Intelektas: nuo genetikos iki žmogaus smegenų „laidų“ir „procesoriaus“

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Kodėl vieni žmonės protingesni už kitus? Nuo neatmenamų laikų mokslininkai bandė išsiaiškinti, ką daryti, kad galva būtų švari. Remdamasi daugybe mokslinių tyrimų, Spektrum aptaria intelekto komponentus – nuo genetikos iki žmogaus smegenų „laidų“ir „procesoriaus“.

Kodėl vieni žmonės protingesni už kitus? Nuo neatmenamų laikų mokslininkai bandė išsiaiškinti, ką reikia padaryti, kad galva gerai mąstytų. Tačiau dabar bent jau aišku: žvalgybos komponentų sąrašas ilgesnis nei tikėtasi.

2018 m. spalį Wenzelis Grüsas milijonams televizijos žiūrovų pademonstravo kažką neįtikėtino: studentas iš nedidelio Vokietijos miestelio Lastruto daugiau nei penkiasdešimt kartų iš eilės trenkė į futbolo kamuolį galva, jo nė karto nenumetė ir nepakėlė rankomis. Tačiau tai, kad Rusijos televizijos laidos „Nuostabūs žmonės“žiūrovai jį apdovanojo entuziastingais plojimais, paaiškino ne tik atletišku jaunuolio miklumu. Faktas yra tas, kad žaisdamas kamuolį jis tarpais pakeldavo skaičių 67 iki penktos laipsnio, vos per 60 sekundžių gavęs dešimties skaitmenų rezultatą.

Wenzelis, kuriam šiandien 17 metų, turi unikalią matematinę dovaną: jis be rašiklio, popieriaus ar kitų pagalbinių priemonių daugina, dalijasi ir iš dvylikos skaitmenų skaičių ištraukia šaknis. Praėjusiame pasaulio čempionate skaičiuojant žodžiu jis užėmė trečią vietą. Kaip pats sako, ypač sunkiems matematiniams uždaviniams išspręsti jam prireikia nuo 50 iki 60 minučių: pavyzdžiui, kai reikia dvidešimties skaitmenų skaičių suskaičiuoti į pirminius veiksnius. Kaip jis tai daro? Ko gero, pagrindinį vaidmenį čia vaidina jo trumpalaikė atmintis.

Akivaizdu, kad Venzelio smegenys yra šiek tiek pranašesnės už normaliai gabių bendraamžių mąstymo organą. Bent jau kalbant apie skaičius. Bet kodėl apskritai kai kurie žmonės turi didesnį protinį pajėgumą nei kiti? Šis klausimas prieš 150 metų vis dar kirbėjo britų gamtos tyrinėtojui Francisui Galtonui. Kartu jis atkreipė dėmesį į tai, kad dažnai intelekto skirtumai siejami su žmogaus kilme. Savo darbe „Paveldimas genijus“jis daro išvadą, kad žmogaus intelektas gali būti paveldimas.

Kelių ingredientų kokteilis

Kaip vėliau paaiškėjo, ši jo tezė buvo teisinga – bent iš dalies. Amerikiečių psichologai Thomas Bouchard ir Matthew McGue išanalizavo daugiau nei 100 paskelbtų tyrimų apie intelekto panašumą tarp tos pačios šeimos narių. Kai kuriuose darbuose aprašyti identiški dvyniai, atskirti iškart po gimimo. Nepaisant to, intelekto testuose jie parodė beveik tuos pačius rezultatus. Kartu užaugę dvyniai protiniais gebėjimais buvo dar panašesni. Tikriausiai didelę įtaką jiems turėjo ir aplinka.

Šiandien mokslininkai mano, kad 50-60% intelekto yra paveldima. Kitaip tariant, dviejų žmonių IQ skirtumas yra gera pusė dėl jų DNR struktūros, gautos iš jų tėvų.

Ieškant intelekto genų

Tačiau konkrečiai už tai atsakingų paveldimų medžiagų paieška kol kas davė nedaug. Tiesa, kartais jie rasdavo elementų, kurie iš pirmo žvilgsnio buvo susiję su intelektu. Tačiau atidžiau pažvelgus paaiškėjo, kad šie santykiai buvo klaidingi. Susidarė paradoksali situacija: viena vertus, daugybė tyrimų įrodė aukštą paveldimą intelekto komponentą. Kita vertus, niekas negalėjo pasakyti, kurie genai konkrečiai už tai atsakingi.

