Интеллект - с точки зрения нейрофизиологии

Интеллект определяет мыслительные способности отдельно взятого человека. Его легко обнаружить у человека и легко наблюдать у других животных. Тем не менее сформулировать определение интеллекта не так просто. Даже после ста лет исследований ученые так и не пришли к единому мнению о том, что такое интеллект. Именно поэтому мы начнем с обзора различных теорий интеллекта.

а) Понятие общего интеллекта. В 1920-х гг. Чарльз Спирмен (Charles Spearman) предположил, что в основе любой интеллектуальной деятельности лежит общий интеллект, который он назвал фактором g (от англ. general — общий фактор интеллекта). Давайте попробуем представить себе, каково значение общего фактора интеллекта для головного мозга. Вероятно, при высоком и низком факторе g в архитектуре мозга должны присутствовать значимые различия, например в рисунке борозд и извилин, цитоархитектонике, строении сосудистой сети и биохимии мозга.

P.S. Цитоархитектоника — это организация, строение и распределение клеток мозга.

Различные показатели фактора g должны быть обусловлены чем-то более сложным, чем размеры головного мозга — размеры человеческого мозга (они варьируют в диапазоне 1000-2000 г) слабо коррелируют с интеллектом. Еще одна гипотеза гласит, что значение фактора g зависит от особенностей мозговых связей или даже от соотношения количества нейронов и глиальных клеток. Было высказано мнение, что фактор g может быть связан с активацией специфических областей мозга, вероятнее всего расположенных в лобной доле (Duncan et al., 2000; Gray & Thompson, 2004).

Результаты предварительных исследований мозга Альберта Эйнштейна показали, что значение могут иметь структура мозговых связей и соотношение количества нейронов и глиальных клеток. Сандра Уайтельсоп и ее коллеги (Witelson et al., 1999) обнаружили, что при средних для мужского мозга размерах и массе мозг Эйнштейна имеет ряд особенностей: у него короткие латеральные борозды, которые особенно сильно изгибаются кверху как в левом, так и в правом полушарии (рис. 1). При таком строении нижняя теменная область практически сливается с задними отделами височной доли.

Рисунок 1. Головной мозг Эйнштейна. По сравнению со среднестатистическим мозгом, в мозге Эйнштейна латеральная борозда сильнее изгибается кверху, из-за чего задние отделы височной доли практически сливаются с нижними отделами теменной доли (сравните это изображение с изображением типичной латеральной борозды). В каждом полушарии мозга Эйнштейна цветом обозначена восходящая латеральная борозда, которая упирается в постцентральную извилину

Нижняя теменная область играет важную роль в выполнении математических вычислений — это позволяет предположить, что математические способности Эйнштейна могли быть связаны с перестройкой нейронных сетей в этой области. Мозг Эйнштейна имеет еще одну важную особенность. Мэрион Даймонд и ее коллеги (Marion Diamond, 1985) определили соотношение количества глиальных клеток и нейронов и сравнили это значение со средним значением для контрольной популяции. Они обнаружили, что в нижней теменной области коры головного мозга Эйнштейна данный показатель был выше среднего: каждый нейрон в этой зоне был окружен необычайно многочисленными глиальными клетками.

Исследования ученых из группы под руководством Даймонд показали, что в остальных зонах головного мозга Эйнштейна соотношение количества глиальных клеток и нейронов не выходило за рамки обычного диапазона. Таким образом, определенные виды интеллекта могут быть связаны с различиями в клеточной структуре отдельных областей головного мозга. Однако, даже если эта гипотеза окажется верной, она ничего не говорит о нейронных механизмах, лежащих в основе общего интеллекта.

Одна из гипотез состоит в том, что фактор g может быть связан с процессами обработки речи —-у человека речевые способности привели к качественному изменению когнитивных механизмов. Таким образом, люди с отличными речевыми навыками могут иметь выдающиеся общие мыслительные способности.

