Неврология и интеллект - Neuroscience and intelligence

Нейробиология и интеллект относятся к различным неврологическим факторам, которые частично ответственны за различия в интеллекте внутри видов или между разными видами. Большое количество исследований в этой области было сосредоточено на нейронной основе человеческого интеллекта . Исторические подходы к изучению нейробиологии интеллекта заключались в сопоставлении внешних параметров головы, например окружности головы, с интеллектом. Также использовались посмертные измерения веса и объема мозга. Более современные методики сосредоточены на изучении коррелятов интеллекта в живом мозге с использованием таких методов, как магнитно-резонансная томография ( МРТ ), функциональная МРТ (фМРТ), электроэнцефалография (ЭЭГ), позитронно-эмиссионная томография и другие неинвазивные измерения структуры и активности мозга.

Исследователи смогли определить корреляты интеллекта мозга и его функционирования. К ним относятся общий объем мозга, объем серого вещества, объем белого вещества, целостность белого вещества, толщина коры и эффективность нервной системы. Хотя доказательная база для нашего понимания нейронной основы человеческого интеллекта значительно расширилась за последние 30 лет, необходимы еще дополнительные исследования, чтобы полностью понять ее.

Нейронные основы интеллекта также изучались у таких животных, как приматы , китообразные и грызуны .

Люди

Объем мозга

Один из основных методов, используемых для установления связи между интеллектом и мозгом, - это измерение объема мозга. Самые ранние попытки оценить объем мозга были сделаны с использованием измерений внешних параметров головы, таких как окружность головы в качестве прокси для размера мозга. Более современные методики, используемые для изучения этой взаимосвязи, включают посмертные измерения веса и объема мозга. У них есть свои ограничения и сильные стороны. Появление МРТ как неинвазивного высокоточного метода измерения структуры и функций живого мозга (с использованием фМРТ) сделало этот метод преобладающим и предпочтительным методом измерения объема мозга.

В целом, больший размер и объем мозга связаны с лучшим когнитивным функционированием и более высоким интеллектом. Конкретные области, которые показывают наиболее устойчивую корреляцию между объемом и интеллектом, - это лобная, височная и теменная доли мозга. Было проведено большое количество исследований с неизменно положительной корреляцией, что привело к в целом безопасному выводу, что больший мозг предсказывает больший интеллект. У здоровых взрослых корреляция общего объема мозга и IQ составляет примерно 0,4 при использовании высококачественных тестов. Крупномасштабное исследование (n = 29k) с использованием британского биобанка обнаружило корреляцию 0,275. Сила этих отношений не зависела от пола, что противоречит некоторым более ранним исследованиям. Исследование с использованием модели сиблингов на двух выборках среднего размера обнаружило доказательства причинной связи с размером эффекта 0,19. Этот дизайн исследования исключает искажающие факторы, которые различаются между семьями, но не те, которые различаются в пределах семьи.

Меньше известно о вариациях по шкалам, меньшим, чем общий объем мозга. Метааналитический обзор Макдэниела показал, что корреляция между интеллектом и размером мозга in vivo была больше у женщин (0,40), чем у мужчин (0,25). В том же исследовании также было обнаружено, что корреляция между размером мозга и интеллектом увеличивается с возрастом, а у детей корреляция меньше. Было высказано предположение, что связь между большими объемами мозга и более высоким интеллектом связана с вариациями в определенных областях мозга: измерение всего мозга недооценивает эти связи. Для функций, более специфичных, чем общий интеллект, региональные эффекты могут быть более важными. Например, данные свидетельствуют о том, что у подростков, изучающих новые слова, рост словарного запаса связан с плотностью серого вещества в двусторонних задних надмаргинальных извилинах . Небольшие исследования показали временные изменения в сером веществе, связанные с развитием нового физического навыка (жонглирования) затылочно-височной коры.