Pastaruoju metu vaizdas šiek tiek pasikeitė, pirmiausia dėl technologinės pažangos. Kiekvieno žmogaus statybos planas yra jo DNR – savotiškoje milžiniškoje enciklopedijoje, susidedančioje iš maždaug 3 milijardų raidžių. Deja, ji parašyta kalba, kurią mes beveik nemokame. Nors ir mokame skaityti laiškus, šios enciklopedijos tekstų prasmė mums lieka paslėpta. Net jei mokslininkams pavyksta nustatyti visą žmogaus DNR seką, jie nežino, kurios jos dalys yra atsakingos už jo protinius gebėjimus.

Intelektas ir IQ

Žodis intelektas kilęs iš lotyniško daiktavardžio intellectus, kuris gali būti verčiamas kaip „suvokimas“, „supratimas“, „supratimas“, „protas“arba „protas“. Psichologai intelektą supranta kaip bendrą protinį gebėjimą, apimantį įvairias kompetencijas: pavyzdžiui, gebėjimą spręsti problemas, suprasti sudėtingas idėjas, abstrakčiai mąstyti, mokytis iš patirties.

Intelektas paprastai neapsiriboja vienu dalyku, pavyzdžiui, matematika. Tas, kuris yra geras vienoje srityje, dažnai išsiskiria kitose. Talentas, aiškiai apribotas vienu dalyku, yra retas. Todėl daugelis mokslininkų remiasi tuo, kad egzistuoja bendras intelekto veiksnys, vadinamasis faktorius G.

Kiekvienam, kuris ketina studijuoti intelektą, reikia metodo, kaip jį objektyviai įvertinti. Pirmąjį intelekto testą sukūrė prancūzų psichologai Alfredas Binet ir Théodore'as Simonas. Pirmą kartą jie panaudojo 1904 m. vertindami mokinių intelektualinius gebėjimus. Remdamiesi šiam tikslui parengtomis užduotimis, jie sukūrė vadinamąją „Binet-Simono psichinės raidos skalę“. Jos pagalba jie nustatė vaiko intelektualinio išsivystymo amžių. Tai atitiko skaičių problemų skalėje, kurias vaikas galėjo visiškai išspręsti.

1912 metais vokiečių psichologas Williamas Sternas pasiūlė naują metodą, pagal kurį intelektualinio išsivystymo amžius buvo padalintas iš chronologinio amžiaus, o gauta reikšmė buvo pavadinta intelekto koeficientu (IQ). Ir nors pavadinimas išliko iki šių dienų, šiandien IQ jau nebeapibūdina amžiaus santykio. Vietoj to, IQ suteikia idėją, kaip individo intelekto lygis koreliuoja su vidutinio žmogaus intelekto lygiu.

Žmonės skiriasi vienas nuo kito, atitinkamai skiriasi ir jų DNR rinkiniai. Tačiau asmenys, turintys aukštą IQ, turi atitikti bent tas DNR dalis, kurios yra susijusios su intelektu. Šiandien mokslininkai remiasi šia pagrindine teze. Lygindami šimtų tūkstančių tiriamųjų DNR milijonuose dalių, mokslininkai gali nustatyti paveldimus regionus, kurie prisideda prie aukštesnių intelektualinių gebėjimų formavimo.

Pastaraisiais metais buvo paskelbta nemažai panašių tyrimų. Šių analizių dėka vaizdas tampa vis aiškesnis: ypatingi protiniai gebėjimai priklauso ne tik nuo paveldimų duomenų, bet nuo tūkstančių skirtingų genų. Ir kiekvienas iš jų įneša tik mažytį indėlį į intelekto fenomeną, kartais vos kelias šimtąsias procentų dalis. „Dabar manoma, kad du trečdaliai visų žmogaus kintamų genų yra tiesiogiai arba netiesiogiai susiję su smegenų vystymusi, taigi, potencialiai, su intelektu“, – pabrėžia Larsas Penke, Getingeno Georgo Augusto universiteto biologinės asmenybės psichologijos profesorius.

Septyni užantspauduota paslaptis

Tačiau vis dar yra viena didelė problema: šiandien DNR struktūroje yra žinoma 2000 vietų (lokusų), kurios yra susijusios su intelektu. Tačiau daugeliu atvejų dar nėra aišku, už ką būtent šie lokusai yra atsakingi. Norėdami išspręsti šį galvosūkį, žvalgybos tyrinėtojai stebi, kurios ląstelės labiau nei kitos reaguoja į naują informaciją. Tai gali reikšti, kad šios ląstelės tam tikru būdu yra susijusios su mąstymo gebėjimais.

