Intelligens: från genetik till "ledningar" och "processor" i den mänskliga hjärnan

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Varför är vissa människor smartare än andra? Sedan urminnes tider har forskare försökt komma på vad de ska göra för att hålla huvudet rent. Med hänvisning till ett antal vetenskapliga studier diskuterar Spektrum komponenterna i intelligens - från genetik till "trådarna" och "processorn" i den mänskliga hjärnan.

Varför är vissa människor smartare än andra? Sedan urminnes tider har forskare försökt ta reda på vad som måste göras för att huvudet ska tänka bra. Men nu är det åtminstone klart: listan över intelligenskomponenter är längre än väntat.

I oktober 2018 visade Wenzel Grüs något otroligt för miljontals tv-tittare: en student från den lilla tyska staden Lastrut slog en fotboll med huvudet mer än femtio gånger i rad, utan att tappa eller ta upp den med händerna. Men det faktum att publiken på den ryska TV-serien "Amazing People" belönade honom med entusiastiska applåder förklarades inte bara av den unge mannens atletiska skicklighet. Faktum är att när han spelade bollen höjde han mellan gångerna siffran 67 till femte potensen, efter att ha fått ett tiosiffrigt resultat på bara 60 sekunder.

Wenzel, som är 17 idag, har en unik matematisk gåva: han multiplicerar, dividerar och extraherar rötter från tolvsiffriga tal utan penna, papper eller andra hjälpmedel. Vid senaste världsmästerskapet i muntlig räkning tog han tredjeplatsen. Som han själv säger tar det honom från 50 till 60 minuter att lösa särskilt svåra matematiska problem: till exempel när han behöver faktorisera ett tjugosiffrigt tal i primtal. Hur gör han det? Förmodligen spelar hans korttidsminne huvudrollen här.

Det är tydligt att Wenzels hjärna är något överlägsen det tänkande organet hos hans normalt begåvade kamrater. Åtminstone när det kommer till siffror. Men varför, generellt, har vissa människor större mental kapacitet än andra? Denna fråga var fortfarande i huvudet hos den brittiske naturforskaren Francis Galton för 150 år sedan. Samtidigt uppmärksammade han det faktum att skillnader i intelligens ofta är förknippade med en persons ursprung. I sitt verk Hereditary Genius drar han slutsatsen att mänsklig intelligens kan ärvas.

Cocktail med flera ingredienser

Som det visade sig senare var hans tes korrekt - åtminstone delvis. De amerikanska psykologerna Thomas Bouchard och Matthew McGue analyserade mer än 100 publicerade studier av likheten mellan intelligens bland medlemmar av samma familj. I några verk har enäggstvillingar beskrivits, separerade direkt efter födseln. Trots detta visade de på intelligenstester nästan samma resultat. Tvillingarna som växte upp tillsammans var ännu mer lika när det gäller mentala förmågor. Förmodligen hade miljön också ett viktigt inflytande på dem.

Idag tror forskare att 50-60% av intelligensen är nedärvd. Med andra ord är skillnaden i IQ mellan två personer drygt hälften på grund av strukturen på deras DNA som de fått från sina föräldrar.

På jakt efter gener för intelligens

Men sökandet efter de ärftliga material som är specifikt ansvariga för detta har hittills lett till lite. Det är sant att ibland hittade de några element som vid första anblicken var relaterade till intelligens. Men vid närmare granskning visade sig detta förhållande vara falskt. En paradoxal situation uppstod: å ena sidan visade otaliga studier en hög ärftlig komponent av intelligens. Å andra sidan kunde ingen säga vilka gener som var specifikt ansvariga för detta.

På senare tid har bilden förändrats något, främst på grund av tekniska framsteg. Byggplanen för varje individ finns i hans DNA - ett slags jätteuppslagsverk, bestående av cirka 3 miljarder bokstäver. Tyvärr är den skriven på ett språk som vi knappt kan. Även om vi kan läsa bokstäverna förblir innebörden av texterna i detta uppslagsverk dold för oss. Även om forskare lyckas sekvensera hela DNA hos en person, vet de inte vilka delar av det som är ansvariga för hans mentala förmågor.

Intelligens och IQ

Ordet intellekt kommer från det latinska substantivet intellectus, som kan översättas med "perception", "förståelse", "förståelse", "förnuft" eller "sinne". Psykologer förstår intelligens som en allmän mental förmåga som omfattar olika kompetenser: till exempel förmågan att lösa problem, förstå komplexa idéer, tänka abstrakt och lära av erfarenheter.