Со времен Спирмена было создано множество других теорий интеллекта. В их основе лежит идея существования различных способных к диссоциации форм интеллекта. Учитывая то, сколько различных когнитивных операций способен выполнять человеческий мозг, теория множественного интеллекта не должна вызывать удивления. Однако до настоящего времени такие теории не учитывали анатомическое строение и функцию мозга. Хотя эти теории популярны у преподавателей, они не получили должного научного подтверждения.

б) Дивергентное и конвергентное мышление. Известно, что поражения теменных и височных долей, как и поражения лобных долей, по-разному влияют на выполнение стандартных тестов для оценки мышления. Поражения задних областей мозга приводят к значимому и часто существенному ухудшению показателей интеллекта, а поражение лобных долей нет. Это вызывает недоумение. Если поражение лобных долей не ухудшает показатели пациента в тестах для оценки мышления, почему люди с такими поражениями совершают иррациональные поступки, например не приходят на работу или на прием к врачу? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте обсудим разницу между двумя видами интеллекта.

По мнению Дж. П. Гилфорда (J. Р. Guilford, 1967), стандартные тесты позволяют оценить конвергентное мышление — применение знаний и навыков рассуждения, чтобы сузить диапазон возможных решений проблемы, а затем вывести один правильный ответ. Стандартные тесты для оценки мышления, использующие словарные слова, арифметические задачи, головоломки, кубики и т. д., задействуют конвергентное мышление. В этих заданиях есть один правильный ответ, который можно легко оценить.

Дивергентное мышление, напротив, выходит за рамки традиционных знаний и навыков рассуждения — оно позволяет находить новые нестандартные решения задач. Дивергентное мышление предполагает поиск множества возможных подходов и решений вместо поиска единственно правильного решения. При проведении теста на дивергентное мышление вам могут предложить перечислить все возможные варианты использования вешалки для одежды, которые вы можете себе представить.

Очевидно, что человек с выдающимися дивергентными способностями может иметь низкую конвергентную продуктивность, и наоборот. Такое разделение может быть полезным, поскольку оно помогает нам понять, как повреждения мозга влияют на мышление. Считается, что повреждения лобных долей приводят к нарушениям дивергентного мышления. Согласно данным стандартных тестов на коэффициент интеллекта (IQ), нарушения конвергентного мышления часто возникают у людей с повреждениями височных и теменных долей.

В частности, в отдельных случаях повреждения левой теменной доли приводят к серьезным нарушениям когнитивных процессов, связанных с научно-исследовательской деятельностью и учебой. У людей с такими повреждениями мозга могут возникать афазия, алексия (сложности с пониманием и обработкой прочитанных слов) и апраксия. У многих возникают серьезные проблемы с арифметикой. Все эти нарушения негативно влияют на школьную успеваемость и способность справляться со служебными обязанностями.

У пациентки М. М., чей случай описан в разд. 15-4, была повреждена левая теменная доля, поэтому пациентка не смогла вернуться в школу. В отличие от таких пациентов, как М. М., пациенты с повреждениями лобных долей, не затрагивающими речевой центр Брока, редко сталкиваются с трудностями во время чтения, письма или решения арифметических задач, поскольку для выполнения таких заданий требуется конвергентное мышление. У них также отсутствует ухудшение показателей в стандартных тестах на коэффициент интеллекта (IQ). Хорошим примером является случай С. С.

У С. С. была менингиома в области срединной линии, разделяющей лобные доли. Чтобы удалить менингиому, нужно было вырезать мозговую ткань из обоих полушарий. До операции С. С. был известным адвокатом. После операции у него по-прежнему были высокие показатели IQ и отличная память, однако он был не в состоянии работать -отчасти потому, что полностью утратил воображение. Он больше не мог искать новые решения юридических проблем, хотя это было его визитной карточкой до операции. Таким образом, и у М. М., и у С. С. возникли проблемы, из-за которых они не смогли работать. При этом это были разные проблемы, поскольку полученные пациентами повреждения повлияли на разные типы мышления.

