От чего зависит интеллект: От чего зависит интеллект — Летидор

Интеллект практически не зависит от генов :: Общество :: Газета РБК

Последовательность ДНК оказывает слабый эффект на образованность

Фото: ИТАР-ТАСС

Международная команда ученых провела исследование, которое показало, что хорошая наследственность не оказывает особого влияния на уровень интеллекта. Специалисты собрали данные о более чем 126 тыс. человек и проанализировали их геном на наличие мутаций, связанных с образованностью. Как оказалось, ни одна из мутаций значительно не влияет на уровень IQ.

Исследовательская группа изучила 2,5 млн SNP — однонуклеотидных полиморфизмов, которые представляют собой отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид. Проанализировав данные 126 тыс. человек, специалисты обнаружили, что SNP влияют на достижения в сфере образования. Однако от самого сильного SNP зависит только 0,02% интеллекта человека (один месяц образования).

Авторы исследования отмечают, что генетические варианты оказывают не такое большое влияние на достижения в образовании, как считалось ранее. Но найти эти генетические варианты важно, так как они могут объяснить многие аспекты человеческого поведения.

«Уровень образования и большинство других аспектов жизни человека зависят как от генетических, так и от внешних факторов. Наше исследование является первым шагом на пути выявления некоторых из этих генетических факторов. Однако мы пришли к выводу, что генетика является лишь маленькой частью большой головоломки», — заявил один из авторов исследования Филипп Коеллингер из голландского Университета им. Эразма Роттердамского.

Он рассказал РБК daily, что работа над исследованием началась в 2011 году и в дальнейшем специалисты планируют продолжать искать генетические варианты, которые связаны с образованием человека, используя следующее поколение генетических данных — 1000 новых геномов.

«Кроме того, мы будем использовать результаты нашего первого исследования, чтобы изучить влияние SNP в отношении таких факторов, как психическое здоровье человека», — отметил г-н Коеллингер.

По словам ведущего научного сотрудника Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН Светланы Боринской, существуют гены, которые влияют на уровень интеллекта.

«И некоторые из них уже известны — дефекты в этих генах приводят к снижению интеллекта, наследственным заболеваниям. Чтобы был высокий IQ, необходимо отсутствие в этих генах «поломок»», — отмечает она.

А вот найти гены, которые обеспечивают IQ «выше среднего», гораздо сложнее. «Ведь высокий интеллект — это результат, который обеспечивает слаженная работа многих систем организма. И можно сказать, что большая группа ученых, которые исследовали 126 тыс. человек, получила отличный результат. Не удалось найти гены, которые сильно влияют на интеллект. Нет таких генов. Есть множество генов со слабыми эффектами», — добавила г-жа Боринская.

«Гениями становятся» – Огонек № 4 (5549) от 04.02.2019

Заявление нобелевского лауреата Джеймса Уотсона о генетически обусловленной разнице в уровнях IQ между представителями разных рас вызвало дискуссию, которая выплеснулась далеко за пределы научного сообщества. «Огонек» увидел в этом повод задуматься: а насколько вообще наша жизнь предопределена нашими генами?

Как можно было ожидать, большинство расценило тезисы именитого американского биолога как безответственные и антинаучные; о давлении на ученого, посмевшего выдвинуть неполиткорректный тезис, говорило явное меньшинство. Тем не менее провозглашением той или иной позиции спор не исчерпывается. Да и вопрос явно шире: влияет ли наследственность на уровень интеллекта в принципе? И как вести исследования по острым темам, если научное сообщество подвержено давлению (а то и прессингу) политкорректной общественности? «Огонек» поговорил об этом с заведующей лабораторией анализа генома Института общей генетики РАН, доктором биологических наук Светланой Боринской.

— Светлана Александровна, на ваш взгляд, Уотсон неправ или неполиткорректен?

— Уотсон — ученый, открывший структуру ДНК (за что и получил Нобелевскую премию в 1962 году.— «О»), сделал заявление, не соответствующее результатам научных исследований. Из его слов следует, что уровень интеллекта у представителей разных рас разный. А также — что причины различия в уровне интеллекта между расами генетические. При этом он ссылался и на свои исследования, а также на работы Ричарда Линна, который занимался подгонкой данных. Так, по развивающимся странам в выборку Линна вошли результаты глухих детей, а также групп с проблемами здоровья. Если бы не это, то Линн получил бы средний IQ в африканских странах на уровне Голландии или Дании 1950-х. Что же до обусловленных генами различий в IQ, то это факт. Есть исследования, показывающие, что некоторые гены влияют на уровень интеллекта, но нет данных, свидетельствующих о различии в этих генах у представителей разных рас.

—Значит, уровень интеллекта дается нам с рождения?

— Связь генов и интеллекта не вызывает сомнений. В такого рода исследованиях приняли участие сотни тысяч человек. И было выявлено, что за IQ отвечают множество генов. Ну и, конечно, есть мутации, которые снижают уровень интеллекта: я о наследственных заболеваниях, которые сопровождаются нарушением функций мозга. К счастью, такие мутации встречаются не часто и сейчас для многих из них возможна дородовая диагностика. Очень интересный результат получен при сравнении здоровых пожилых людей с их ровесниками. Оказалось, что они отличались и генетически, и по уровню образования. В частности, среди здоровых в несколько раз больше людей с высшим образованием. При этом у них не нашли особых генов психического или соматического здоровья. Но не нашли и «вредных» вариантов генов, которые связаны с нарушениями психической деятельности. Вывод: умные и здоровые — это не те, у кого есть специальные «гены ума», а те, у кого нет вредных.

— Стало быть, гениями не рождаются?

— Мне неизвестны исследования, проводимые с гениями. Более того, в целом ряде исследований вместо измерения IQ использовался такой параметр, как «уровень образования», определявшийся по количеству лет, потраченных на учебу (окончил человек среднюю школу или еще и институт, получил ли затем ученую степень). Это позволило существенно расширить выборку — на сотни тысяч человек. Именно так были найдены гены, которые влияют на уровень образования. Правда, даже самый «сильный» из этих генов способствовал тому, что человек учился всего на три месяца дольше. Весьма слабый эффект. Не говоря о том, что такого рода исследования нуждаются в подтверждении. Но то, что отсутствие вредных мутаций облегчает людям жизнь,— факт. Как и то, что гениями становятся, и даже мутации не способны помешать этому процессу.

Кстати, если уж речь зашла о том, как повысить уровень IQ. Есть так называемый эффект Флинна: еще в 1984-м австралиец Джеймс Флинн опубликовал статью, в которой доказывал, что интеллект жителей развитых стран растет год от года и это не может быть связано с генетическими изменениями (они так быстро не появляются).

Значит, рост IQ можно объяснять улучшением образования, питания, социальных условий.

Понятно, что у людей с высшим образованием IQ выше. И социальные условия с этим связаны: выявлено, что среди факторов, влияющих на здоровье и продолжительность жизни, высокий социоэкономический статус в детстве по сравнению с низким дает прибавку в лишний год жизни. А если человек родился в нищете, а смог окончить вуз, то получал дополнительные пять лет жизни. Так что хорошее образование — это не только ступенька в карьере, но и вклад в собственное здоровье. Разумеется, речь не о бумажке-дипломе, а о развитии интеллекта, настоящих знаниях.

— Какие из мифов о предрасположенности или, напротив, неспособности представителей разных рас науке удалось развенчать?

— Наиболее известные различия между расами — цвет кожи. Он объясняет предрасположенность той или иной расы к заболеваниям. Очевидно, что риск возникновения рака кожи у светлокожих европейцев, живущих в Африке, выше, тогда как темнокожим приходится больше опасаться рахита, если они живут на севере. Светлая кожа у европейцев — результат накопления мутаций, отключивших синтез пигмента. Если бы не они, то наша кожа сегодня была бы значительно темнее и многие расовые теории просто не увидели бы свет. Но уровень интеллекта от цвета кожи не зависит. Он зависит главным образом от социоэкономических условий и уровня образования.

Так или иначе, а исследования этнических или расовых различий на любом уровне — острая тема, неизменно вызывающая дискуссии. Самое неприятное, когда результаты генетических исследований пытаются использовать, чтобы доказать, что какая-то группа людей лучше других.

— Агрессивная политкорректность не лучше. После того, как Уотсона лишили звания и должностей, возник вопрос, а не перегибает ли общество палку, требуя политкорректности от ученых?

— Да, такое давление ощутимо. Например, в США был период, когда нельзя было говорить о генетических различиях рас. Но ученые показали, что замалчивание этой темы лишает представителей разных рас, в первую очередь афроамериканцев и группы коренного населения Америки, адекватной медицинской помощи. Ведь некоторые лекарства эффективны при наличии одних вариантов генов и неэффективны при других вариантах.

Сейчас исследования генетических особенностей этнических групп именуются «изучением различий групп с разной географической локализацией».

Он такого изменения названия суть дела не меняется. Конечно, генетические различия выявлены и между людьми, издавна проживающими в разных климатических условиях, с разным типом хозяйства. Например, у жителей высокогорий распространены варианты генов, которые влияют на более эффективное использование вдыхаемого кислорода. У жителей Севера гены повышают продукцию тепла в ответ на некоторые виды пищи. У тех же жителей Севера есть тот ген, который повышает у жителей средней полосы риск возникновения болезни Альцгеймера, но у северян он таким эффектом не обладает.