Tuo pačiu metu mokslininkai nuolat susiduria su tam tikra neuronų grupe – vadinamosiomis piramidinėmis ląstelėmis. Jie auga smegenų žievėje, tai yra tame išoriniame smegenų ir smegenėlių apvalkale, kurį ekspertai vadina žieve. Jame daugiausia yra nervinių ląstelių, kurios suteikia jam būdingą pilką spalvą, todėl ji vadinama „pilka medžiaga“.

Galbūt piramidinės ląstelės vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant intelektą. Bet kokiu atveju tai rodo neurobiologės Natalijos Goriunovos, Amsterdamo laisvojo universiteto profesorės, tyrimų rezultatai.

Neseniai Goriunova paskelbė visų dėmesį patraukusio tyrimo rezultatus: ji palygino skirtingų intelektinių gebėjimų tiriamųjų piramidines ląsteles. Audinių mėginiai daugiausia buvo imami iš medžiagos, gautos operuojant epilepsija sergančius pacientus. Sunkiais atvejais neurochirurgai bando pašalinti pavojingų priepuolių židinį. Tai darydami jie visada pašalina sveikos smegenų medžiagos dalis. Būtent šią medžiagą Goryunova studijavo.

Pirmiausia ji išbandė, kaip jame esančios piramidinės ląstelės reaguoja į elektrinius impulsus. Tada ji kiekvieną mėginį supjaustė ploniausiais griežinėliais, nufotografavo juos mikroskopu ir kompiuteryje vėl surinko į trimatį vaizdą. Taigi ji, pavyzdžiui, nustatė dendritų ilgį - šakotas ląstelių ataugas, kurių pagalba jie paima elektros signalus. „Tuo pačiu metu mes užmezgėme ryšį su pacientų IQ“, – aiškina Goryunova. "Kuo ilgesni ir šakotesni buvo dendritai, tuo protingesnis buvo asmuo."

Tyrėjas tai paaiškino labai paprastai: ilgi, išsišakoję dendritai gali užmegzti daugiau kontaktų su kitomis ląstelėmis, tai yra, jie gauna daugiau informacijos, kurią gali apdoroti. Prie to pridedamas dar vienas veiksnys: „Dėl stipraus išsišakojimo jie gali vienu metu apdoroti skirtingą informaciją skirtingose šakose“, – pabrėžia Goryunova. Dėl šio lygiagretaus apdorojimo ląstelės turi didelį skaičiavimo potencialą. „Jie dirba greičiau ir produktyviau“, – daro išvadą Goryunova.

Tik dalis tiesos

Kad ir kokia įtikinama ši tezė atrodytų, ji negali būti laikoma visiškai įrodyta, kaip atvirai pripažįsta pati tyrėja. Faktas yra tas, kad jos tirti audinių mėginiai buvo paimti daugiausia iš vienos labai ribotos temporalinių skilčių srities. Ten dažniausiai ištinka epilepsijos priepuoliai, todėl, kaip taisyklė, šioje srityje atliekama epilepsijos operacija. „Dar negalime pasakyti, kaip viskas yra kitose smegenų dalyse“, – pripažįsta Goriunova. „Tačiau nauji, dar nepaskelbti mūsų grupės tyrimų rezultatai, pavyzdžiui, rodo, kad ryšys tarp dendrito ilgio ir intelekto yra stipresnis kairėje smegenų pusėje nei dešinėje.

Iš Amsterdamo mokslininkų tyrimų rezultatų vis dar neįmanoma padaryti kokių nors bendrų išvadų. Be to, yra įrodymų, bylojančių apie visiškai priešingą. Juos gavo Erhanas Genças, biopsichologas iš Bochumo. 2018 metais jis su kolegomis taip pat tyrė, kuo labai protingų ir mažiau protingų žmonių pilkosios medžiagos struktūra skiriasi. Kartu jis priėjo prie išvados, kad stiprus dendritų išsišakojimas yra labiau žalingas nei palankus mąstymo gebėjimui.

Tiesa, Genčas netyrė atskirų piramidinių ląstelių, o savo tiriamuosius patalpino į smegenų skaitytuvą. Iš esmės magnetinio rezonanso tomografija nėra tinkama smulkiausioms skaidulų struktūroms tirti – vaizdų raiška, kaip taisyklė, pasirodo esanti nepakankama. Tačiau Bochumo mokslininkai naudojo specialų metodą, norėdami pamatyti audinių skysčio difuzijos kryptį.

Dendritai tampa kliūtimis skysčiams. Analizuojant difuziją galima nustatyti, kuria kryptimi išsidėstę dendritai, kiek jie išsišakoję ir arti vienas kito. Rezultatas: pas protingesnius žmones atskirų nervinių ląstelių dendritai nėra tokie tankūs ir nelinkę suirti į plonyčius „laidelius“. Šis pastebėjimas diametraliai prieštarauja neurologės Natalijos Goriunovos išvadoms.

Tačiau ar piramidinėms ląstelėms nereikia įvairios išorinės informacijos, kad galėtų atlikti savo užduotis smegenyse? Kaip tai suderinama su mažu išsišakojimu? Ląstelių ryšį Genčas taip pat laiko svarbiu, tačiau, jo nuomone, šis ryšys turėtų turėti tikslą. „Jei norite, kad medis duotų daugiau vaisių, nupjaukite papildomas šakas“, – aiškina jis. – Taip yra ir su sinapsiniais ryšiais tarp neuronų: kai gimstame, jų turime labai daug. Tačiau per savo gyvenimą mes juos retiname ir paliekame tik tuos, kurie mums svarbūs“.

Tikėtina, kad būtent to dėka galime efektyviau apdoroti informaciją.

„Gyvasis skaičiuotuvas“Wenzel Grüs daro tą patį, spręsdamas problemą išjungia viską aplinkui. Fono dirgiklių apdorojimas šiuo metu jam būtų neproduktyvus.

Iš tiesų, žmonės, turintys turtingą intelektą, demonstruoja labiau sutelktą smegenų veiklą nei mažiau gabūs žmonės, kai jiems reikia išspręsti sudėtingą problemą. Be to, jų mąstymo organas reikalauja mažiau energijos. Šie du stebėjimai atvedė prie vadinamosios neuroninės intelekto efektyvumo hipotezės, pagal kurią lemiamas ne smegenų intensyvumas, o efektyvumas.

Per daug virėjų sugadina sultinį

Genchas mano, kad jo išvados patvirtina šią teoriją: „Jei susiduriate su daugybe ryšių, kurių kiekvienas gali prisidėti prie problemos sprendimo, tai labiau apsunkina reikalą, nei jam padeda“, – sako jis. Anot jo, tai tas pats, kas prieš perkant televizorių paklausti patarimo net ir tų draugų, kurie nesupranta televizorių. Todėl prasminga slopinti trukdančius veiksnius – taip mano Bochumo neurologas. Tikriausiai protingi žmonės tai daro geriau nei kiti.

Bet kaip tai palyginti su Natalijos Goriunovos vadovaujamos Amsterdamo grupės rezultatais? Erkhanas Genchas nurodo, kad problema gali būti skirtinguose matavimo metoduose. Priešingai nei olandų mokslininkas, jis mikroskopu netyrė atskirų ląstelių, o matavo vandens molekulių judėjimą audiniuose. Jis taip pat atkreipia dėmesį į tai, kad piramidinių ląstelių šakojimosi laipsnis skirtinguose smegenų sektoriuose gali būti skirtingas. "Mes susiduriame su mozaika, kuriai vis dar trūksta daug dalių."

Daugiau panašių tyrimų rezultatų galima rasti kitur: pilkosios medžiagos sluoksnio storis yra labai svarbus intelektui – tikriausiai todėl, kad stambioje žievėje yra daugiau neuronų, o tai reiškia, kad ji turi daugiau „skaičiavimo potencialo“. Iki šiol šis ryšys laikomas įrodytu, o Natalija Goryunova tai dar kartą patvirtino savo darbe. „Svarbu dydis“– tai prieš 180 metų nustatė vokiečių anatomas Friedrichas Tiedemannas (Friedrichas Tiedemannas). „Neabejotinai yra ryšys tarp smegenų dydžio ir intelektinės energijos“, – rašė jis 1837 m. Smegenų tūriui matuoti jis mirusių žmonių kaukoles užpildė sausomis soromis, tačiau šį ryšį patvirtina ir šiuolaikiniai matavimo metodai naudojant smegenų skaitytuvus. Įvairiais vertinimais, nuo 6 iki 9% IQ skirtumų yra susiję su smegenų dydžio skirtumu. Ir vis dėlto atrodo, kad smegenų žievės storis yra labai svarbus.

Tačiau čia taip pat yra daug paslapčių. Tai vienodai taikoma ir vyrams, ir moterims, nes abiejų lyčių atveju mažesnės smegenys atitinka ir mažesnius protinius pajėgumus. Kita vertus, moterys turi vidutiniškai 150 gramų mažiau smegenų nei vyrai, tačiau IQ testuose jos atlieka panašiai kaip ir vyrai.