Intelligens är vanligtvis inte begränsad till ett ämne, till exempel matematik. Någon som är bra på ett område utmärker sig ofta på andra. Talang som är tydligt begränsad till ett ämne är sällsynt. Därför utgår många forskare från det faktum att det finns en allmän intelligensfaktor, den så kallade faktorn G.

Den som ska studera intelligens behöver en metod för att mäta den objektivt. Det första intelligenstestet utvecklades av de franska psykologerna Alfred Binet och Théodore Simon. De använde den för första gången 1904 för att bedöma skolbarns intellektuella förmågor. På grundval av de uppgifter som utvecklats för detta ändamål skapade de den så kallade "Binet-Simon-skalan för mental utveckling." Med dess hjälp bestämde de åldern för barnets intellektuella utveckling. Det motsvarade ett antal på en skala av problem som barnet helt kunde lösa.

År 1912 föreslog den tyske psykologen William Stern en ny metod där åldern för intellektuell utveckling delades upp med den kronologiska åldern, och det resulterande värdet kallades intelligenskvoten (IQ). Och även om namnet har överlevt till denna dag, beskriver idag IQ inte längre åldersförhållanden. Istället ger IQ en uppfattning om hur intelligensnivån hos en individ korrelerar med intelligensnivån hos en genomsnittlig person.

Människor skiljer sig från varandra, och därför skiljer sig deras DNA-uppsättningar. Individer med högt IQ måste dock matcha åtminstone de delar av DNA som är associerade med intelligens. Forskare i dag utgår från denna grundläggande tes. Genom att jämföra hundratusentals försökspersoners DNA i miljontals delar kan forskare identifiera de ärftliga regioner som bidrar till bildandet av högre intellektuella förmågor.

Ett antal liknande studier har publicerats de senaste åren. Tack vare dessa analyser blir bilden allt tydligare: speciella mentala förmågor beror inte bara på ärftliga data, utan på tusentals olika gener. Och var och en av dem ger bara ett litet bidrag till fenomenet intelligens, ibland bara några hundradelar av en procent. – Man tror nu att två tredjedelar av alla mänskliga variabla gener är direkt eller indirekt associerade med hjärnans utveckling och därmed potentiellt med intelligens, betonar Lars Penke, professor i biologisk personlighetspsykologi vid Georg August-universitetet i Göttingen.

Seven Sealed Mystery

Men det finns fortfarande ett stort problem: idag finns det 2 000 kända platser (loci) i DNA-strukturen som är associerade med intelligens. Men i många fall är det ännu inte klart vad exakt dessa loci är ansvariga för. För att lösa detta pussel observerar intelligensforskare vilka celler som är mer benägna än andra att svara på ny information. Detta kan betyda att dessa celler på något sätt är kopplade till tankeförmåga.

Samtidigt står forskare ständigt inför en viss grupp av neuroner - de så kallade pyramidcellerna. De växer i hjärnbarken, det vill säga i det yttre skalet av hjärnan och lillhjärnan, som experter kallar cortex. Den innehåller främst nervceller som ger den dess karaktäristiska grå färg, varför den kallas "grå materia".

Kanske spelar pyramidceller en nyckelroll i bildandet av intelligens. Detta indikeras i alla fall av resultaten från studier utförda av neurobiologen Natalia Goryunova, professor vid Free University of Amsterdam.

Nyligen publicerade Goryunova resultaten av en studie som väckte allas uppmärksamhet: hon jämförde pyramidceller i försökspersoner med olika intellektuella förmågor. Vävnadsprover togs främst från material som erhållits vid operationer på patienter med epilepsi. I svåra fall försöker neurokirurger ta bort fokus på farliga anfall. Därmed tar de alltid bort delar av friskt hjärnmaterial. Det var detta material som Goryunova studerade.

Hon testade först hur pyramidcellerna som finns i den reagerar på elektriska impulser. Hon skar sedan varje prov i tunnaste skivor, fotograferade dem under ett mikroskop och satte ihop dem igen på datorn till en tredimensionell bild. Således fastställde hon till exempel längden på dendriter - grenade utväxter av celler, med hjälp av vilka de plockar upp elektriska signaler. "Samtidigt etablerade vi ett samband med patienternas IQ", förklarar Goryunova. "Ju längre och mer greniga dendriterna var, desto smartare var individen."

Forskaren förklarade detta väldigt enkelt: långa, grenade dendriter kan få fler kontakter med andra celler, det vill säga de får mer information som de kan bearbeta. Till detta kommer ytterligare en faktor: "På grund av den starka förgreningen kan de samtidigt bearbeta olika information i olika grenar", betonar Goryunova. På grund av denna parallella bearbetning har celler stor beräkningspotential. "De arbetar snabbare och mer produktivt", avslutar Goryunova.

Bara en del av sanningen

Hur övertygande denna tes än kan verka kan den inte anses vara helt bevisad, vilket forskaren själv uppriktigt medger. Faktum är att de vävnadsprover hon undersökte togs huvudsakligen från ett mycket begränsat område i tinningloberna. De flesta epileptiska anfall uppstår där, och därför utförs som regel kirurgi för epilepsi i detta område. "Vi kan ännu inte säga hur det är i andra delar av hjärnan", medger Goryunova. "Men nya, ännu opublicerade forskningsresultat från vår grupp visar till exempel att sambandet mellan dendritlängd och intelligens är starkare i den vänstra delen av hjärnan än i den högra."

Det är fortfarande omöjligt att dra några generella slutsatser från forskarnas forskningsresultat från Amsterdam. Dessutom finns det bevis som talar om raka motsatsen. De erhölls av Erhan Genç, en biopsykolog från Bochum. Under 2018 undersökte han och hans kollegor också hur strukturen av grå substans skiljer sig mellan mycket smarta och mindre intelligenta människor. Samtidigt kom han fram till att dendriternas starka förgrening är mer skadlig än främjar tankeförmågan.

Det är sant att Gench inte undersökte enskilda pyramidceller, utan placerade sina försökspersoner i en hjärnskanner. I princip är magnetisk resonansavbildning inte lämplig för att undersöka de finaste fiberstrukturerna - upplösningen på bilderna visar sig som regel vara otillräcklig. Men Bochum-forskarna använde en speciell metod för att se riktningen för diffusion av vävnadsvätska.

Dendriter blir barriärer för vätska. Genom att analysera diffusion är det möjligt att avgöra i vilken riktning dendriterna befinner sig, hur grenade de är och hur nära de är varandra. Resultat: hos smartare människor är dendriterna i enskilda nervceller inte så täta och tenderar inte att sönderfalla till tunna "trådar". Denna observation är diametralt motsatt till slutsatserna från neuroforskaren Natalia Goryunova.

Men behöver inte pyramidceller en mängd extern information för att utföra sina uppgifter i hjärnan? Hur överensstämmer detta med den låga graden av förgrening som identifierats? Gench anser också att kopplingen mellan celler är viktig, men enligt hans mening borde denna koppling ha ett syfte. "Om du vill att trädet ska bära mer frukt, klipp av de extra grenarna", förklarar han. – Detsamma är fallet med synaptiska kopplingar mellan neuroner: när vi föds har vi många av dem. Men under vårt liv tunnar vi ut dem och lämnar bara de som är viktiga för oss."

Förmodligen är det tack vare detta som vi kan behandla information mer effektivt.

Den "levande miniräknaren" Wenzel Grüs gör samma sak, stänger av allt omkring honom när han löser ett problem. Att bearbeta bakgrundsstimuli skulle vara kontraproduktivt för honom vid denna tidpunkt.

Faktum är att människor med rik intelligens visar mer fokuserad hjärnaktivitet än mindre begåvade människor när de måste lösa ett komplext problem. Dessutom kräver deras tänkande organ mindre energi. Dessa två observationer ledde till den så kallade neurala hypotesen om intelligenseffektivitet, enligt vilken det inte är hjärnans intensitet som är avgörande, utan effektiviteten.

Ju fler kockar desto sämre soppa

Gench anser att hans resultat stöder denna teori: "Om du har att göra med ett stort antal kopplingar, där var och en kan bidra till lösningen av ett problem, så komplicerar det saken snarare än hjälper honom", säger han. Enligt honom är det samma sak som att be om råd även från de vänner som inte förstår sig på tv-apparater innan de köper en tv. Därför är det vettigt att undertrycka störande faktorer - detta är åsikten från neuroforskaren från Bochum. Förmodligen gör smarta människor det bättre än andra.

Men hur jämför detta med resultaten från Amsterdam-gruppen ledd av Natalia Goryunova? Erkhan Gench påpekar att saken kan vara i olika mättekniker. Till skillnad från den holländska forskaren undersökte han inte enskilda celler i mikroskop, utan mätte vattenmolekylernas rörelse i vävnader. Han påpekar också att graden av förgrening av pyramidceller i olika delar av hjärnan kan vara olika. "Vi har att göra med en mosaik som fortfarande saknar många bitar."

Fler liknande forskningsresultat finns på andra håll: tjockleken på det gråa materialskiktet är avgörande för intelligensen - förmodligen för att den skrymmande cortex innehåller fler neuroner, vilket betyder att den har mer "beräkningspotential". Hittills anses denna anslutning vara bevisad, och Natalia Goryunova bekräftade det återigen i sitt arbete. "Size matters" - detta etablerades för 180 år sedan av den tyske anatomen Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). "Det finns onekligen ett samband mellan hjärnstorlek och intellektuell energi", skrev han 1837. För att mäta hjärnans volym fyllde han skallen på avlidna personer med torr hirs, men detta samband bekräftas också av moderna mätmetoder med hjälp av hjärnskannrar. Enligt olika uppskattningar är från 6 till 9% av skillnaderna i IQ associerade med skillnaden i hjärnstorlek. Och ändå verkar tjockleken på hjärnbarken vara kritisk.

Men det finns mycket mystik här också. Detta gäller lika för män och kvinnor, för hos båda könen motsvarar mindre hjärnor också mindre mentala förmågor. Å andra sidan har kvinnor i genomsnitt 150 gram mindre hjärna än män, men de presterar på samma sätt som män på IQ-tester.

– Samtidigt är hjärnstrukturerna hos män och kvinnor olika, förklarar Lars Penke från Göttingens universitet. "Män har mer grå substans, vilket betyder att deras hjärnbark är tjockare, medan kvinnor har mer vit substans." Men det är också oerhört viktigt för vår förmåga att lösa problem. Samtidigt, vid första anblicken, spelar det inte en så märkbar roll som grå substans. Den vita substansen består huvudsakligen av långa nervfibrer. De kan överföra elektriska impulser över långa avstånd, ibland tio centimeter eller mer. Detta är möjligt eftersom de är utmärkt isolerade från sin omgivning av ett lager av fettmättad substans - myelin. Det är myelinskidan och ger fibrerna en vit färg. Det förhindrar spänningsbortfall på grund av kortslutning och påskyndar även överföringen av information.

Avbrott i "trådarna" i hjärnan

Om pyramidceller kan betraktas som hjärnprocessorer, så är den vita substansen som en datorbuss: tack vare den kan hjärncentra som ligger på stora avstånd från varandra kommunicera med varandra och samarbeta för att lösa problem. Trots detta har vit substans länge underskattats av intelligensforskare.

Att denna inställning nu har förändrats beror bland annat på Lars Penke. För flera år sedan fann han att vit substans är i ett sämre tillstånd hos personer med nedsatt intelligens. I deras hjärnor löper enskilda kommunikationslinjer ibland kaotiskt, och inte snyggt och parallellt med varandra, myelinskidan bildas inte optimalt, och då och då uppstår till och med "trådbrott". "Om det blir fler sådana olyckor så leder det till en avmattning i informationsbehandlingen och i slutändan till att individen på intelligenstest visar sämre resultat än andra", förklarar personlighetspsykologen Penke. Det uppskattas att cirka 10 % av skillnaderna i IQ beror på den vita substansens tillstånd.

Men tillbaka till skillnaderna mellan könen: Enligt Penke är kvinnor enligt vissa studier lika framgångsrika med intellektuella uppgifter som män, men de använder ibland andra delar av hjärnan. Orsakerna kan man bara gissa sig till. Delvis kan dessa avvikelser förklaras av skillnaden i strukturen hos den vita substansen - en kommunikationskanal mellan olika centra i hjärnan. – Hur det än må vara, baserat på dessa data kan vi tydligt se att det finns mer än en enda möjlighet att använda intellektet, betonar forskaren från Bochum. "Olika kombinationer av faktorer kan leda till samma nivå av intelligens."

Således består ett "smart huvud" av många komponenter, och deras förhållande kan variera. Pyramidceller är också viktiga som effektiva processorer, och vit substans som ett system för snabb kommunikation och ett välfungerande arbetsminne. Till detta kommer optimal cerebral cirkulation, stark immunitet, aktiv energimetabolism och så vidare. Ju mer vetenskapen lär sig om fenomenet intelligens, desto tydligare blir det att det inte kan associeras med bara en komponent och ens med en specifik del av hjärnan.

Men om allt fungerar som det ska, då är den mänskliga hjärnan kapabel att göra fantastiska saker. Detta kan ses i exemplet med den sydkoreanske kärnfysikern Kim Un Young, som med ett IQ på 210 anses vara den smartaste personen på jorden. Vid sju års ålder löste han komplexa integralekvationer i ett japanskt tv-program. Vid åtta års ålder blev han inbjuden till NASA i USA, där han arbetade i tio år.

Det är sant att Kim själv varnar för att lägga för stor vikt vid IQ. I en artikel 2010 i Korea Herald skrev han att högintelligenta människor inte är allsmäktige. Precis som världsrekord för idrottare är höga IQ bara en manifestation av mänsklig talang. "Om det finns ett brett utbud av gåvor, så är min bara en del av dem."