он установил, что у людей с пониженным интеллектом белое вещество находится в худшем состоянии. В их мозге отдельные линии связи пролегают подчас хаотично, а не аккуратно и параллельно друг к другу, миелиновая оболочка сформирована не оптимально, и время от времени происходят даже «разрывы проводов». «Если таких аварий становится больше, то это приводит к замедлению обработки информации и в конечном итоге к тому, что индивид при тестах на интеллект показывает худшие результаты, чем другие» — объясняет личностный психолог Пенке. Предположительно, около 10% различий в IQ обусловлено состоянием белого вещества.

Но вернемся к различиям между полами: как говорит Пенке, согласно данным некоторых исследований, женщины справляются с интеллектуальными задачами так же успешно, как и мужчины, но при этом они используют иногда другие области мозга. О причинах можно только догадываться. Частично эти отклонения можно объяснить разницей в структуре белого вещества — канала связи между различными центрами мозга. «Как бы то ни было, на основании этих данных мы прекрасно видим, что существует не одна-единственная возможность пользоваться интеллектом, — подчеркивает исследователь из Бохума. — Различные комбинации факторов могут приводить к одинаковому уровню интеллекта».

Таким образом, «умная голова» складывается из множества составляющих, причем их соотношение может варьироваться. Важны и пирамидные клетки как эффективные процессоры, и белое вещество как система быстрой связи и хорошо функционирующая рабочая память. К этому добавляется оптимальное мозговое кровообращение, крепкий иммунитет, активный энергетический обмен и так далее. Чем больше наука узнает о феномене интеллекта, тем яснее становится, что его нельзя связать только с одним компонентом и даже с одним определенным участком мозга.

Но если все работает как надо, то человеческий мозг способен творить удивительные вещи. Это видно на примере южнокорейского ядерного физика Кима Ун Ёна, который обладая IQ в 210 единиц, считается самым умным человеком на Земле. В семь лет он решал на японском телешоу сложные интегральные уравнения. В восемь лет его пригласили в НАСА в США, где он проработал десять лет.

Правда, сам Ким предостерегает от того, чтобы IQ придавали слишком большое значение. В своей опубликованной в 2010 году статье в газете Korea Herald он написал, что высокоинтеллектуальные люди не всесильны. Как и мировые рекорды у атлетов, высокий IQ — лишь одно из проявлений человеческого таланта. «Если существует широкий спектр дарований, то мое — лишь часть их».

источник:https://inosmi.ru/science/2020...