Объем мозга не является идеальным показателем интеллекта: эта взаимосвязь объясняет небольшую разницу в интеллекте - от 12% до 36% дисперсии. Величина вариации, объясняемая объемом мозга, также может зависеть от типа измеряемого интеллекта. До 36% дисперсии вербального интеллекта можно объяснить объемом мозга, в то время как только около 10% дисперсии зрительно-пространственного интеллекта можно объяснить объемом мозга. Исследование, проведенное в 2015 году исследователем Стюартом Дж. Ричи, показало, что размер мозга объясняет 12% различий в интеллекте людей. Эти предостережения подразумевают, что существуют и другие важные факторы, влияющие на интеллект человека, помимо размера мозга. В большом метаанализе, состоящем из 88 исследований, Pietschnig et al. (2015) оценили корреляцию между объемом мозга и интеллектом примерно как коэффициент корреляции 0,24, что соответствует 6% дисперсии. Принимая во внимание качество измерения, тип образца и диапазон IQ, метааналитическая ассоциация объема мозга у нормальных взрослых составляет ~ 0,4. Исследователь Якоб Пичниг утверждал, что сила положительной связи объема мозга и IQ остается устойчивой, но была переоценена в литературе. Он заявил, что « заманчиво интерпретировать эту ассоциацию в контексте когнитивной эволюции человека и видовых различий в размере мозга и когнитивных способностях, мы показываем, что нет оснований интерпретировать размер мозга как изоморфный показатель различий человеческого интеллекта ».

Серое вещество

Серое вещество было исследовано как потенциальная биологическая основа различий в интеллекте. Как и объем мозга, глобальный объем серого вещества положительно связан с интеллектом. Более конкретно, более высокий интеллект был связан с более крупным серым веществом коркового вещества в префронтальной и задней височной коре у взрослых. Кроме того, как вербальный, так и невербальный интеллект, как было показано, положительно коррелирован с объемом серого вещества в теменной, височной и затылочной долях у молодых здоровых взрослых, подразумевая, что интеллект связан с широким спектром структур в головном мозге.

Похоже, существуют половые различия между отношением серого вещества к интеллекту между мужчинами и женщинами. Мужчины, по-видимому, демонстрируют большую корреляцию интеллекта с серым веществом в лобных и теменных долях, в то время как самые сильные корреляции между интеллектом и серым веществом у женщин можно найти в лобных долях и области Брока . Однако эти различия, похоже, не влияют на общий интеллект, подразумевая, что одни и те же уровни когнитивных способностей могут быть достигнуты разными способами.

Одна конкретная методология, используемая для изучения коррелятов серого вещества и интеллекта в областях мозга, известна как морфометрия на основе вокселей (VBM). VBM позволяет исследователям определять интересующие области с большим пространственным разрешением, позволяя исследовать области серого вещества, коррелированные с интеллектом, с более высоким специальным разрешением. VBM используется для положительной корреляции серого вещества с интеллектом лобной, височной, теменной и затылочной долей у здоровых взрослых. VBM также использовался, чтобы показать, что объем серого вещества в медиальной области префронтальной коры и дорсомедиальной префронтальной коры положительно коррелирует с интеллектом в группе из 55 здоровых взрослых. VBM также успешно использовался для установления положительной корреляции между объемом серого вещества в передней поясной извилине и интеллектом у детей в возрасте от 5 до 18 лет.

Также было показано, что серое вещество положительно коррелирует с интеллектом у детей. Рейс и его коллеги обнаружили, что серое вещество в префронтальной коре наиболее сильно влияет на различия в интеллекте у детей от 5 до 17 лет, в то время как подкорковое серое вещество в меньшей степени связано с интеллектом. Франгу и его коллеги исследовали взаимосвязь между серым веществом и интеллектом у детей и молодых людей в возрасте от 12 до 21 года и обнаружили, что серое вещество в орбитофронтальной коре , поясной извилине, мозжечке и таламусе положительно коррелировало с интеллектом, а серое вещество в хвостатом теле. ядро отрицательно коррелирует с интеллектом. Однако связь между объемом серого вещества и интеллектом развивается только с течением времени, поскольку у детей младше 11 лет не наблюдается значимой положительной взаимосвязи между объемом серого вещества и интеллектом.

Основное предостережение в отношении исследования взаимосвязи объема серого вещества и интеллекта демонстрируется гипотезой нейронной эффективности . Выводы о том, что более умные люди более эффективно используют свои нейроны, могут указывать на то, что корреляция серого вещества с интеллектом отражает избирательное устранение неиспользуемых синапсов и, следовательно, лучшую схему мозга.