в) Интеллект, наследственность, эпигенетика и синапсы. Дональд Хебб (Donald Hebb) предложил другую классификацию типов интеллекта. Как и Гилфорд, Хебб считал, что у человека есть два типа интеллекта — он назвал их «интеллект А» и «интеллект Б». В противовес предложенной Гилфордом теории разделения мышления на конвергентное и дивергентное, «интеллект А» по Хеббу представляет собой врожденный интеллектуальный потенциал, который в наибольшей степени обусловлен наследственностью: он зависит прежде всего от генетических факторов. «Интеллект Б» — это наблюдаемый уровень интеллекта, который обусловлен пережитым опытом и рядом других факторов, таких как болезни, травмы или воздействие токсинов, прежде всего на этапе эмбрионального развития.

Хебб (1980) понял, что пережитый опыт может значимо влиять на клеточную структуру головного мозга. По мнению Хебба, пережитый опыт влияет на развитие мозга и, следовательно, на наблюдаемый уровень интеллекта, так как под воздействием опыта в головном мозге меняется структура синапсов. Из этого следует, что ранний опыт может способствовать развитию «интеллекта Б» у людей с уровнем «интеллекта А» ниже среднего, в то время как обедненная среда и ограниченный доступ к ресурсам могут тормозить развитие «интеллекта Б» у людей с уровнем «интеллекта А» выше среднего. Задача состоит в том, чтобы определить благоприятную и неблагоприятную среду, а также помочь людям в полной мере реализовать их интеллектуальный потенциал.

Предложенная Хеббом теория интеллекта говорит о том, что ключевым аспектом является синаптическая организация головного мозга. Синаптическая организация отчасти обусловлена генетическими факторами, однако на нее также воздействуют эпигенетические факторы. Разный жизненный опыт в сочетании с различными генетическими особенностями, бесспорно, лежит в основе наблюдаемых различий в уровне интеллекта — как количественных (результаты тестов на IQ), так и качественных (результаты тестов на специальные способности, такие как способности к математике).

г) Особенности головного мозга умного человека. Проведенное Рексом Юнгом и Ричардом Хайером (Rex Jung, Richard Haier, 2007) прорывное исследование, которое предполагало сравнительный анализ данных 37 исследований интеллекта с использованием методов нейровизуализации, позволило сделать вывод, что различия в уровне интеллекта связаны со структурными и функциональными особенностями латеральной префронтальной коры, медиальной префронтальной коры, задней теменной коры, а также сенсорных зон затылочных и височных долей. Установив, что эти области связаны между собой образованными белым веществом трактами, ученые предположили, что указанные зоны образуют сеть.

Исследователи сформулировали так называемую теорию лобно-теменной интеграции интеллекта (P-FIT; от англ. Parieto-Frontal Integration Theory of Intelligence), предложив ее в качестве модели, объясняющей лежащие в основе интеллекта механизмы. В следующее десятилетие удалось значительно усовершенствовать существующие методы нейровизуализации, однако ученые по-прежнему соглашаются с тем, что основу интеллекта составляет лобно-теменная сеть и что индивидуальные различия в уровне интеллекта обусловлены структурными и функциональными особенностями зон, составляющих эту структуру (см. обзор Haier, 2017).

Значительно позднее Ульрике Бастен и ее коллеги (Ulrike Basten, 2015) изменили модель P-FIT, разграничив функциональные (активация мозга на фМРТ) и структурные (объем серого вещества на МРТ) корреляты интеллекта. Обновленная модель также позволяет выявить как прямую, так и обратную корреляцию между интеллектом и мозговой деятельностью. Таким образом, высокий интеллект связан с повышенной активностью одних зон и пониженной активностью других зон (рис. 2). Кроме того, по мнению авторов, сеть также задействует островковую долю, заднюю поясную кору и подкорковые структуры.