А вообще, часть генетических особенностей отражает историю крупных миграций, смешения народов-предков, брачные традиции или прошлые демографические катастрофы. Часть различий — просто случайно накоплена. Острую реакцию вызывают исследования связи генов и социоэкономического статуса. Например, свидетельствующие, что связь между генами и интеллектом сильна у людей с высоким социоэкономическим статусом и низка или не выявляется при низком статусе.

Светлана Боринская, доктор биологических наук

Фото: НП , НП «Центр информационной поддержки и развития социальных программ «ИНСОЦИО»

— Получается, унаследовать высокий IQ могут только богатые?

— Нет, речь не об этом. В благоприятных условиях можно унаследовать как высокий, так и низкий уровень интеллекта. Вопрос в том, что условия позволяют проявиться или не проявиться генетическим различиям. Вспомните, в Китае когда-то были в моде маленькие ножки и девочкам с детства так туго их бинтовали, что ступни прекращали расти. То есть размер ноги зависел не от набора генов, а от того, насколько туго перебинтовали ноги. Так и с интеллектом: если среда «давит», то и с «хорошими» генами, и с «плохими» результат один — плохой. Но, возвращаясь к теме взаимосвязи между генами, IQ и социальным статусом: исследование не вызвало бы такого скандала, если бы один из исследователей не пришел к выводу, что гены напрямую влияют на социальный статус. И, как Уотсон, об этом открыто заявил.

Понятно, что такое противоречит идее всеобщего равенства и открытых возможностей, а посему ученый сразу подвергся остракизму коллег.

История была не столь громкая, как с Уотсоном, но его тоже лишили почетной должности.

— А какие еще темы в науке сегодня могут вызвать бурную реакцию общественности?

— Безопасность ГМО, необходимость вакцинации и даже происхождение человека. Да, копья по-прежнему ломают из-за дарвиновской теории естественного отбора. Приверженцы акта божественного творения обижаются на любые доказательства родства человека и обезьян. Сейчас такие доказательства получены на молекулярном уровне, при сравнении геномов человека и разных видов обезьян. Еще Дарвин говорил, что человек появился в Африке, и исследования геномов показывают, что он прав. Люди вышли из Африки примерно 70–90 тысяч лет назад. Опровергли они и длительное время существовавшее мнение, что кроманьонцы (предки современных людей.— «О») не смешивались с неандертальцами и денисовцами (далекая ветвь еще одного вида людей, жившая в районе Алтая.— «О»). Следы этого смешения найдены в ДНК жителей Евразии — обладателей генетического наследия неандертальцев. Некоторые неандертальцы, ДНК которых удалось проанализировать, видимо, были белокожими, рыжими и, возможно, с веснушками, а денисовцы — темнокожие, темноволосые и курчавые. Последние, кстати, передали тибетцам ген, позволяющий жить в условиях высокогорья.

— А как же жители Африки?

— Поскольку предки неандертальцев и денисовцев покинули Африку на несколько десятков тысяч лет раньше, то предки Homo sapiens, оставшиеся в Африке, с ними не смешивались. Но есть предположение, что жители Африки смешивались с другим видом древних людей, следы которых нашли в геномах современного африканского населения. Население Африки генетически гораздо более разнообразно, чем население Евразии и обеих Америк. Ведь это разнообразие копилось там 200 тысяч лет, а вышли из Африки относительно небольшие группы людей, которые из всего разнообразия унесли лишь небольшую часть.

Но несмотря на все открытия современной науки, неприятие того, что человек появился так же, как и другие виды в процессе естественного отбора, не уходит. Понятно, ведь и среди ученых есть верующие, а среди атеистов — сторонники инопланетного происхождения землян, ярые противники прививок и даже люди, отрицающие существование СПИДа. Некоторые соглашаются с тем, что человек произошел от обезьян, но не желают признавать его происхождение в Африке. Ищут другие прародины. Но и антропология, и генетика четко показали — наши предки возникли в Африке около 200 тысяч лет назад. Забавный эпизод был несколько лет назад на европейской конференции, когда обсуждалось происхождение человечества. Одна из политкорректных участниц спросила, не слишком ли часто упоминаются африканцы. В ответ на это известный генетик Андре Лангани вместо запланированного доклада прочел лекцию о том, что все мы исходно африканцы. Есть евроафриканцы, азиатские африканцы и афроамериканцы. Вопрос только в том, когда их предки вышли из Африки.

— Вы не находите, что общественное мнение стало резко реагировать на новости науки?

— Негативную реакцию сами по себе полученные данные вызвать не могут, если, конечно, исследования проведены корректно. Часто к негативной реакции приводит интерпретация научных исследований, противоречащая этическим нормам, или их прямое нарушение в ходе самого исследования.

Взять недавний пример с китайским ученым Хэ Цзянькуй, который, как пишут, подделал разрешение этической комиссии на эксперимент. Это грубейшее нарушение вызвало негативную реакцию в мире, тем более что речь шла о здоровье детей. Ученый попытался воспроизвести естественную мутацию — удалил фрагмент гена, который связан с восприимчивостью к ВИЧ. Такая мутация распространена в Северо-Западной Европе, из-за чего 1–2 процента русских, эстонцев, финнов не заражаются этим вирусом. При этом от невосприимчивости к ВИЧ, которая должна была стать результатом манипуляций на геноме эмбрионов, китайским девочкам ни жарко, ни холодно. Это актуально для проституток или врачей, которые могут заразиться через кровь при неаккуратном обращении с инструментами. Все остальные могут минимизировать риск заразиться хорошо известными способами. Так что проведенные над геномом девочек манипуляции не являются жизненно необходимыми, но они небезопасны.

— Выходит, науке стоит притормозить по части вмешательства в геном?

— Нужно различать нормы и запреты. Неоправданные запреты тормозят развитие науки.

И часто такие запреты объясняются приверженностью догмам, а не стремлением проявить политкорректность. Например, в нейробиологии долгое время отказывались признать, что у взрослых животных и людей образуются новые нервные клетки, что задержало развитие этого научного направления лет на десять. В России еще в 1950-х химик Борис Белоусов открыл автоколебательные химические реакции, в которых раствор веществ переходит из одного состояния в другое и обратно. Крупное открытие, оно положено в основу современного представления о ходе биологических процессов. Но в те годы отказались его публиковать, потому что редакция журнала не поверила, что такие реакции возможны.

Но и отсутствие норм регулирования самих исследований и применения их результатов тоже не способствует развитию науки. Необходима золотая середина — когда есть и обязательные нормы, защищающие общество, и свобода научного поиска.

Геномные технологии — новые, и когда они получают применение, нужно быть сверхосторожными. Требуется обязательное регулирование на уровне законов и этики. В прошлом году Российский фонд фундаментальных исследований поддержал более 40 проектов, которые будут работать над правовыми аспектами геномных исследований. И во всем мире, где такие исследования проводятся, есть нормативы, как их проводить. Генетические технологии, затрагивающие интересы и здоровье людей, должны применяться не по желанию ученого, а по решению общества и государства. И подчас такие решения могут быть ошибочными: именно так обстоят дела в России с запретом на ГМО, который, по моему мнению, избыточен и вреден для науки. Но раз запрет существует, он должен выполняться. Правда, ученый мир надеется, что его все же снимут. Нормы и законы возникают из обсуждений что называется всем миром, в которых участвуют и ученые, и журналисты, и законодатели, и представители общественных и религиозных организаций, и просто широкая публика. Такие встречи необходимы — надеюсь, что и наш разговор поможет пониманию этих важных вопросов.

Беседовала Светлана Сухова

Что такое интеллект и можно ли получить его по наследству — Нож

Интеллект — только часть разума: разум есть у всех, а интеллект отличает людей друг от друга, это часть нашей индивидуальности. Исследуют его сразу в нескольких направлениях: о чем мы говорим, когда говорим об интеллекте? как мы пытаемся измерить это «что-то»? насколько сильно «оно» нас отличает друг от друга? где в головном мозге прячется? Наследуем ли мы его от родителей или можем его развивать?

Строго говоря, интеллект — не свойство, а сумма свойств: способность осознать, понять, обдумать, запомнить, потом вспомнить, сделать вывод, экстраполировать или связать с чем-то абсолютно другим…

Человек, который хорошо всё это умеет, может стать ученым или продажным политиком, но для начала — научиться читать.

Что такое интеллект

Теория интеллекта, которую наука применяет сейчас, базово появилась более 100 лет назад.

Англичанин Чарльз Спирмен эмпирически высчитал, что люди, которые преуспевают в одном виде задач на интеллект, обычно хороши и в других.

Эти виды задач на интеллект по Спирмену — s-фактор, special — фактор специфических способностей: логика, пространственное мышление и т. д. А «интеллект в целом» он окрестил g-фактором, от “general”. Сам по себе g-фактор не измеряют, он — статистическая закономерность, расположенная на перекрестье когнитивных навыков; как оказалось, между ними очень высокая корреляция. То есть если человек в одном из когнитивных навыков бог, он и в других неплохо себя покажет. Измерение корреляции от −1 до 1, то есть коэффициент ранговой корреляции тоже изобрел Спирмен.

Некоторые ученые ворчат, что это как-то слишком просто, но последующие исследования по большей части соглашаются с идеей о g-факторе. Например, в 2004 году ученые применили вывод Спирмена к данным 436 людей, прошедших три разных серии тестов на интеллект, и получили корреляцию когнитивных навыков почти в единицу величиной.

В XX веке Реймонд Бернард Кеттел и Джон Леонард Хорн разрабатывают теорию «подвижного и кристаллизированного интеллектов», Gf—Gc. Подвижный интеллект — это способности в чистом виде: умение наблюдать, обобщать, обучаться, делать выводы… Кристаллизированный — накопленные знания и опыт. Вместе они, с точки зрения Кеттела и Хорна, составляют тот самый g-фактор.

Похожую схему предлагает Пауль Балтес, исследуя, как можно компенсировать умственное старение. Он выделяет механизмы интеллекта «когнитивные», биологические (например, зрительная и моторная память) — и «прагмативные» (образование, умение читать, писать и понимать речь). Первые полностью зависят от биологии, но их возрастное угасание помогут заместить вторые.

По Балтесу, старость — не причина весело упасть в маразм; «прагмативные» механизмы можно задействовать, компенсируя упадок «когнитивных». Он приводит в пример машинисток: те, что постарше, медленнее печатают, если им диктовать по букве… но быстрее читают текст, который нужно напечатать. В итоге разницы в процессе работы — никакой.

Еще немного размышлений о природе интеллекта подвез Джон Кэррол. Он предположил, что интеллект — это трехэтажная конструкция, пирамида, которую венчает фактор g. По существу, Кэррол разработал единую иерархию интеллекта.

Согласно его теории, в фактор g входит восемь «широких» когнитивных способностей. Две из них, подвижный и кристаллизированный интеллекты Кеттела и Хорна, мы уже знаем. А есть еще шесть. Среди них, например, визуальное восприятие, высокая способность к поиску, высокая скорость обработки информации. В основание пирамиды интеллекта легли «узкие» способности, которых невероятно много. Так, для высокой скорости обработки информации «узкие» способности — это скорость восприятия, скорость и свобода чтения и письма.

Сейчас CHC-теория, интегрированная теория Кеттела с Хорном и Кэррола (CHC = Кеттел — Хорн — Кэррол) — базовая теория интеллекта. И при этом не единственная. Например, в модели g-VPR на один слой больше, чем в теории Кэррола.

По мнению авторов, стоит выделить способности вербальные, к восприятию и к трактовке изображений, а из них уже следуют «широкие» когнитивные способности. При этом корреляция между этими тремя не так сильна: человек может показывать высокие способности в одном и низкие в двух других.

Есть еще теория множественных интеллектов Говарда Гарднера. Он отрицает g-фактор, а взамен насчитывает восемь «интеллектов». В них входит, например, народный русский интеллект — внутриличностный: способность к рефлексии и самоанализу. Позже Гарднер застенчиво предложил добавить еще девятый — экзистенциальный — интеллект. Это умение размышлять о бытии и ничто, дар философа или хотя бы директора по стратегии.

Как передают интеллект

Нет и не может быть одного-единственного гена, который кодировал бы интеллект и в теории мог бы передаваться или не передаваться ребенку от родителей. Да, интеллект — полигенный признак. Его составляющие, когнитивные навыки, тоже. Ткнуть пальцем и крикнуть: «Во, интеллект!» — не выйдет. Мы видим лишь частности: так, наблюдается связь между скоростью восприятия и IQ через общие генетические признаки. А ген FNBP1L связывают с и детским, и со взрослым интеллектом.

Наследуемость интеллекта изучали на семьях, на близнецах, на сиблингах (братьях и сестрах), в частности на усыновленных, а теперь еще на огромных массивах данных. Так, исследование интеллекта 2011 года было проведено на данных 3511 взрослых. Было изучено 549 692 снипа — однонуклеотидного полиморфизма (то есть отличия в ДНК в размере в один нуклеотид).

По итогам исследования 40 % вариаций «кристаллизированного» и 51 % вариаций «подвижного» интеллектов действительно связано с генетикой, то есть интеллектуальные различия частично обусловлены вариациями генов.

При этом авторы полагают, что индивидуальные эффекты конкретных снипов слишком малы, чтобы быть значимыми на уровне геномов, поэтому для их выявления нужна очень, очень большая выборка. Ученые всё ближе подбираются к ней. Так, в исследовании 2018 года исследуется уже 248 482 человека; 187 новых геномных локусов, 538 генов, связанных с интеллектом… Роскошно.

На протяжении жизни интеллект плюс-минус стабилен, если сделать поправку на маразм — спасибо исследованию интеллекта, которое испытуемые прошли дважды, в 11 лет и в 77.

Уровень наследуемости интеллекта при этом линейно варьируется из года в год: от 20 % наследуемости в детстве до 60 % во взрослом и 40 % в подростковом возрасте. С возрастом наши генетические различия всё сильнее определяют наш интеллект, а влияние окружающей среды сходит на нет.

Раньше в науке преобладал взгляд, по которому ребенка формировало окружение, какое бы ни дали. Теперь ученые полагают, что мы, становясь старше, начинаем сами создавать для себя среду, которая коррелирует с генетическими наклонностями, и интеллектуально меняться в соответствии с ней.

Раньше считалось, что, если профессоренка растить в хлеву среди поросят, точно вырастет кабан. Теперь выходит, что профессоренок, взрослея, будет устраивать вокруг университет, хотя ни разу аспиранта-то не видел.

То, что ты унаследовал от родителей, стало твоим собственным, лично выбранным.

Высокий интеллект напрямую связан с образованием. Образование, в свою очередь, — со здоровьем и жизнью: хуже образованные люди умирают раньше. А высокий интеллект и надежность обещают долголетие.

Параллельно умнеет всё человечество, это называется «эффектом Флинна». Именно Джеймс Флинн открыл, что за период с 1932 до 1978 года средний американец поумнел на 13,8 пункта IQ, а затем проверил, как с этим в других странах. Оказалось, тоже растет. Или рос тогда: сейчас эксперты предполагают, что в XXI веке IQ будет развиваться неравномерно. В регионах, где этот показатель в среднем невысок, он вырастет на 6–7 пунктов, но на Западе прибавит не больше одного, а в США вообще упадет на 0,45 пункта.

Как ваяют интеллект

Гены могут сказаться на интеллекте и неожиданным образом: получил от родителей наследственную склонность к алкоголю — при неудачном раскладе реализовал ее — пропил все мозги. Но валить всё на мамку не надо. Наследственность — это еще не всё.

Играет роль в формировании интеллекта и еда. Например, Ричард Линн, исследуя эффект Флинна, объяснял его доступностью пищи: беременные и дети питаются лучше, чем раньше, — вот IQ и увеличивается. Верно и обратное.

В тесте на интеллект дети, родившиеся с недовесом, по четырем из пяти параметров теста показали результаты хуже обычных детей. Ребенок действительно должен есть, чтобы развиваться. Бабушка была права!

А вот по грудному вскармливанию пока непонятно. В одном из исследований дети с аллелью G в гене FADS2 не показали прироста IQ от материнского молока, а у младенцев с аллелью C он вырос. Но последующие исследования роль FADS2 и вообще грудного вскармливания в развитии интеллекта не подтверждают.

Исследуя влияние питания грудью на IQ, исследователи делают поправку на образование матери. Дело в том, что это сам по себе значимый фактор (здесь и далее предлагается не забывать о сильной положительной корреляции образования и интеллекта). Пару лет назад газеты даже утверждали, что именно от материнского интеллекта зависит интеллект ребенка. Относилось это в основном к мальчикам. Мол, гены, отвечающие за интеллект, расположены на X-хромосоме, а дети получают ее от матери. Раз девочки наследуют X от мамы и X от папы, а у мальчиков X только от мамы, мальчики ровно так же умны, как их мамы. Новость оказалась фейком.

Но то, кто родители ребенка и как они живут, действительно важно для его интеллекта. Образование матерей сказывается на школьных успехах детей. Это распространяется не исключительно на мать, но на значимого взрослого — того, который в основном возится с младенцем.

Влияет на развитие когнитивных навыков ребенка время, которое мать проводит с ним в детстве. Отражается на интеллекте, образовании и успехах образование родителей — причем отражается в течение всей жизни. Исследование начала века Бетти Харт и Тодда Рисли о «тридцатимиллионном разрыве» утверждает: дети из бедных семей к трем годам слышали в среднем на 30 000 000 слов меньше, чем дети из обеспеченных семей. Наш словарь — это и словарь наших родителей… но наследственность тут ни при чем.

Мы могли бы верить в тренировки когнитивных навыков, но пока не видно, чтобы они давали однозначный результат. Кроме одного: к 2020 году индустрия приложений и программ по «тренировке мозгов» превысит 6 млрд долларов.

Так что если кто хочет раскладывать пасьянсы, пусть раскладывает. А тот, кто хочет запомнить что-то, пусть это учит, а не надеется на свой опыт раскладывания пасьянсов: специальные игры тренируют только навык игры, разгадывание судоку — только навык разгадывания судоку и т. д.

Как рассматривают интеллект

В своих исследованиях Флинн использовал тест Стэнфорда — Бине. Это первый тест на измерение интеллекта. Альфред Бине разработал его для проверки школьников. Усовершенствовал тест Лев Термен из Стэнфорда, отсюда и название. Бине рассчитывал, что можно будет вовремя скомпенсировать детей с недостаточным развитием и вернуть в стандартные классы, а вот Термен был пессимистичен и надеялся отделить асоциальные элементы от прочих. Он обрисовывает детей, которым потребуются специальные классы и методики, как «все трудные случаи: слабоумные, физически неполноценные, просто отсталые, прогульщики». Он же замечает, что тесты на интеллект позволяют определить связь умственной отсталости с деликвентностью и заранее оградить общество от таких детей.

Делинквентное поведение — антиобщественное противоправное поведение, наносящее вред как отдельным гражданам, так и обществу в целом.

Тревога Термена за бедное общество, которое обидят глупые дети, демонстрирует потенциальную проблему всех исследований IQ разом.

Вот мы поймем всё об интеллекте. Мы будем точно его измерять, будем знать его природу. Эти знания помогут работать как с одаренностью, так и с умственными нарушениями. Или разрушить мир, каким мы его знаем.

С одной стороны, условные ультраконсерваторы смогут подхватить на знамя евгенику. Как позитивную — размножать умных, так и негативную — превентивно давить глупых. А не то мы, мол, получим мир «Идиократии».

С другой, общество не так давно согласилось принимать в расчет генетику. Исследователи Роберт Пломин и Йан Дж. Дири пишут:

«Битва за возможность утверждать, что различия между людьми наследуются, не так давно отгремела в психиатрии, чуть позже в психологии и до сих пор продолжается в сферах вроде образования».

В 1960-е годы научная среда в очередной раз обсуждает, чтó всё-таки формирует человека, окружающий мир или наследственность. В 1969 году Артур Дженсен публикует в Harvard Educational Review статью об IQ и школьной программе раннего образования. В ней он последовательно заявляет, что:

1. Интеллект наследуется.
2. В среднем афроамериканцы хуже показывают себя в тестах на абстрактное мышление и невербальных тестах, даже тех, что позиционируются «свободными от культурных предрассудков».
3. Никто еще экспериментально не доказал, что интеллектуальные способности белого и черного детей можно уравнять, если обеспечить им равное образование и окружение.
4. И вообще у афроамериканских детей хорошего социального статуса IQ в среднем на 2,6 пункта ниже, чем у белых детей низкого социального статуса, то есть дело не в бедности.

В общем, Дженсен погулял на всё. Тогда, конечно, не сейчас, но шины ему прокололи, угрозы отправляли, уволить требовали. Хотя он и говорил, что его неверно поняли. Артур Дженсен ошибся. Он воспользовался неверными источниками данных.

Но ученые, исследующие интеллект, всё еще ходят по тонкому льду: можно найти такое, от чего не отмахаться фенотипической тряпкой. Неважно, будет результат ангажирован группой А, группой Б или, может, корпорации пожертвовали на исследование пачку долларов — и его выводы вдруг оказались в 4–8 раз выгоднее для них, чем в независимых исследованиях.

Научный журналист Оливия Голдхилл цитирует Саскию Селзам, исследователя поведенческой генетики в Королевском колледже (Лондон):

«С точки зрения „левых“ все рождаются одинаковыми, и каждый может достигнуть того же, чего достигли другие. Генетические исследования показывают, что это не так».

Среда заедает или гены гнилые? Казалось бы, нет разницы, кто виноват, мы и так знаем, что делать: создавать благоприятную среду, ведь генетическая склонность к чему угодно — не приговор, а повышенная вероятность. Но там, где мы говорим об интеллекте, мы говорим о равенстве. Заслуживают ли одни люди больше шансов, чем другие? Почему я так стараюсь, а он всё равно умнее? Мама, мне поставили два, но я не дура, правда, не дура.

Интеллект остается самой лучшей, драгоценнейшей человеческой индивидуальностью. А правят им эмоции.

В прошлом году тролли из Иллинойского университета в Чикаго провели исследование, дав консерваторам и либералам почитать научные исследования с цифрами, но без их интерпретации. Оказалось, что консерваторы и либералы проделали один и тот же фокус: сделали выводы в пользу своих убеждений и отринули те, что противоречат им.

Мы думаем то, во что верим, и верим в то, что думаем. Да еще передаем это своим детям.

9 главных факторов для развития интеллекта у детей

Чтобы приступить к раскрытию темы развития интеллекта у детей, следует понять суть самого определения. Интеллект означает ощущения, восприятие, понимание, качества психики и способность адаптации к возникающим жизненным ситуациям, а также умение использовать свои знания для управления окружающей средой.

Как развить интеллект у ребенка?

Фактор первый. Следует запомнить, что особенно интенсивно интеллект человека развивается в возрасте от двух до двенадцати лет. А это значит, что именно этот период наиболее благоприятен для обучения и расширения уровня познания в любых сферах.

Фактор второй. У ребенка, который растет в эмоционально положительной среде, уровень интеллекта непрерывно повышается. Следовательно, если окружить ребенка благоприятной атмосферой и обеспечить ему возможность всестороннего развития, интеллект будет развиваться вместе с ним.

Фактор третий. Мозг во многом подобен мышцам: чем усерднее его тренировать, тем больше становятся его возможности. Если ребенок будет познавать каждый день что-то новое, уровень мышления непременно будет повышаться.

Фактор четвертый. Лучший способ развивать интеллект – заниматься незнакомой деятельностью. Поэтому наряду с повторением того, что ребенок уже знает, необходимо постоянно осваивать что-то новое.

Фактор пятый. Исследования показали, что состав музыкальных произведений Моцарта активизирует познавательные функции мозга. Имеется в виду, что просто слушая Моцарта десять минут в день, можно значительно повысить интеллект не только ребенка, но и родителей. Уделяйте занятиям музыкой ежедневное внимание.

Фактор шестой. Чем более высокий уровень образования получает ребенок, тем ниже процент вероятности возникновения заболеваний головного мозга. Медицина утверждает, что интеллектуальное развитие влияет на развитие мозговой ткани таким образом, что новые клетки заменяют умирающие.

Фактор седьмой. IQ (коэффициент интеллекта) человека среднего уровня колеблется от 100 до 120 баллов, при этом интеллектуально развитый индивидуум имеет показатель 130 баллов, но только один из 50 может похвастаться таким высоким показателем. Отметку IQ 145 баллов получают высокоинтеллектуальные люди, их число равно примерно одному из тысячи. Людей с показателем интеллектуально коэффициента 160 и выше лишь один на миллион. А уровня 175 и более может достичь один человек из трех миллионов.

Фактор восьмой. Образ жизни, который обеспечивают родители своему ребенку, также сильно влияет на развитие интеллекта. Экологические факторы, питание, токсины, которые атакуют человека с момента внутриутробного развития и на протяжении всей жизни – все это влияет на человеческий мозг.

Фактор девятый. Весьма пагубно на интеллект ребенка влияет курение родителей. Особенно вредно действует на развитие мозга плода курение беременной женщины. Но и уже родившемуся ребенку сигаретный дым, естественно, небезразличен.

Исходя из вышеперечисленного, родителям следует сделать правильный выбор сейчас, чтобы потом не было поздно

Интеллект в пожилом возрасте — Senior Group

Принято считать, что в старости интеллектуальные способности неизбежно снижаются. Однако это не всегда так. Рассмотрим, каковы особенности интеллекта в пожилом возрасте, и можно ли сохранить умственные способности в старости.

От чего зависит уровень интеллекта в старости?

Многочисленные исследования социологов и врачей убедительно доказали, что у пожилых людей, не нуждающихся в лечении в психиатрических домах престарелых, уровень интеллекта в пожилом возрасте не снижается.

Исследования также показали, что уровень интеллекта, который сохраняется до пожилого возраста, зависит, во-первых, от уровня образования, а во-вторых, от профессиональной квалификации. Люди, которые в течение жизни постоянно занимаются самообразованием, сохраняют высокий уровень интеллекта.

Еще один важный фактор, способствующий поддержанию нормальных интеллектуальных способностей, — это среда, в которой живет пожилой человек. Нормальные, здоровые условия способствуют сохранению подвижности ума и здоровью психики, в то время как люди, живущие в так называемых «тепличных» условиях, приводит к пассивности и ригидности. Самостоятельность и активность – это главные факторы, поддерживающие высокий жизненный тонус.

Также чтение литературы, решение задач, изучение языков способствуют постоянно работе ума и способствуют развитию интеллектуальных способностей.

Ученые утверждают, что интеллектуальные способности не только не затухают в пожилом возрасте, а наоборот могут стать лучше. Так, например, способности к абстрактным наукам и философии возрастают к 60-80 годам. Подтверждением этому служат труды многих великих ученых и философов.

Как тренировать интеллект?

Итак, можно сделать вывод, что интеллектуальный труд в течение жизни, самосовершенствование, а также самообразование – это гарантия сохранности умственных способностей в течение всех жизни. Известно, что если мышцы не разрабатывать, они постепенно атрофируются. Это же касается и интеллекта. Если клетки мозга «не работают», необходимость в них отпадает, и они начинают постепенно отмирать.

Умственные нагрузки в пожилом возрасте должны быть построены определенным образом. Известно, что в пожилом возрасте лучше работает не механическая, а систематическая память, поэтому престарелым людям можно рекомендовать не заучивать что-либо наизусть, а пытаться выделить суть событий, явлений, прочитанных книг.

Если пожилой человек занимается умственной деятельностью в течение длительного времени, ему требуется отдых. Раз в час или два рекомендуется делать перерывы, гулять на свежем воздухе, общаться.

Пожилые люди, которые живут в пансионате для престарелых, также имеют возможность тренировать свой интеллект. Во-первых, они имеют возможность читать, общаться друг с другом, заниматься интеллектуальной деятельностью. Также они участвуют в самодеятельности, что немало способствует возвращению бодрости и подвижности психики.

Как утверждают ученые интеллектуальные способности в старости – это не данность, которую невозможно изменить. Это то, что зависит от самого человека, от его желания сохранять активность, быть самостоятельным вести полноценную жизнь.

13 признаков, что вы умнее, чем думаете — Work.ua

Любопытство, открытость и даже привычка откладывать дела на потом. Что еще характерно для умных людей, — читайте в этой статье.

Каждый хочет казаться скромным «Кто умный, я? Нет, просто у меня хорошо получается разгадывать кроссворды». Но если вы действительно гениальны или умнее среднестатистического человека, вы не должны этого стесняться. Наоборот, вы заслуживаете, чтоб об этом все знали.

Work.ua публикует 13 распространенных признаков высокого интеллекта, которые подкреплены научными исследованиями.

1. Вас не так легко отвлечь

Люди, которые умеют сосредотачиваться на каком-то деле в течение длительного отрезка времени и способны игнорировать отвлекающие факторы, отличаются незаурядным умом. Доклад, опубликованный в журнале Current Biology в 2013 году, это подтверждает.

В документе описываются исследования, в ходе которых удалось установить, что люди с более высоким уровнем IQ практически не обращают внимание на происходящее вокруг. Скорее всего, так происходит потому, что они сосредоточиваются на самой важной информации и второстепенную отфильтровывают.

2. Вы сова

По словам ученых, чем позднее вы ложитесь спать и встаете утром, тем вы умнее.

В одном из исследований, опубликованном в 2009 году в журнале «Personality and Individual Differences», рассматривалась связь между IQ и привычками сна среди тысяч молодых людей. Участники, которые были умнее своих сверстников, говорили, что они засиживались до самой ночи и просыпались поздно как в будни, так и на выходных.

Другое исследование изучало около 400 военнослужащих военно-воздушных сил США. Полученные результаты были аналогичными.

3. Вы быстро приспосабливаетесь

Умные люди более гибки и способны адаптироваться к любым жизненным условиям. Они могут найти выход из самой сложной ситуации.

Исследования по психологии поддерживают эту идею. Наш интеллект зависит от способности менять поведение, чтобы эффективнее справляться с внешними трудностями или вносить изменения в среду, в которой мы находимся.

4. Вы понимаете, сколько всего еще не знаете

Умные люди не боятся говорить «Я не знаю». Ведь если такие умники чего-то не знают, они могут этому научиться.

Наблюдение подкрепляется классическим исследованием Джастина Крюгера и Дэвида Даннинга. Ученые установили: чем ниже у человека интеллект, тем больше он переоценивает свои познавательные способности.

Например, в ходе одного эксперимента студенты, которые получили низкие баллы по тесту, почти в два раза переоценили количество правильных ответов, данных ими. А вот участники-отличники, наоборот, занижали свои прогнозы.

5. Вы ненасытны в своем любопытстве

Альберт Эйнштейн сказал: «У меня нет особых талантов. Я просто безумно любопытен». Действительно, умные люди восхищаются тем, что другие воспринимают как должное.

В 2016 году обнародовано исследование, установившее связь между детским интеллектом и открытостью к опыту в более взрослом возрасте.

В течение 50 лет ученые наблюдали за определенной группой людей, которые родились в Великобритании, и обнаружили, что дети с высоким IQ спустя годы проявляли большее интеллектуальное любопытство.

6. Вы открыты

Умные люди всегда открыты для новых идей, возможностей и альтернативных решений, они не пренебрегают мнением других, даже если оно отличается от их собственного.

Ученые-психологи утверждают, что открытые люди ищут альтернативные точки зрения и справедливо взвешивают все доказательства. И, как правило, они лучше сдают экзамены и тесты на проверку интеллекта.

В то же время такие люди ничего не принимают на веру. Чтобы принять ту или иную идею, им нужны доказательства.

7. Вам не скучно наедине с собой

Умные люди склонны к индивидуализму. Исследования показывают, что такие личности получают меньше удовольствия от общения с друзьями, чем большинство людей.

8. У вас высокий уровень самоконтроля

Умные люди способны преодолевать импульсивность. Делают они это путем планирования, уточнения целей, изучения альтернативных стратегий и учета последствий.

Ученые нашли связь между самоконтролем и интеллектом. В 2009 году они провели исследование, участникам которого предложили выбрать между двумя финансовыми наградами: небольшой суммой сразу или более крупной выплатой, но чуть-чуть позже.

Результаты показали, что участники, которые выбрали второй вариант и проявили большее самообладание, лучше других выполняли тесты на проверку интеллектуальных способностей.

Исследователи утверждают, что это все «дело рук» передней префронтальной коры головного мозга. Именно она помогает людям решать сложные задачи и демонстрировать самообладание при достижении целей.

9. Вы обладаете блестящим чувством юмора

Ученые из университета Нью-Мексико провели исследование и обнаружили: люди, которые писали смешные сценарии к мультфильмам, отличались высоким уровнем вербального интеллекта.

Другое исследование показало, что профессиональные комики по сравнению со среднестатистическими людьми обладают более высоким IQ.

10. Вы чутко реагируете на переживания других

Умные люди чувствуют, что думают и ощущают другие. Некоторые психологи утверждают, эмпатия является едва ли ни самым главным компонентом эмоционального интеллекта. Эмоционально интеллектуальные люди, как правило, больше заинтересованы в общении с новыми людьми, чтобы лучше их узнать.

11. Вы можете связать, казалось бы, несвязанные понятия

Люди с высоким интеллектом способны видеть то, что недоступно другим, и проводить параллели между идеями, которые не совсем связаны между собой. Вы думаете, что нет никакой связи между сашими и арбузом? Ошибаетесь, их обычно едят сырыми и холодными.

Журналист Чарльз Дахигг утверждает, что установление подобного рода связей является отличительной чертой творческого начала, которое может быть тесно связано с интеллектом.

12. Вы откладываете на потом

Умные люди склонны к прокрастинации. Они откладывают выполнение мелких дел до лучших времен и работают над самыми важными. Но некоторые ученые утверждают, что умники могут игнорировать даже приоритетные задачи.

Психолог Адам Грант предполагает, что промедление — ключ к инновациям. Например, Стив Джобс также использовал такую стратегию.

13. Вы задумываетесь над глобальными вопросами

Умные люди много размышляют над смыслом жизни и Вселенной. Они всегда спрашивают: «В чем смысл всего?»

Эта экзистенциальная путаница может быть одной из причин, почему высокоинтеллектуальные люди склонны к беспокойству. Любую ситуацию они видят с разных сторон и способны прогнозировать, что может пойти наперекосяк.

По материалам Business Insider

Читайте также

Чтобы оставить комментарий, нужно войти.

Можно ли унаследовать ум

Среда воздействует множеством хитроумных способов, но некоторые сильные влияния оказались для ученых понятнее остальных. Если будущая мать много пьет во время беременности, то употребляемый ею алкоголь способен помешать росту нейронов, что может привести к фетальному алкогольному синдрому. После рождения мозг ребенка продолжает быстро расти и поэтому остается очень уязвимым для токсинов, подобных свинцовым белилам. Иногда враги интеллекта объединяются, чтобы посеять хаос.

В 1999 году Бренда Эскенази вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли отправилась в сельские общины долины Салинас, чтобы оценить, как распыляемые на полях пестициды влияют на интеллект. В семилетнем возрасте самые низкие результаты в тесте на интеллект получили дети матерей с самым высоким уровнем пестицидов в моче и крови. Эскенази также обнаружила, что бедность, насилие и подобные им негативные факторы усугубили влияние пестицидов. Однако воздействие окружающей среды не исчерпывается снижением интеллектуальных способностей. При определенных обстоятельствах она может повысить их.

Оказывается, один из самых простых способов это сделать — добавить нам йода. Йод необходим, чтобы щитовидная железа могла нормально производить гормоны. Нехватка этого элемента приводит к ряду заболеваний, в том числе к опуханию шеи, называемому зобом. Кроме того, она может привести к кретинизму, при котором наблюдается карликовость и тяжелая умственная отсталость. В норме гормоны щитовидной железы беременной матери попадают в мозг плода, где помогают нейронам занять правильное положение. Если у матери дефицит йода, вырабатывается меньше гормонов, и в результате мозг плода не развивается должным образом. Мы можем поддерживать нужный уровень этого элемента, получая его с пищей.

Морепродукты — отличный источник йода, потому что в морской воде его много. Мясо и молоко тоже могут быть хорошими его источниками, но только если получены из тех районов, где почва богата йодом. Однако треть мирового населения живет в областях с высоким риском нехватки этого элемента. Чтобы обеспечить людям нужный уровень йода, достаточно добавлять его в соль. Когда в первой половине XX века это начали делать в США и других странах, встречаемость и зоба, и кретинизма стала снижаться.

Исследователи понимают, что на интеллект влияют не только молекулы, попадающие в мозг, поэтому изучают и другие возможные причины. Наше поведение формируется нашим опытом, особенно тем, который мы получаем, контактируя с другими людьми. Например, в результате вербального общения с родителями у нас формируется словарный запас. За последнее столетие в мире значительно снизился уровень рождаемости. В небольших семьях дети имеют возможность больше слушать своих родителей. Учеба в школе также влияет на результаты тестов на интеллект.

За прошедшее столетие мир стал выше и умнее, но такое возрастание не было вызвано изменениями в наших генах. И все же наследственность не перестала играть свою роль. Дети, которые по генетическим причинам плохо читают, могут избегать книг и не получать пользы от их прочтения. Ребенка, который научился быстро решать математические задачи, учитель может поощрять решать их еще и еще. По мере взросления у детей появляется все больше возможностей выбирать среду, подходящую их интеллекту. Нам кажется, что окружающая среда — это просто физические условия вокруг нас типа жары или холода, наличия определенных веществ и пищи. Но мы, люди, способны выстраивать свою собственную окружающую среду из слов и чисел.

Интеллект определяется генетикой?: MedlinePlus Genetics

Как и большинство аспектов человеческого поведения и познания, интеллект представляет собой сложную черту, на которую влияют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды.

Интеллект сложно изучать, отчасти потому, что его можно определять и измерять по-разному. Большинство определений интеллекта включают способность учиться на опыте и адаптироваться к меняющимся условиям. Элементы интеллекта включают способность рассуждать, планировать, решать проблемы, абстрактно мыслить и понимать сложные идеи.Многие исследования полагаются на показатель интеллекта, называемый коэффициентом интеллекта (IQ).

Исследователи провели множество исследований, чтобы найти гены, влияющие на интеллект. Многие из этих исследований были сосредоточены на сходствах и различиях IQ в семьях, особенно на приемных детей и близнецов. Эти исследования показывают, что генетические факторы лежат в основе примерно 50 процентов разницы в интеллекте людей. В других исследованиях изучались вариации во всех геномах многих людей (подход, называемый общегеномными ассоциативными исследованиями или GWAS), чтобы определить, связаны ли какие-либо определенные области генома с IQ.Эти исследования не выявили окончательно какие-либо гены, которые играют важную роль в различиях интеллекта. Вполне вероятно, что задействовано большое количество генов, каждый из которых вносит лишь небольшой вклад в интеллект человека.

На интеллект также сильно влияет окружающая среда. Факторы, связанные с домашней средой ребенка и его воспитанием, образованием и доступностью учебных ресурсов, а также питанием, среди прочего, — все это способствует развитию интеллекта. Окружающая среда и гены человека влияют друг на друга, и бывает сложно отделить влияние окружающей среды от воздействия генетики.Например, если IQ ребенка аналогичен IQ его или ее родителей, связано ли это сходство с генетическими факторами, передаваемыми от родителей к ребенку, с общими факторами окружающей среды или (что наиболее вероятно) с комбинацией обоих? Ясно, что факторы окружающей среды и генетические факторы играют роль в определении интеллекта.

Статьи в научных журналах для дальнейшего чтения

Уважаемый IJ. Интеллект. Curr Biol. 2013 августа 19; 23 (16): R673-6. DOI: 10.1016 / j.cub.2013.07.021. PubMed: 23968918.Полный текст доступен бесплатно от издателя: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982213008440

Уважаемый И.Дж., Джонсон В., Хулихан Л.М. Генетические основы человеческого интеллекта. Hum Genet. 2009 июль; 126 (1): 215-32. DOI: 10.1007 / s00439-009-0655-4. Epub 2009 18 марта. Обзор. PubMed: 19294424.

Пломин Р., Уважаемый И.Дж. Различия в генетике и интеллекте: пять специальных выводов. Мол Психиатрия. 2015 Февраль; 20 (1): 98-108. DOI: 10.1038 / mp.2014.105. Epub 2014 16 сентября. Обзор.PubMed: 25224258. Полный текст доступен бесплатно в центре PubMed: PMC4270739.

Sternberg RJ. Интеллект. Диалоги Clin Neurosci. 2012 Март; 14 (1): 19-27. Рассмотрение. PubMed: 22577301. Полный текст доступен бесплатно в центре PubMed: PMC3341646

границ | Гены, клетки и области интеллекта

Что такое интеллект?

Интуитивно все мы знаем, что значит быть умным, хотя определения интеллекта могут быть самыми разными. Это то, что помогает нам планировать, рассуждать, решать проблемы, быстро учиться, думать на своих ногах, принимать решения и, в конечном итоге, выжить в быстром современном мире.Чтобы выявить эту неуловимую черту, были разработаны когнитивные тесты для измерения производительности в различных когнитивных областях, таких как скорость обработки и язык. Очень скоро стало ясно, что результаты различных когнитивных тестов сильно коррелированы и порождают сильный общий фактор, лежащий в основе различных способностей — общий интеллект или показатель Спирмена g (Spearman, 1904). В настоящее время одним из наиболее часто используемых тестов для оценки г Спирмена является интеллектуальная шкала Векслера для взрослых (WAIS).Этот тест объединяет результаты нескольких когнитивных тестов в одном измерении — полномасштабной оценке IQ.

Могут ли тесты измерять интеллект человека и имеет ли смысл выражение его одним числом — оценкой IQ? Несмотря на критику этого редукционистского подхода к интеллекту, тесты доказали свою значимость и актуальность. Во-первых, результаты тестов на IQ сильно коррелируют с жизненными результатами, включая социально-экономический статус и когнитивные способности, даже при измерении в раннем возрасте (Foverskov et al., 2017). Растущая сложность и зависимость общества от технологий предъявляют все более возрастающие когнитивные требования к людям практически во всех аспектах повседневной жизни, таких как банковское дело, использование карт и графиков движения транспорта, чтение и понимание форм, интерпретация новостных статей. Более высокий интеллект предлагает множество, казалось бы, небольших преимуществ, но они накапливаются, чтобы влиять на общие жизненные шансы людей (Gottfredson, 1997). Они благоприятны для социально-экономического статуса, образования, социальной мобильности, производительности труда и даже для выбора образа жизни и долголетия (Lam et al., 2017).

Во-вторых, интеллект оказывается очень устойчивой чертой от юного до пожилого возраста у одного и того же человека. В большом лонгитюдном исследовании английских детей наблюдалась корреляция 0,81 между интеллектом в 11 лет и результатами национальных тестов образовательных достижений 5 лет спустя. Этот вклад интеллекта был очевиден во всех 25 академических дисциплинах (Deary et al., 2007). Даже в гораздо более старшем возрасте интеллект остается стабильным: один тест общего интеллекта, сделанный в возрасте 11 лет, сильно коррелировал с результатами теста в возрасте 90 лет (Deary et al., 2013).

Наконец, одним из самых замечательных результатов исследований близнецов является то, что наследуемость интеллекта чрезвычайно велика, в диапазоне 50–80%, даже достигая 86% для вербального IQ (Posthuma et al., 2001). Это делает человеческий интеллект одной из наиболее наследуемых поведенческих черт (Plomin, Deary, 2015). Более того, с каждым поколением ассортативное спаривание вносит дополнительную генетическую изменчивость в популяцию, способствуя этой высокой наследуемости (Plomin and Deary, 2015).

Таким образом, несмотря на неуловимость определения, интеллект лежит в основе индивидуальных различий между людьми.Его можно измерить с помощью когнитивных тестов, и результаты таких тестов доказали свою достоверность и актуальность: показатели интеллекта стабильны в течение долгого времени, показывают высокую наследуемость и предсказывают основные жизненные результаты.

Биологические основы интеллекта: взгляд на весь мозг

Чем больше мозг, тем умнее?

Вопрос, который волновал ученых на протяжении веков, — это вопрос о происхождении человеческого интеллекта. Что делает некоторых людей умнее других? Поиски ответов на эти вопросы начались еще в 1830-х годах в Европе и России, где систематически собирались и тщательно изучались мозги умерших элитных ученых и художников (Vein and Maat-Schieman, 2008).Однако все попытки вскрыть исключительные способности и талант в то время мало что показали.

Господствующая гипотеза прошлого века заключалась в том, что более умные люди имеют больший мозг. С развитием технологий нейровизуализации эта гипотеза была проверена во многих исследованиях. Действительно, метаанализ 37 исследований с участием более 1500 человек взаимосвязи между in vivo объемом мозга и интеллектом обнаружил умеренную, но значительную положительную корреляцию 0.33 (McDaniel, 2005). Более недавнее мета-исследование 88 исследований с участием более 8000 человек снова показало значительный, положительный, немного меньший коэффициент корреляции, равный 0,24. Один из выводов этого исследования заключался в том, что сила связи объема мозга и IQ, по-видимому, переоценена в литературе, но остается устойчивой после учета систематической ошибки публикации (Pietschnig et al., 2015). Таким образом, общий больший объем мозга при анализе в нескольких исследованиях связан с более высоким интеллектом.

Какие области мозга важны для интеллекта?

Функции мозга распределены по различным областям, выполняющим определенные функции. Можно ли отнести интеллект к одной или нескольким из этих областей? Структурные и функциональные исследования мозга с помощью визуализации были сосредоточены на обнаружении общего интеллекта в мозге и привязке определенных типов познания к конкретным областям мозга (Deary et al., 2010). Ранние визуальные исследования, связывающие интеллект со структурой мозга, показали, что полномасштабные оценки IQ, мера общего интеллекта, показали широко распространенный паттерн корреляций со структурами мозга: оценки IQ коррелировали с внутричерепными, церебральными, височными долями, объемами гиппокампа и мозжечка ( Андреасен и др., 1993), которые вместе охватывают почти все области мозга. Морфометрия на основе вокселей (VBM), метод нейровизуализационного анализа, позволяющий оценить фокальные различия в структуре мозга, позволяет проверить, сгруппированы ли какие-либо такие области вместе или распределены по всему мозгу. Применение VBM к данным визуализации головного мозга показало, что положительные корреляции между интеллектом и толщиной коры головного мозга расположены главным образом во множественных ассоциативных областях лобных и височных долей (Hulshoff Pol et al., 2006; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009). Основываясь на 37 исследованиях нейровизуализации, Jung и Haier (2007) выдвинули предположение, что, в частности, структура лобных областей Бродмана 10, 45–47, теменных областей 39 и 40 и височной области 21 положительно влияет на показатели IQ (Jung and Haier, 2007). ). Эта модель была расширена более поздними исследованиями на лобное поле глаза, орбитофронтальную область, а также на большое количество областей височной доли — нижнюю и среднюю височную извилину, кору парагиппокампа и кору слуховых ассоциаций (Narr et al., 2007; Choi et al., 2008; Колом и др., 2009; Рисунок 1).

Рисунок 1 . Толщина серого вещества в нескольких областях коры коррелирует с общим интеллектом. Области мозга со значительной ассоциацией между толщиной коры и общим интеллектом в различных исследованиях представлены разными цветами. N числа представляют объем выборки. Во всех случаях показаны области, коррелирующие с общим интеллектом, за исключением Colom et al.(2006), где вербальный и невербальный интеллект сообщался отдельно (Haier et al., 2004; Colom et al., 2006, 2009; Narr et al., 2007; Choi et al., 2008; Karama et al., др., 2009).

Изменения структуры мозга

Структура мозга не фиксируется в какой-то конкретный момент времени развития, а затем остается неизменной до конца нашей жизни. Объем серого вещества изменяется в детстве, а также во взрослом возрасте (Gogtay et al., 2004) и зависит от обучения, гормональных различий, опыта и возраста.Изменения серого вещества могут отражать перестройки дендритов и синапсов между нейронами (Gogtay et al., 2004). Когда люди приобретают новый навык, например жонглирование, в областях мозга наблюдаются временные и избирательные структурные изменения, связанные с обработкой и хранением сложных визуальных движений (Draganski et al., 2004). Точно так же половые и возрастные различия являются важными факторами, которые влияют на структуру мозга и могут влиять на то, какие области коры связаны с интеллектом.

Сообщалось о существенных половых различиях в структуре корреляций между интеллектом и региональными объемами серого и белого вещества (Haier et al., 2005; Narr et al., 2007; Yang et al., 2014; Ryman et al., 2016), но отчеты не полностью согласны с областями мозга, показывающими половые различия или их связь с когнитивными функциями. Haier et al. (2005) сообщили о корреляции IQ с теменной и лобной областями у мужчин, тогда как у женщин корреляция была в основном внутри лобной доли (Haier et al., 2005). Аналогичные результаты были получены Ryman et al. (2016) у мужчин — лобно-теменное серое вещество в большей степени было связано с общими когнитивными способностями. Однако у женщин результаты показали связь с интеллектом в эффективности белого вещества и общем объеме серого вещества (Ryman et al., 2016). Тем не менее, Нарр и др. Пришли к другим выводам. (2007), где у женщин были выявлены значимые ассоциации толщины серого вещества в префронтальной и височной ассоциативной коре головного мозга, тогда как у мужчин ассоциации в основном наблюдались в височно-затылочной ассоциации коры головного мозга (Narr et al., 2007). Наконец, в недавнем исследовании, в котором вместо VBM применялась поверхностная морфометрия (SBM), были обнаружены существенные групповые различия в структуре мозга между полами, но когнитивные способности не были связаны со структурными вариациями мозга внутри и между полами (Escorial et al., 2015 ).

В чем действительно сходятся исследования, так это в том, что существенные половые различия существуют в структуре мозга, но эти различия не всегда лежат в основе различий в когнитивных способностях. Например, одним из хорошо известных половых различий в структуре мозга является увеличенная толщина коркового слоя у мужчин по сравнению с женщинами (Lüders et al., 2002), но взаимосвязь между полной шкалой IQ и объемами мозговой ткани у мужчин и женщин не различается (Narr et al., 2007; Escorial et al., 2015).

Возраст имеет значение

Помимо половых различий, объем серого вещества в течение жизни резко меняется, что является частью нормального развития (Gogtay et al., 2004). За первоначальным увеличением в более раннем возрасте следует стойкое истончение в период полового созревания. Считается, что это изменение в развитии является результатом перепроизводства синапсов в раннем детстве и усиленного сокращения синапсов в подростковом и юношеском возрасте (Bourgeois et al., 1994). Более того, разные области имеют свою собственную временную шкалу созревания: ассоциативная кора высшего порядка созревает только после соматосенсорной и зрительной коры низшего порядка (Gogtay et al., 2004). Корреляции с интеллектом следуют аналогичной кривой развития. Наиболее сильная корреляция между объемом серого вещества и интеллектом была обнаружена у детей в возрасте около 10 лет (Shaw et al., 2006; Jung and Haier, 2007). Однако в возрасте 12 лет, примерно в начале истончения кортикального слоя, возникает отрицательная взаимосвязь (Brouwer et al., 2014). Более того, похоже, что у более умных детей весь паттерн коркового созревания протекает иначе. Дети с более высоким IQ демонстрируют особенно пластичную кору головного мозга с начальной ускоренной и продолжительной фазой коркового увеличения и столь же сильным истончением коры к раннему подростковому возрасту (Shaw et al., 2006).

Специализация мозга для различных типов интеллекта

Помимо ассоциаций корковой структуры с интеллектом, визуализирующие исследования выявили корреляцию функциональной активации корковых областей с интеллектом.Психология различает два типа интеллекта, которые вместе составляют g Спирмена: кристаллизованный и подвижный интеллект. Кристаллизованный интеллект основан на предварительных знаниях и опыте и отражает вербальное познание, в то время как подвижный интеллект требует адаптивного мышления в новых ситуациях (Carroll, 1993; Engle et al., 1999).

Множественные исследования показывают, что подвижный интеллект зависит от более эффективной функции распределенных областей коры головного мозга (Duncan et al., 2000; Jung and Haier, 2007; Choi et al., 2008). В частности, боковая лобная кора, с ее хорошо известной ролью в рассуждении, внимании и рабочей памяти, по-видимому, поддерживает подвижный интеллект, но также задействована теменная доля. Одно из ранних исследований гибкого интеллекта с использованием расширенных прогрессивных матриц Raven, проведенное Haier et al. (1988) продемонстрировали активацию нескольких областей левого полушария, в частности задней коры. Когнитивные способности показали значительную отрицательную корреляцию со скоростью коркового метаболизма, что свидетельствует о более эффективных нервных цепях (Haier et al., 1988). В более поздних исследованиях жидкий интеллект был тесно связан как с функцией, так и со структурой областей лобных долей (Choi et al., 2008). Когда участники выполняют вербальные и невербальные версии сложной задачи с рабочей памятью, в то время как их мозговая активность измеряется с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), люди с более высоким логическим интеллектом более точны и имеют более высокую нервную активность, связанную с событиями, в латеральных префронтальных и боковых отделах. теменные области (Gray et al., 2003). Также в исследовании с помощью ПЭТ-сканирования участники показали избирательное задействование боковой лобной коры при более сложных когнитивных задачах по сравнению с более простыми задачами (Duncan et al., 2000). В более позднем отчете измерения объема серого вещества двух лобных областей — орбито-фронтальной (OFC) и ростральной передней поясной коры (rACC) — были дополнены связностью белого вещества между этими областями. Вместе объем левого серого вещества и связь белого вещества между левым задним OFC и rACC составляли до 50% дисперсии в общем интеллекте. Таким образом, особенно в префронтальной коре, структура, функции и взаимосвязь связаны с общим интеллектом, в частности, со способностью к рассуждению и рабочей памятью (Ohtani et al., 2014).

Кристаллизованный интеллект, который в значительной степени зависит от вербальных способностей, с другой стороны, больше зависит от корковой структуры и толщины коры в латеральных областях височных долей и височного полюса (Choi et al., 2008; Colom et al., 2009). В то время как теменные области (область 40 Бродмана) демонстрируют перекрытие в своем участии в кристаллизованном и других типах интеллекта, височная область 38 Бродмана участвует исключительно в кристаллизованном интеллекте. Эти данные хорошо согласуются с функцией височной доли — считается, что она отвечает за интеграцию разнообразной семантической информации из различных областей мозга.Исследования пациентов с семантической деменцией подтверждают роль височной доли в семантической рабочей памяти, а также в хранении памяти (Gainotti, 2006).