белое вещество

Как и серое вещество, белое вещество положительно коррелирует с интеллектом человека. Белое вещество состоит в основном из миелинизированных аксонов нейронов, ответственных за передачу сигналов между нейронами. Розовато-белый цвет белого вещества на самом деле является результатом этих миелиновых оболочек, которые электрически изолируют нейроны, передающие сигналы другим нейронам. Белое вещество соединяет вместе разные области серого вещества в головном мозге. Эти соединения делают транспортировку более удобной и позволяют нам легче выполнять задачи. Были обнаружены значительные корреляции между интеллектом и мозолистым телом , поскольку большие мозолистые области положительно коррелировали с когнитивными функциями. Однако, по-видимому, существуют различия в важности вербального и невербального интеллекта для белого вещества, поскольку, хотя вербальные и невербальные показатели интеллекта положительно коррелируют с размером мозолистого тела, корреляция между интеллектом и размером мозолистого тела была больше (0,47). ) для невербальных мер, чем для вербальных мер (0,18). Геометрическое моделирование на основе анатомической сетки также показало положительную корреляцию между толщиной мозолистого тела и интеллектом у здоровых взрослых.

Также было обнаружено, что целостность белого вещества связана с интеллектом. Целостность тракта белого вещества важна для скорости обработки информации, поэтому снижение целостности белого вещества связано с более низким интеллектом. Эффект целостности белого вещества полностью определяется скоростью обработки информации. Эти результаты показывают, что мозг структурно взаимосвязан и что аксональные волокна неотъемлемо важны для быстрого информационного процесса и, следовательно, для общего интеллекта.

Вопреки выводам, описанным выше, VBM не смог найти взаимосвязи между мозолистым телом и интеллектом у здоровых взрослых. Это противоречие можно рассматривать как указание на то, что связь между объемом белого вещества и интеллектом не так прочна, как связь серого вещества и интеллекта.

Толщина коркового слоя

Также было обнаружено, что толщина коры положительно коррелирует с интеллектом у людей. Однако скорость увеличения толщины коры также связана с интеллектом. В раннем детстве толщина коркового слоя имеет отрицательную корреляцию с интеллектом, а к позднему детству эта корреляция сместилась в положительную. Было обнаружено, что более умные дети развивают толщину коркового слоя более устойчиво и в течение более длительных периодов времени, чем менее умные дети. Исследования показали, что толщина коры объясняет 5% различий в интеллекте между людьми. В исследовании, проведенном с целью найти связь между толщиной коры и общим интеллектом между разными группами людей, секс не играл роли в интеллекте. Хотя трудно связать интеллект с возрастом на основе толщины коры из-за различных социально-экономических обстоятельств и уровней образования, у более старших испытуемых (17-24), как правило, меньше различий в показателях интеллекта, чем по сравнению с более молодыми людьми (19-17).

Кортикальная извилина

Корковая извилина увеличила складку поверхности мозга в ходе эволюции человека. Была выдвинута гипотеза, что высокая степень корковой извилины может быть неврологическим субстратом, который поддерживает некоторые из наиболее характерных когнитивных способностей человеческого мозга. Следовательно, индивидуальный интеллект в пределах человеческого вида может модулироваться степенью извилины коры.

Анализ, опубликованный в 2019 году, показал, что контуры мозга 677 детей и подростков (средний возраст 12,72 года) имели генетическую корреляцию почти 1 между IQ и площадью поверхности надмаргинальной извилины в левой части мозга.

Нейронная эффективность

Гипотеза нейронной эффективности постулирует, что более умные люди демонстрируют меньшую активацию мозга во время когнитивных задач, что измеряется метаболизмом глюкозы. Небольшая выборка участников (N = 8) показала отрицательную корреляцию между интеллектом и абсолютными региональными уровнями метаболизма в диапазоне от -0,48 до -0,84, измеренных с помощью ПЭТ-сканирования, что указывает на то, что более умные люди были более эффективными обработчиками информации, поскольку они потребляли меньше энергии. . Согласно обширному обзору, проведенному Neubauer & Fink, большое количество исследований (N = 27) подтвердили этот вывод с использованием таких методов, как ПЭТ-сканирование, ЭЭГ и фМРТ.

