Введение

Нейробиология интеллекта охватывает различные неврологические факторы, частично определяющие вариации интеллекта внутри одного вида или между разными видами. Значительная часть исследований в этой области посвящена нейронным основам человеческого интеллекта. Исторические подходы к изучению нейробиологии интеллекта заключались в сопоставлении внешних параметров головы, например, окружности головы, с уровнем интеллекта. Также использовались посмертные измерения веса и объема мозга, объема серого вещества, объема белого вещества, целостности белого вещества и толщины коры. Анализ параметров интеллектуальных систем, закономерностей их возникновения и эволюции, отличительных особенностей, а также констант и пределов их структуры и функций позволил измерить и сравнить скорость передачи информации (~100 м/с), оценить количество компонентов в интеллектуальных системах (~10¹¹ нейронов) и вычислить число эффективных связей, обеспечивающих взаимодействие (~10¹⁴ синапсов). Несмотря на значительный прогресс в понимании нейронных основ человеческого интеллекта за последние 30 лет, для его полного освоения необходимы дальнейшие исследования.

Объем мозга

Один из основных методов установления связи между интеллектом и мозгом – использование измерений объема мозга. Появление МРТ как неинвазивного, высокоточного метода измерения структуры и функции живого мозга (с использованием фМРТ) сделало его доминирующим и предпочтительным методом для измерения объема мозга. Проведено большое количество исследований с последовательно положительными корреляциями, что позволило сделать вполне обоснованный вывод о том, что больший объем мозга предсказывает более высокий интеллект. У здоровых взрослых корреляция между общим объемом мозга и IQ составляет примерно 0,4 при использовании высококачественных тестов. Крупномасштабное исследование (n = 29 000) с использованием данных UK Biobank выявило корреляцию 0,275. Сила этой связи не зависела от пола, что противоречит некоторым более ранним исследованиям. Исследование с использованием дизайна на основе братьев и сестер в двух образцах среднего размера обнаружило свидетельства причинно-следственной связи с эффектом 0,19. Этот дизайн исследования исключает факторы, различающиеся между семьями, но не те, которые различаются внутри семей. Менее известно о вариациях в масштабах, меньших, чем общий объем мозга. Метааналитический обзор МакДэниела показал, что корреляция между интеллектом и размером мозга in vivo была выше у женщин (0,40), чем у мужчин (0,25). То же исследование также показало, что корреляция между размером мозга и интеллектом увеличивается с возрастом, при этом у детей корреляция меньше. Небольшие исследования продемонстрировали временные изменения в сером веществе, связанные с освоением нового физического навыка (жонглирование) в затылочно-височной коре.

Объем мозга не является идеальным показателем интеллекта: эта связь объясняет лишь умеренную долю дисперсии интеллекта – от 12% до 36%. Эти оговорки указывают на то, что существуют другие важные факторы, влияющие на интеллект человека, помимо размера мозга. С учетом качества измерений, типа выборки и диапазона IQ, метааналитическая связь объема мозга, по-видимому, составляет около 0,4 у нормальных взрослых. Наблюдаются половые различия в связи между серым веществом и интеллектом у мужчин и женщин. У мужчин более выражена корреляция между интеллектом и серым веществом в лобных и теменных долях, в то время как у женщин наиболее сильные корреляции между интеллектом и серым веществом наблюдаются в лобных долях и области Брока. VBM (волюметрический анализ мозга) также использовался для демонстрации положительной корреляции между объемом серого вещества в медиальной и дорсомедиальной префронтальной коре и интеллектом в группе из 55 здоровых взрослых. VBM также успешно применялся для установления положительной корреляции между объемом серого вещества в передней поясной коре и интеллектом у детей в возрасте от 5 до 18 лет. Серое вещество также положительно коррелирует с интеллектом у детей. Исследования, проведенные Рейсом и коллегами, показали, что более умные люди более эффективно используют свои нейроны, что может указывать на то, что корреляция между серым веществом и интеллектом отражает избирательное устранение неиспользуемых синапсов и, следовательно, более эффективную организацию мозга.

Белое вещество

Как и серое вещество, белое вещество демонстрирует положительную корреляцию с интеллектом у людей. Геометрическое моделирование на основе анатомической сетки также показало положительную корреляцию между толщиной мозолистого тела и интеллектом у здоровых взрослых. Целостность белого вещества также была связана с уровнем интеллекта. Хотя сложно установить зависимость интеллекта от возраста, основываясь на толщине коры головного мозга, из-за различных социально-экономических обстоятельств и уровня образования, пожилые испытуемые (17–24 года) демонстрировали меньшую вариативность в показателях интеллекта по сравнению с молодыми (19–17 лет). Анализ, опубликованный в 2019 году, выявил почти полную генетическую корреляцию (около 1) между IQ и площадью поверхности надкраевой извилины левого полушария мозга у 677 детей и подростков (средний возраст 12,72 года).