„Tuo pačiu metu vyrų ir moterų smegenų struktūros skiriasi“, – aiškina Larsas Penke iš Getingeno universiteto. "Vyrai turi daugiau pilkosios medžiagos, tai reiškia, kad jų smegenų žievė yra storesnė, o moterys turi daugiau baltosios medžiagos." Tačiau tai taip pat labai svarbu mūsų gebėjimui spręsti problemas. Tuo pačiu metu, iš pirmo žvilgsnio, ji neatlieka tokio pastebimo vaidmens kaip pilkoji medžiaga. Baltąją medžiagą daugiausia sudaro ilgos nervinės skaidulos. Jie gali perduoti elektrinius impulsus dideliais, kartais dešimties centimetrų ar didesniais atstumais. Tai įmanoma, nes juos nuo aplinkos puikiai izoliuoja riebalais prisotintos medžiagos – mielino – sluoksnis. Tai mielino apvalkalas ir suteikia pluoštams baltą spalvą. Tai apsaugo nuo įtampos praradimo dėl trumpųjų jungimų ir taip pat pagreitina informacijos perdavimą.

Nutrūksta „laidai“smegenyse

Jei piramidines ląsteles galima laikyti smegenų procesoriais, tai baltoji medžiaga yra tarsi kompiuterio magistralė: jos dėka dideliais atstumais vienas nuo kito esantys smegenų centrai gali bendrauti tarpusavyje ir bendradarbiauti spręsdami problemas. Nepaisant to, žvalgybos tyrinėtojai ilgą laiką neįvertino baltosios medžiagos.

Tai, kad šis požiūris pasikeitė, be kita ko, lėmė Larsas Penke. Prieš kelerius metus jis išsiaiškino, kad sumažėjusio intelekto žmonių baltosios medžiagos būklė yra blogesnė. Jų smegenyse atskiros ryšio linijos kartais eina chaotiškai, o ne tvarkingai ir lygiagrečiai viena kitai, mielino apvalkalas nesusiformuoja optimaliai, karts nuo karto net nutrūksta „laidai“. „Jei tokių nelaimingų atsitikimų yra daugiau, tai lemia informacijos apdorojimo sulėtėjimą ir galiausiai tai, kad intelekto testų metu žmogus rodo blogesnius rezultatus nei kiti“, – aiškina asmenybės psichologė Penke. Apskaičiuota, kad apie 10% IQ skirtumų atsiranda dėl baltosios medžiagos būklės.

Tačiau grįžkime prie lyčių skirtumų: Anot Penke, kai kurių tyrimų duomenimis, moterys intelektualines užduotis atlieka taip pat sėkmingai, kaip ir vyrai, tačiau kartais jos pasitelkia ir kitas smegenų sritis. Priežastis galima tik spėlioti. Iš dalies šiuos nukrypimus galima paaiškinti baltosios medžiagos – komunikacijos kanalo tarp skirtingų smegenų centrų – sandaros skirtumu. „Kaip bebūtų, remiantis šiais duomenimis aiškiai matome, kad yra ne viena ir vienintelė galimybė panaudoti intelektą“, – pabrėžia mokslininkas iš Bochumo. „Skirtingi veiksnių deriniai gali lemti tą patį intelekto lygį.

Taigi „protinga galva“susideda iš daugelio komponentų, o jų santykis gali skirtis. Piramidinės ląstelės taip pat svarbios kaip efektyvūs procesoriai, o baltoji medžiaga – kaip greito ryšio ir gerai veikiančios darbinės atminties sistema. Prie to pridedama optimali smegenų kraujotaka, stiprus imunitetas, aktyvi energijos apykaita ir kt. Kuo daugiau mokslas sužino apie intelekto fenomeną, tuo aiškiau tampa, kad jis negali būti siejamas tik su vienu komponentu ir net su viena konkrečia smegenų dalimi.

Bet jei viskas veikia taip, kaip turėtų, tada žmogaus smegenys sugeba daryti nuostabius dalykus. Tai matyti iš Pietų Korėjos branduolinio fiziko Kim Uno Youngo, kurio intelekto koeficientas yra 210, pavyzdyje, kuris laikomas protingiausiu žmogumi Žemėje. Būdamas septynerių metų jis Japonijos televizijos laidoje sprendė sudėtingas integralines lygtis. Būdamas aštuonerių jis buvo pakviestas į NASA JAV, kur dirbo dešimt metų.

Tiesa, pats Kimas perspėja nesuteikti per daug reikšmės intelekto koeficientui. 2010 m. straipsnyje „Korea Herald“jis rašė, kad labai protingi žmonės nėra visagaliai. Kaip ir pasaulio sportininkų rekordai, aukštas IQ yra tik viena iš žmogaus talento apraiškų. „Jei dovanų yra labai daug, tai manoji – tik dalis jų.