Исследования фМРТ и ЭЭГ показали, что сложность задания является важным фактором, влияющим на нервную эффективность. Более умные люди проявляют нейронную эффективность только тогда, когда сталкиваются с задачами субъективно легкой или средней сложности, в то время как нейронная эффективность не может быть обнаружена во время сложных задач. Фактически, кажется, что более способные люди вкладывают больше корковых ресурсов в задачи высокой сложности. Это особенно верно для префронтальной коры, поскольку люди с более высоким интеллектом демонстрируют повышенную активацию этой области во время сложных задач по сравнению с людьми с более низким интеллектом. Было высказано предположение, что основной причиной феномена нейронной эффективности может быть то, что люди с высоким интеллектом лучше блокируют мешающую информацию, чем люди с низким интеллектом.

Дальнейшие исследования

Некоторые ученые предпочитают рассматривать более качественные переменные, связанные с размером измеряемых областей известной функции, например, связывая размер первичной зрительной коры головного мозга с ее соответствующими функциями - зрительными характеристиками.

В исследовании роста головы 633 доношенных детей из когорты Avon Longitudinal Study of Parents and Children было показано, что пренатальный рост и рост в младенчестве были связаны с последующим IQ. Вывод исследования заключался в том, что объем мозга, который ребенок достигает к 1 году, помогает определять более поздний интеллект. Увеличение объема мозга после младенчества может не компенсировать более слабый ранний рост.

Существует связь между IQ и близорукостью . Одно из предлагаемых объяснений состоит в том, что один или несколько плейотропных генов одновременно влияют на размер неокортекса головного мозга и глаз.

Теория теменно-фронтальной интеграции

Основная статья: Теория теменно-фронтальной интеграции

В 2007 году Behavioral and Brain Sciences опубликовала целевую статью, в которой была представлена ​​биологическая модель интеллекта, основанная на 37 рецензируемых исследованиях нейровизуализации ( Jung & Haier , 2007). Их обзор множества данных функциональной визуализации ( функциональная магнитно-резонансная томография и позитронно-эмиссионная томография ) и структурной визуализации ( диффузионная МРТ , морфометрия на основе вокселей , магнитно-резонансная спектроскопия in vivo ) утверждает, что человеческий интеллект возникает из распределенной и интегрированной нейронной сети. включающий области мозга в лобной и теменной долях.

Недавнее исследование картирования поражений, проведенное Барби и его коллегами, предоставило доказательства в поддержку теории интеллекта P-FIT.

Повреждения головного мозга в раннем возрасте, изолированные на одной стороне мозга, обычно приводят к относительно слабой интеллектуальной функции и с нормальным IQ.

Приматы

Размер мозга

Другая теория размера мозга позвоночных состоит в том, что он может быть связан с социальными, а не механическими навыками. Размер коры имеет прямое отношение к образу жизни, связанным с парами, и у приматов размер коры головного мозга напрямую зависит от требований жизни в большой сложной социальной сети. По сравнению с другими млекопитающими приматы имеют значительно больший размер мозга. Кроме того, обнаружено, что большинство приматов полигинантны и имеют множество социальных отношений с другими людьми. Некоторые исследования, хотя и неубедительные, показали, что эта многораздельная статуя коррелирует с размером мозга.

Было обнаружено, что интеллект шимпанзе связан с размером мозга, объемом серого вещества и толщиной коры, как и у людей.

Здоровье

Основная статья: Влияние здоровья на интеллект
Основная статья: Когнитивная эпидемиология

Некоторые факторы окружающей среды, связанные со здоровьем, могут привести к значительным когнитивным нарушениям, особенно если они возникают во время беременности и детства, когда мозг растет, а гематоэнцефалический барьер менее эффективен. Развитые страны внедрили несколько стратегий здравоохранения в отношении питательных веществ и токсинов, которые, как известно, влияют на когнитивные функции. К ним относятся законы, требующие обогащения определенных пищевых продуктов, и законы, устанавливающие безопасные уровни загрязнителей (например, свинца , ртути и хлорорганических соединений). Предложены комплексные политические рекомендации, направленные на снижение когнитивных нарушений у детей.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки