Älykkyys: genetiikasta ihmisaivojen "johtoihin" ja "prosessoreihin"

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Miksi jotkut ihmiset ovat älykkäämpiä kuin toiset? Tiedemiehet ovat ammoisista ajoista lähtien yrittäneet selvittää, mitä tehdä pitääkseen pään puhtaana. Useisiin tieteellisiin tutkimuksiin viitaten Spektrum käsittelee älykkyyden komponentteja - genetiikasta ihmisaivojen "johtoihin" ja "prosessoreihin".

Miksi jotkut ihmiset ovat älykkäämpiä kuin toiset? Tiedemiehet ovat ammoisista ajoista lähtien yrittäneet selvittää, mitä on tehtävä, jotta pää ajattelee hyvin. Mutta nyt se on ainakin selvä: älykkyyden komponenttien luettelo on odotettua pidempi.

Lokakuussa 2018 Wenzel Grüs osoitti miljoonille televisionkatsojille jotain uskomatonta: pikku Saksan Lastrutin kylästä kotoisin oleva opiskelija löi jalkapalloa päällään yli viisikymmentä kertaa peräkkäin, eikä koskaan pudottanut tai poiminut sitä käsillään. Mutta se tosiasia, että venäläisen televisio-ohjelman "Amazing People" yleisö palkitsi hänet innokkailla suosionosoituksilla, ei selitetty pelkästään nuoren miehen urheilullisella näppäryydellä. Tosiasia on, että palloa pelatessaan hän nosti välillä luvun 67 viidenteen potenssiin saatuaan kymmennumeroisen tuloksen vain 60 sekunnissa.

Nykyään 17-vuotiaalla Wenzelillä on ainutlaatuinen matemaattinen lahja: hän kertoo, jakaa ja poimii juuria 12-numeroisista luvuista ilman kynää, paperia tai muita apuvälineitä. Viimeisissä suullisen laskennan maailmanmestaruuskilpailuissa hän sijoittui kolmanneksi. Kuten hän itse sanoo, erityisen vaikeiden matemaattisten tehtävien ratkaisemiseen kuluu 50–60 minuuttia: esimerkiksi silloin, kun hänen on otettava kaksikymmentänumeroinen luku alkutekijöihin. Miten hän tekee sen? Luultavasti hänen lyhytaikainen muistinsa on tässä pääroolissa.

On selvää, että Wenzelin aivot ovat jonkin verran parempia kuin hänen normaalisti lahjakkaiden ikätovereidensa ajatteluelimet. Ainakin mitä tulee numeroihin. Mutta miksi yleensä joillain ihmisillä on suurempi henkinen kapasiteetti kuin toisilla? Tämä kysymys oli vielä brittiläisen luonnontutkijan Francis Galtonin mielessä 150 vuotta sitten. Samalla hän kiinnitti huomiota siihen, että usein älykkyyserot liittyvät ihmisen alkuperään. Teoksessaan Hereditary Genius hän päättelee, että ihmisen älykkyys voidaan periytyä.

Moniaineinen cocktail

Kuten myöhemmin kävi ilmi, tämä hänen väitöskirjansa oli oikea - ainakin osittain. Amerikkalaiset psykologit Thomas Bouchard ja Matthew McGue analysoivat yli 100 julkaistua tutkimusta saman perheen jäsenten älykkyyden samankaltaisuudesta. Joissakin teoksissa on kuvattu identtisiä kaksosia, jotka on erotettu välittömästi syntymän jälkeen. Tästä huolimatta älykkyystesteissä he osoittivat melkein samat tulokset. Yhdessä kasvaneet kaksoset olivat henkisiltä kyvyiltään vieläkin samankaltaisempia. Luultavasti myös ympäristöllä oli heihin tärkeä vaikutus.

Nykyään tutkijat uskovat, että 50-60% älykkyydestä periytyy. Toisin sanoen kahden ihmisen älykkyysosamäärän ero on reilu puolet heidän vanhemmiltaan saadun DNA:n rakenteesta johtuen.

Älykkyyden geenejä etsimässä

Erityisesti tästä vastuussa olevien perinnöllisten materiaalien etsiminen on kuitenkin toistaiseksi johtanut vähäiseen. Totta, joskus he löysivät joitain elementtejä, jotka ensi silmäyksellä liittyivät älykkyyteen. Mutta lähemmin tarkasteltuna tämä suhde osoittautui vääräksi. Syntyi paradoksaalinen tilanne: toisaalta lukemattomat tutkimukset osoittivat älykkyyden korkean perinnöllisen komponentin. Toisaalta kukaan ei voinut kertoa, mitkä geenit olivat vastuussa tästä.

Viime aikoina kuva on muuttunut jonkin verran, pääasiassa tekniikan kehityksen vuoksi. Jokaisen henkilön rakennussuunnitelma sisältyy hänen DNA:hansa - eräänlaiseen jättiläistietosanakirjaan, joka koostuu noin 3 miljardista kirjaimesta. Valitettavasti se on kirjoitettu kielellä, jota tuskin tunnemme. Vaikka voimme lukea kirjeitä, tämän tietosanakirjan tekstien merkitys jää meiltä piiloon. Vaikka tiedemiehet onnistuvatkin sekvensoimaan ihmisen koko DNA:n, he eivät tiedä, mitkä sen osat ovat vastuussa hänen henkisistä kyvyistään.

Älykkyys ja IQ

Sana äly tulee latinan substantiivista intellectus, joka voidaan kääntää "käsitys", "ymmärrys", "ymmärrys", "järki" tai "mieli". Psykologit ymmärtävät älykkyyden yleisenä henkisenä kykynä, joka kattaa erilaisia kykyjä: esimerkiksi kyvyn ratkaista ongelmia, ymmärtää monimutkaisia ideoita, ajatella abstraktisti ja oppia kokemuksesta.

Älykkyys ei yleensä rajoitu yhteen aiheeseen, kuten matematiikkaan. Joku, joka on hyvä jollain alalla, loistaa usein muilla. Selvästi yhteen aiheeseen rajoittuva lahjakkuus on harvinaista. Siksi monet tutkijat lähtevät siitä tosiasiasta, että on olemassa yleinen älykkyystekijä, niin kutsuttu tekijä G.

Jokainen, joka aikoo opiskella älykkyyttä, tarvitsee menetelmän mitata sitä objektiivisesti. Ensimmäisen älykkyystestin kehittivät ranskalaiset psykologit Alfred Binet ja Théodore Simon. He käyttivät sitä ensimmäisen kerran vuonna 1904 arvioidakseen koululaisten älyllisiä kykyjä. Tätä tarkoitusta varten kehitettyjen tehtävien perusteella he loivat niin sanotun "Binet-Simonin henkisen kehityksen asteikon". Sen avulla he määrittelivät lapsen älyllisen kehityksen iän. Se vastasi numeroa ongelma-asteikolla, jonka lapsi pystyi ratkaisemaan täysin.

Vuonna 1912 saksalainen psykologi William Stern ehdotti uutta menetelmää, jossa älyllisen kehityksen ikä jaettiin kronologisella iällä, ja tuloksena olevaa arvoa kutsuttiin älykkyysosamääräksi (IQ). Ja vaikka nimi on säilynyt tähän päivään asti, nykyään älykkyysosamäärä ei enää kuvaa ikäsuhteita. Sen sijaan IQ antaa käsityksen siitä, kuinka yksilön älykkyystaso korreloi keskimääräisen ihmisen älykkyystason kanssa.

Ihmiset eroavat toisistaan, ja vastaavasti heidän DNA-sarjansa eroavat toisistaan. Kuitenkin henkilöiden, joilla on korkea älykkyysosamäärä, on vastattava ainakin niitä DNA:n osia, jotka liittyvät älykkyyteen. Tämän päivän tiedemiehet lähtevät tästä perustavanlaatuisesta teesistä. Vertaamalla satojen tuhansien koehenkilöiden DNA:ta miljoonissa osissa tutkijat voivat tunnistaa perinnölliset alueet, jotka edistävät korkeampien älyllisten kykyjen muodostumista.

Vastaavia tutkimuksia on julkaistu viime vuosina useita. Näiden analyysien ansiosta kuva tulee yhä selvemmäksi: erityiset henkiset kyvyt eivät riipu pelkästään perinnöllisistä tiedoista, vaan tuhansista erilaisista geeneistä. Ja jokainen niistä antaa vain pienen panoksen älykkyysilmiöön, joskus vain muutaman prosentin sadasosan. "Nyt uskotaan, että kaksi kolmasosaa ihmisen muuttuvista geeneistä liittyy suoraan tai epäsuorasti aivojen kehitykseen ja siten mahdollisesti älykkyyteen", korostaa Lars Penke, biologisen persoonallisuuspsykologian professori Georg Augustin yliopistosta Göttingenissä.

Seitsemän sinetöity mysteeri

Mutta yksi suuri ongelma on edelleen olemassa: nykyään DNA:n rakenteessa tunnetaan 2 000 älykkyyteen liittyvää paikkaa (loci). Mutta monissa tapauksissa ei ole vielä selvää, mistä nämä lokukset tarkalleen ottaen ovat vastuussa. Tämän pulman ratkaisemiseksi älykkyystutkijat tarkkailevat, mitkä solut reagoivat todennäköisemmin uuteen tietoon. Tämä voi tarkoittaa, että nämä solut ovat jollain tavalla yhteydessä ajattelukykyihin.

Samanaikaisesti tutkijat kohtaavat jatkuvasti tiettyä neuroniryhmää - niin sanottuja pyramidisoluja. Ne kasvavat aivokuoressa, eli siinä aivojen ja pikkuaivojen ulkokuoressa, jota asiantuntijat kutsuvat aivokuoreksi. Se sisältää pääasiassa hermosoluja, jotka antavat sille tyypillisen harmaan värin, minkä vuoksi sitä kutsutaan "harmaaksi aineeksi".

Ehkä pyramidisoluilla on keskeinen rooli älykkyyden muodostumisessa. Tämän osoittavat joka tapauksessa Amsterdamin vapaan yliopiston professorin neurobiologi Natalia Goryunova tekemät tutkimustulokset.

Äskettäin Goryunova julkaisi tulokset tutkimuksesta, joka herätti kaikkien huomion: hän vertasi pyramidisoluja koehenkilöissä, joilla oli erilaisia älyllisiä kykyjä. Kudosnäytteet otettiin pääasiassa epilepsiapotilaiden leikkauksissa saadusta materiaalista. Vakavissa tapauksissa neurokirurgit yrittävät poistaa vaarallisten kohtausten painopisteen. Näin tehdessään ne poistavat aina osia terveestä aivomateriaalista. Juuri tätä materiaalia Goryunova opiskeli.

Hän testasi ensin, kuinka sen sisältämät pyramidisolut reagoivat sähköimpulsseihin. Sitten hän leikkasi jokaisen näytteen ohuimmiksi viipaleiksi, valokuvasi ne mikroskoopilla ja kokosi ne uudelleen tietokoneella kolmiulotteiseksi kuvaksi. Siten hän esimerkiksi määritti dendriittien pituuden - haarautuneita solujen kasvuja, joiden avulla ne poimivat sähköisiä signaaleja. "Samaan aikaan saimme yhteyden potilaiden älykkyysosamäärään", Goryunova selittää. "Mitä pidempiä ja haaraisempia dendriitit olivat, sitä älykkäämpi yksilö oli."

Tutkija selitti tämän hyvin yksinkertaisesti: pitkät, haarautuneet dendriitit voivat saada enemmän kontakteja muihin soluihin, eli ne saavat enemmän tietoa, jota ne voivat käsitellä. Tähän lisätään toinen tekijä:”Vahvan haarautuman ansiosta ne voivat samanaikaisesti käsitellä eri informaatiota eri haaroissa”, Goryunova korostaa. Tämän rinnakkaisen käsittelyn ansiosta soluilla on suuri laskennallinen potentiaali. "He työskentelevät nopeammin ja tuottavammin", Goryunova päättää.