Рисунок 2. Головной мозг и интеллект. Мета-анализ MPT-изображений анатомического строения мозга (розовый) и данных фМРТ (голубой/оранжевый), полученных во время выполнения тестов на когнитивные способности, выявил четыре кластера зон, демонстрировавших прямую (+) или обратную (-) корреляцию между уровнем интеллекта и активацией мозга

Однако ученые пока не знают, каким образом такие различия обусловливают различия в уровне интеллекта. Также ученые не уверены в том, являются ли различия в мозговой деятельности причиной различий в уровне интеллекта или наоборот.

Различия между областями мозга в модели P-FIT можно наблюдать и на уровне микроструктуры. Эрхан Генч и его коллеги (Erhan Gene, 2018) использовали диффузионно-тензорную томографию и культурно-независимый тест на способность рассуждать. Они провели измерение 180 областей из проекта «Коннектом человека» и подтвердили наличие прямой корреляции между уровнем интеллекта и объемом коры больших полушарий. Кроме того, они обнаружили связанные с интеллектом специфические особенности микроструктуры, прежде всего в корковых областях, которые входят в состав лобно-теменной сети.

Белое вещество коры головного мозга образуют в основном нейриты (дендриты и аксоны нейронов); способность этих структур препятствовать движению молекул воды позволяет оценить плотность и ориентацию нейритов.

Результаты исследования продемонстрировали обратную корреляцию между плотностью нейритов и интеллектом (рис. 3). На первый взгляд это кажется нелогичным: получается, что чем меньше нейритов, тем лучше. Однако напомним, что, в процессе развития головного мозга создается избыток синапсов, которые впоследствии ликвидируются, способствуя повышению эффективности мозга. Состояния, сопровождающиеся нарушениями процесса ликвидации синапсов, такие как синдром Дауна, характеризуются снижением эффективности процессов обработки информации и снижением уровня интеллекта.

Рисунок 3. Плотность нейритов (аксонов). Рисунок А демонстрирует повышенную плотность нейритов и усиленное ветвление дендритов, коррелирующие с более низким уровнем интеллекта. Рисунок Б демонстрирует сравнительно низкие плотность нейритов и ветвление, коррелирующие с высоким уровнем интеллекта. У индивидов с более высоким уровнем интеллекта больше объем коры больших полушарий и больше нейронов (обозначено пунктирной линией)

Таким образом, исследование говорит в пользу следующих корреляций между уровнем интеллекта человека и структурой мозга: во-первых, более крупный мозг, состоящий из большего количества нейронов, обеспечивает более высокий уровень интеллекта; во-вторых, высокий интеллект обусловлен редким и хорошо организованным ветвлением дендритов, способствующим увеличению скорости обработки информации и повышению эффективности сети.

д) Закрепление изученного. Прежде чем продолжить, проверьте себя.
1. Различные теории интеллекта — это ______ . Спирмена, теория ______ и ______ мышления Гилфорда, ______ и ______ Хебба, а также модель ______ .
2. По-видимому, уровень интеллекта обусловлен организацией ______ , а также эффективностью ______ .
3. Доказательства возможности изменить «интеллект А» (по Хеббу), чтобы получить «интеллект Б», также являются доказательствами влияния ______ на организацию головного мозга.
4. Как уровень интеллекта связан с организацией мозга и мозговой деятельностью?

е) Ответы на вопросы для самоконтроля:
1. g-Фактор, или общий фактор интеллекта; конвергентного; дивергентного; «интеллект А»; «интеллект Б»; лобно-теменной интеграции интеллекта.
2. Структурная; функциональная.
3. Эпигенетических механизмов.
4. Исследования с использованием методов нейровизуализации показали, что эффективность лобно-теменных нейронных сетей коррелирует со стандартными показателями интеллекта, а исполнительные функции связаны с объемом серого вещества в височной доле. Теория лобно-теменной интеграции интеллекта гласит, что основу интеллекта составляют соединенные белым веществом специфические зоны коры больших полушарий и что индивидуальные различия в уровне интеллекта обусловлены структурными и функциональными особенностями этих зон.

- Читать далее "Сознание - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.12.2023