Нейронная эффективность

Гипотеза нейронной эффективности постулирует, что более интеллектуальные люди демонстрируют меньшую активацию мозга во время выполнения когнитивных задач, измеряемую метаболизмом глюкозы. Большое количество исследований (N=27) подтвердили это открытие, используя такие методы, как ПЭТ-сканирование, ЭЭГ и фМРТ. Исследования с использованием фМРТ и ЭЭГ показали, что сложность задачи является важным фактором, влияющим на нейронную эффективность. Фактически, более способные люди, по-видимому, задействуют больше корковых ресурсов при решении сложных задач. Предполагается, что основной причиной феномена нейронной эффективности может быть то, что люди с высоким интеллектом лучше подавляют отвлекающую информацию, чем люди с низким интеллектом.

Дальнейшие исследования

Некоторые ученые предпочитают рассматривать более качественные признаки, чтобы соотнести их с размером измеримых областей с известными функциями, например, соотнести размер первичной зрительной коры с соответствующими функциями, такими как зрительная работоспособность. В исследовании роста головы 633 детей, рожденных в срок, из когорты Avon Longitudinal Study of Parents and Children, было показано, что пренатальный рост и рост в младенчестве связаны с последующим уровнем IQ. Вывод исследования заключался в том, что объем мозга, которого ребенок достигает к 1 году жизни, помогает определить его дальнейший интеллект. Увеличение объема мозга после младенчества может не компенсировать менее выраженный рост в раннем возрасте. Существует связь между IQ и миопией (близорукостью). Одно из предложенных объяснений состоит в том, что один или несколько плейотропных генов одновременно влияют на размер неокортекса и размер глаз.

Теория парието-фронтальной интеграции

В 2007 году журнал Behavioral and Brain Sciences опубликовал целевую статью, в которой была предложена биологическая модель интеллекта, основанная на 37 рецензируемых нейровизуализационных исследованиях (Jung & Haier, 2007). Их анализ обширных данных, полученных с помощью функциональной визуализации (функциональной магнитно-резонансной визуализации и позитронно-эмиссионной томографии) и структурной визуализации (диффузионной МРТ, воксельной морфометрии, магнитно-резонансной спектроскопии in vivo), утверждает, что человеческий интеллект возникает в результате распределенной и интегрированной нейронной сети, состоящей из областей мозга в лобных и теменных долях. Недавнее исследование картографирования очагов поражения, проведенное Барби и коллегами, предоставляет доказательства в поддержку P-FIT теории интеллекта. Повреждения мозга в раннем возрасте, локализованные с одной стороны мозга, как правило, приводят к относительно сохранной интеллектуальной функции и показателям IQ в пределах нормы.

Размер мозга

Другая теория размера мозга у позвоночных состоит в том, что он может быть связан с социальными, а не механическими способностями. Размер коры головного мозга напрямую связан с образом жизни, связанным с образованием пар, а среди приматов размер коры головного мозга прямо пропорционален требованиям жизни в большой и сложной социальной структуре. По сравнению с другими млекопитающими, у приматов значительно больший мозг. Кроме того, большинство приматов являются полигиноандровыми, поддерживая множество социальных связей. Хотя исследования не дают однозначных результатов, некоторые из них показали, что полигиноандровый образ жизни коррелирует с размером мозга. Интеллект шимпанзе, как и у людей, связан с размером мозга, объемом серого вещества и толщиной коры.

Здоровье

Несколько факторов окружающей среды, связанных со здоровьем, могут приводить к значительным когнитивным нарушениям, особенно если они воздействуют на организм в период беременности и детства, когда мозг активно развивается, а гематоэнцефалический барьер менее эффективен. Развитые страны приняли ряд мер государственной политики в отношении питательных веществ и токсинов, известных своим влиянием на когнитивные функции. Эти меры включают законы, предписывающие обогащение определенных продуктов питания, и законы, устанавливающие допустимые уровни загрязняющих веществ (например, свинца, ртути и органохлоридов). Были разработаны комплексные рекомендации по политике, направленные на снижение частоты когнитивных нарушений у детей.