Vain osa totuutta

Vaikka tämä väitöskirja näyttää kuinka vakuuttavalta tahansa, sitä ei voida pitää täysin todistettuna, kuten tutkija itsekin suoraan myöntää. Tosiasia on, että hänen tutkimat kudosnäytteet otettiin pääasiassa yhdeltä hyvin rajatulta alueelta ohimolohkoissa. Suurin osa epilepsiakohtauksista tapahtuu siellä, ja siksi tällä alueella tehdään yleensä epilepsian leikkaus. "Emme voi vielä sanoa, kuinka asiat ovat muissa aivojen osissa", Goryunova myöntää. "Mutta uudet, vielä julkaisemattomat tutkimustulokset ryhmästämme osoittavat esimerkiksi, että dendriitin pituuden ja älykkyyden välinen suhde on vahvempi aivojen vasemmalla puolella kuin oikealla."

Amsterdamin tutkijoiden tutkimustuloksista on edelleen mahdotonta vetää yleisiä johtopäätöksiä. Lisäksi on olemassa todisteita, jotka puhuvat täysin päinvastaista. Ne sai Erhan Genç, biopsykologi Bochumista. Vuonna 2018 hän tutki kollegoidensa kanssa myös sitä, miten harmaan aineen rakenne eroaa erittäin älykkäiden ja vähemmän älykkäiden ihmisten välillä. Samalla hän tuli siihen tulokseen, että dendriittien voimakas haarautuminen on enemmän haitallista kuin edistänyt ajattelukyvylle.

Totta, Gench ei tutkinut yksittäisiä pyramidisoluja, vaan sijoitti koehenkilönsä aivoskanneriin. Periaatteessa magneettikuvaus ei sovellu hienoimpien kuiturakenteiden tutkimiseen - kuvien resoluutio osoittautuu pääsääntöisesti riittämättömäksi. Mutta Bochumin tutkijat käyttivät erityistä menetelmää nähdäkseen kudosnesteen diffuusion suunnan.

Dendriiteistä tulee esteitä nesteelle. Diffuusiota analysoimalla voidaan määrittää, mihin suuntaan dendriitit sijaitsevat, kuinka haarautuneita ne ovat ja kuinka lähellä toisiaan. Tulos: älykkäämmillä ihmisillä yksittäisten hermosolujen dendriitit eivät ole niin tiheitä eivätkä taipu hajota ohuiksi "langoiksi". Tämä havainto on täysin päinvastainen neurotieteilijän Natalia Goryunovan tekemien johtopäätösten kanssa.

Mutta eivätkö pyramidisolut tarvitse erilaisia ulkoisia tietoja suorittaakseen tehtäviään aivoissa? Miten tämä sopii yhteen havaitun alhaisen haarautumisasteen kanssa? Gench pitää myös solujen välistä yhteyttä tärkeänä, mutta hänen mielestään tällä yhteydellä pitäisi olla tarkoitus. "Jos haluat puun kantavan enemmän hedelmää, leikkaa ylimääräiset oksat pois", hän selittää. - Sama koskee hermosolujen välisiä synaptisia yhteyksiä: kun synnymme, meillä on niitä paljon. Mutta elämämme aikana ohennamme niitä ja jätämme vain ne, jotka ovat meille tärkeitä."

Oletettavasti juuri tämän ansiosta voimme käsitellä tietoa tehokkaammin.

"Elävä laskin" Wenzel Grüs tekee samoin, sammuttaen kaiken ympärillään ongelman ratkaisemisen yhteydessä. Taustaärsykkeiden käsittely olisi hänelle tässä vaiheessa haitallista.

Todellakin ihmiset, joilla on rikas älykkyys, osoittavat keskittynempää aivotoimintaa kuin vähemmän lahjakkaat ihmiset, kun heidän on ratkaistava monimutkainen ongelma. Lisäksi heidän ajatteluelimensä tarvitsee vähemmän energiaa. Nämä kaksi havaintoa johtivat ns. hermohypoteesiin älykkyyden tehokkuudesta, jonka mukaan aivojen intensiteetti ei ole ratkaisevaa, vaan tehokkuus.

Mitä useampi kokki sitä huonompi soppa

Gench uskoo, että hänen havainnot tukevat tätä teoriaa: "Jos kyseessä on valtava määrä yhteyksiä, joista jokainen voi osallistua ongelman ratkaisuun, se monimutkaistaa asiaa ennemmin kuin auttaa häntä", hän sanoo. Hänen mukaansa se on sama kuin kysyä neuvoa myös niiltä ystäviltä, jotka eivät ymmärrä televisiota ennen television ostamista. Siksi on järkevää tukahduttaa häiritsevät tekijät - tämä on Bochumin neurotieteilijän mielipide. Luultavasti älykkäät ihmiset tekevät sen paremmin kuin muut.

Mutta miten tämä verrataan Natalia Goryunovan johtaman Amsterdam-ryhmän tuloksiin? Erkhan Gench huomauttaa, että asia voi olla eri mittaustekniikoissa. Toisin kuin hollantilainen tutkija, hän ei tutkinut yksittäisiä soluja mikroskoopilla, vaan mittasi vesimolekyylien liikettä kudoksissa. Hän huomauttaa myös, että pyramidisolujen haarautumisaste aivojen eri sektoreissa voi olla erilainen. "Olemme tekemisissä mosaiikin kanssa, josta puuttuu vielä monta kappaletta."

Lisää samanlaisia tutkimustuloksia löytyy muualta: harmaan aineen kerroksen paksuus on kriittistä älykkyydelle - oletettavasti siksi, että tilaa vievä aivokuori sisältää enemmän hermosoluja, mikä tarkoittaa, että sillä on enemmän "laskentapotentiaalia". Tähän mennessä tätä yhteyttä pidetään todistettuna, ja Natalia Goryunova vahvisti sen jälleen työssään. "Koolla on väliä" - tämän perusti 180 vuotta sitten saksalainen anatomi Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). "Aivojen koon ja älyllisen energian välillä on kiistatta yhteys", hän kirjoitti vuonna 1837. Aivojen tilavuuden mittaamiseksi hän täytti kuolleiden ihmisten kallot kuivalla hirssillä, mutta tämän yhteyden vahvistavat myös nykyaikaiset mittausmenetelmät aivoskannereilla. Eri arvioiden mukaan 6–9 % älykkyysosamäärän eroista liittyy aivojen koon eroihin. Ja silti aivokuoren paksuus näyttää olevan kriittinen.

Tässä on kuitenkin myös paljon mysteeriä. Tämä koskee yhtä lailla miehiä ja naisia, koska molemmilla sukupuolilla pienemmät aivot vastaavat myös pienempiä henkisiä kapasiteettia. Toisaalta naisilla on keskimäärin 150 grammaa vähemmän aivoja kuin miehillä, mutta he pärjäävät IQ-testeissä samalla tavalla kuin miehet.

"Samaan aikaan miesten ja naisten aivorakenteet ovat erilaiset", selittää Lars Penke Göttingenin yliopistosta. "Miehillä on enemmän harmaata ainetta, mikä tarkoittaa, että heidän aivokuorensa on paksumpi, kun taas naisilla on enemmän valkoista ainetta." Mutta se on myös erittäin tärkeää kyvyllemme ratkaista ongelmia. Samaan aikaan sillä ei ensi silmäyksellä ole niin huomattavaa roolia kuin harmaalla aineella. Valkoinen aine koostuu pääasiassa pitkistä hermosäikeistä. Ne voivat lähettää sähköimpulsseja pitkiä matkoja, joskus kymmenen senttimetriä tai enemmän. Tämä on mahdollista, koska ne on eristetty erinomaisesti ympäristöstään rasvalla kyllästetyn aineen - myeliinin -kerroksella. Se on myeliinivaippa ja antaa kuiduille valkoisen värin. Se estää oikosulkujen aiheuttaman jännitehäviön ja myös nopeuttaa tiedonsiirtoa.

Aivojen "johdot" katkeavat

Jos pyramidisoluja voidaan pitää aivoprosessoreina, niin valkoinen aine on kuin tietokoneväylä: sen ansiosta suurilla etäisyyksillä toisistaan sijaitsevat aivokeskukset voivat kommunikoida keskenään ja tehdä yhteistyötä ongelmien ratkaisemisessa. Tästä huolimatta älykkyystutkijat ovat aliarvioineet valkoista ainetta pitkään.

Se, että tämä asenne on nyt muuttunut, johtuu muun muassa Lars Penkestä. Useita vuosia sitten hän havaitsi, että valkoisen aineen tila on heikentynyt ihmisillä, joilla on heikentynyt älykkyys. Heidän aivoissaan yksittäiset viestintälinjat kulkevat joskus kaoottisesti, eivätkä siististi ja yhdensuuntaisesti toistensa kanssa, myeliinivaippa ei muodostu optimaalisesti, ja silloin tällöin tapahtuu jopa "johtokatkoja". "Jos tällaisia onnettomuuksia tapahtuu enemmän, se johtaa tiedonkäsittelyn hidastumiseen ja lopulta siihen, että älykkyystesteissä oleva henkilö näyttää huonompia tuloksia kuin muut", persoonallisuuspsykologi Penke selittää. On arvioitu, että noin 10 % älykkyysosamäärän eroista johtuu valkoisen aineen tilasta.

Mutta takaisin sukupuolten välisiin eroihin: Penken mukaan joidenkin tutkimusten mukaan naiset menestyvät älyllisissä tehtävissä yhtä hyvin kuin miehet, mutta joskus he käyttävät muita aivoalueita. Syitä voi vain arvailla. Osittain nämä poikkeamat voidaan selittää erolla valkoisen aineen rakenteessa - viestintäkanavana aivojen eri keskusten välillä. – Oli miten oli, näiden tietojen perusteella voimme selvästi nähdä, että älyn käyttöön on enemmän kuin yksi ja ainoa mahdollisuus, Bochumista kotoisin oleva tutkija korostaa. "Eri tekijöiden yhdistelmät voivat johtaa samaan älykkyystasoon."

Näin ollen "älykäs pää" koostuu useista komponenteista, ja niiden suhde voi vaihdella. Pyramidisolut ovat tärkeitä myös tehokkaina prosessoreina ja valkoinen aine nopean kommunikoinnin ja hyvin toimivan työmuistin järjestelmänä. Tähän lisätään optimaalinen aivoverenkierto, vahva immuniteetti, aktiivinen energia-aineenvaihdunta ja niin edelleen. Mitä enemmän tiede oppii älykkyysilmiöstä, sitä selvemmäksi käy, että sitä ei voida yhdistää vain yhteen komponenttiin eikä edes yhteen tiettyyn aivojen osaan.

Mutta jos kaikki toimii niin kuin pitää, niin ihmisen aivot pystyvät tekemään hämmästyttäviä asioita. Tämä näkyy eteläkorealaisen ydinfyysikon Kim Un Youngin esimerkissä, jota 210 älykkyysosamäärällä pidetään maan älykkäimpana ihmisenä. Seitsemänvuotiaana hän ratkaisi monimutkaisia integraaliyhtälöitä japanilaisessa televisio-ohjelmassa. Kahdeksan vuoden iässä hänet kutsuttiin NASA:han Yhdysvaltoihin, jossa hän työskenteli kymmenen vuotta.

Totta, Kim itse varoittaa kiinnittämästä liikaa huomiota älykkyysosamäärään. Vuoden 2010 artikkelissa Korea Heraldissa hän kirjoitti, että erittäin älykkäät ihmiset eivät ole kaikkivoivia. Kuten urheilijoiden maailmanennätykset, korkea älykkyysosamäärä on vain yksi ilmentymä ihmisen lahjakkuudesta. "Jos on laaja valikoima lahjoja, minun on vain osa niistä."