Таким образом, разделение Спирмена на g и обнаруживает различные корковые распределения, участвующие в субдоменах интеллекта. Вполне вероятно, что дальнейшее разделение жидкого и кристаллизованного интеллекта, например, в словесном понимании, рабочей памяти, скорости обработки и организации восприятия, может привести к более четкой карте корковых областей в левом и правом полушарии, которые относятся к этим подобластям интеллекта ( Юнг и Хайер, 2007).

Белая материя и интеллект

Не только серое вещество, но и объемы белого вещества показывают связь с интеллектом, которую можно объяснить общим генетическим происхождением (Posthuma et al., 2002). Белое вещество состоит из миелинизированных аксонов, передающих информацию из одной области мозга в другую, и целостность трактов белого вещества важна для нормальной когнитивной функции. Таким образом, определенные паттерны разрыва связи белого вещества связаны с наследуемыми общими когнитивными и психопатологическими факторами (Alnæs et al., 2018). Например, Yu et al. (2008) обнаружили, что у пациентов с умственной отсталостью наблюдается обширное повреждение целостности трактов белого вещества, которое оценивалось с помощью фракционной анизотропии. Показатели IQ значительно коррелировали с целостностью множественных участков белого вещества как у здоровых людей, так и у пациентов с умственной отсталостью (Yu et al., 2008). Эта корреляция была особенно заметна в правом крючковом пучке, который соединяет части височной доли с областями лобных долей (Yu et al., 2008). Эти результаты подтверждают предыдущие выводы об ассоциации, в частности, объема серого вещества височной и лобной долей и интеллекта (Hulshoff Pol et al., 2006; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Karama et al., 2009) и подчеркивают, что неповрежденная связь между этими областями важна для интеллекта.

Продольные исследования, отслеживающие изменения белого вещества в процессе развития и во время старения, также показывают, что изменения белого вещества сопровождаются изменениями интеллекта. Во время созревания мозга у детей структура белого вещества обнаруживает ассоциации с интеллектом. В большой выборке ( n = 778) детей в возрасте от 6 до 10 лет микроструктура белого вещества была связана с невербальным интеллектом и зрительно-пространственными способностями, независимо от возраста (Muetzel et al., 2015). В другом исследовании, в котором белое вещество изучалось у типично развивающихся детей по сравнению с учащимися с трудностями, эффективность коннектома белого вещества была тесно связана с интеллектом и уровнем образования в обеих группах (Bathelt et al., 2018).

Также на более поздних этапах жизни изменения микроструктуры белого вещества сочетаются с изменениями интеллекта (Ritchie et al., 2015). Существенные корреляции 12 основных участков белого вещества с общим интеллектом были обнаружены у пожилых людей (Penke et al., 2012). Последующий анализ показал, что целостность нижних отделов белого вещества оказывает существенное негативное влияние на общий интеллект из-за снижения скорости обработки информации (Penke et al., 2012). Таким образом, структурно неповрежденные аксональные волокна в головном мозге обеспечивают нейроанатомическую инфраструктуру для быстрой обработки информации в широко распространенных сетях мозга, поддерживая общий интеллект (Penke et al., 2012).

Выводы о совокупном распределении интеллекта в мозге

Таким образом, как функциональные, так и структурные нейровизуализационные исследования показывают, что общий интеллект не может быть отнесен к одной конкретной области.Скорее, интеллект поддерживается распределенной сетью областей мозга во многих, если не во всех ассоциативных кортиках более высокого порядка, также известной как теменно-лобная сеть (Jung and Haier, 2007; Рисунок 1). Эта сеть включает в себя большое количество регионов — дорсолатеральную префронтальную кору, теменную долю и переднюю поясную извилину, множество областей в височной и затылочной долях и, наконец, основные тракты белого вещества. Можно наблюдать некоторое ограниченное разделение функций, в котором лобные и теменные области участвуют в подвижном интеллекте, височные доли — в кристаллизованном интеллекте, а целостность белого вещества — в скорости обработки.

Хотя исследования изображений мозга выявили анатомические и функциональные корреляты человеческого интеллекта, фактические коэффициенты корреляции неизменно были скромными, около 0,15–0,35 (Hulshoff Pol et al., 2006; Narr et al., 2007; Choi et al., 2008). ; Карама и др., 2009). Скорее всего, для этого есть разные причины, но важный вывод состоит в том, что человеческий интеллект только частично можно объяснить структурой мозга и функциональной активацией корковых областей, наблюдаемой на МРТ.Есть и другие факторы, влияющие на интеллект, которые необходимо учитывать. С точки зрения эволюции, человеческий мозг обладает выдающимися когнитивными способностями по сравнению с другими видами, которые включают в себя множество специфических человеческих способностей — абстрактное мышление, язык и творческие способности. Однако анатомия человеческого мозга не сильно отличается от других видов млекопитающих и не может удовлетворительно объяснить заметный эволюционный скачок интеллекта. Как по размеру, так и по количеству нейронов человеческий мозг эволюционно не выделяется: у слонов и китов мозг больше (Manger et al., 2013), а кора длинноперого кита содержит больше нейронов (37 миллиардов), чем у человека (19–23 миллиардов; Pakkenberg, Gundersen, 1997; Herculano-Houzel, 2012; Mortensen et al., 2014). В особенности мозг наших ближайших соседей по эволюционной шкале, нечеловеческих приматов, демонстрирует поразительное сходство. Фактически, человеческий мозг анатомически во всех отношениях представляет собой линейно увеличенный мозг приматов (Herculano-Houzel, 2012) и, по-видимому, имеет немного исключительных или экстраординарных особенностей, которым можно приписать выдающиеся когнитивные способности.Таким образом, ответы на вопросы о происхождении человеческого интеллекта и его вариациях между людьми, скорее всего, лежат не только в грубой анатомии мозга, но, скорее, следует искать на уровне его строительных блоков и вычислительных единиц — нейронов, синапсов и их генетических макияж, мириться.

Генетический подход к интеллекту

Учитывая, что интеллект — одна из наиболее наследуемых черт, отсюда следует, что и его нейробиологические корреляты должны находиться под сильным генетическим влиянием.Действительно, как серое, так и белое вещество коры мозга демонстрируют градиент сходства у субъектов с возрастающей генетической близостью (Thompson et al., 2001; Posthuma et al., 2002). Это структурное сходство мозга особенно сильно в лобных и боковых височных областях, которые демонстрируют наиболее значительную наследуемость (Thompson et al., 2001). Следовательно, общий объем мозга связан с интеллектом и в значительной степени имеет общее генетическое происхождение. Как и когда в процессе развития генетическое влияние оказывают отдельные гены и какие гены определяют интеллект человека?

Гены интеллекта

За последнее десятилетие полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) превратились в мощный инструмент для изучения генов, лежащих в основе изменчивости многих человеческих черт и болезней (Bush and Moore, 2012).Исследования GWAS проверяют ассоциации между фенотипами и генетическими вариантами — однонуклеотидными полиморфизмами (SNP) — в больших группах неродственных людей. Хотя подавляющее большинство SNP оказывает минимальное влияние на биологические пути, некоторые SNP также могут иметь функциональные последствия, вызывая аминокислотные изменения и, таким образом, приводить к идентификации генетической основы заболевания или признака (Bush and Moore, 2012).

После первой волны GWAS исследования интеллекта дали в основном невоспроизводимые результаты (Butcher et al., 2008; Дэвис и др., 2011, 2015, 2016; Trampush et al., 2017) стало очевидным, что интеллект — это высокополигенная черта, и для надежной идентификации участвующих генов необходимы гораздо большие размеры выборки (Plomin and von Stumm, 2018). Метаанализ первой 31 когорты ( N = 53 949) смог предсказать только ~ 1,2% дисперсии общей когнитивной функции в независимой выборке, а анализ биологических путей не дал значимых результатов (Davies et al., 2015). Использование уровня образования в качестве прокси-фенотипа интеллекта увеличило как размер выборки, так и количество обнаруженных связанных генов.Уровень образования — это количество лет, проведенных в очной форме обучения. Как фенотипически (Deary et al., 2010), так и генетически (Trampush et al., 2017) он сильно коррелирует с IQ. Поскольку количество школьных лет является одним из распространенных, обычно собираемых параметров, этот подход увеличил размер выборки до ~ 400 000 человек в последних исследованиях GWAS (Okbay et al., 2016). Еще большие размеры выборки были получены путем объединения GWAS для когнитивных способностей с уровнем образования (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017) и сосредоточив внимание на GWAS интеллекта в нескольких когортах (Savage et al., 2018; Zabaneh et al., 2018). Какие гены интеллекта идентифицированы этими исследованиями?

Интеллект — полигенная черта

Последнее и крупнейшее на сегодняшний день исследование генетической ассоциации интеллекта выявило 206 геномных локусов и включило 1041 ген, добавив 191 новый локус и 963 новых гена к ранее связанным с когнитивными способностями (Savage et al., 2018).Эти результаты показывают, что интеллект — это высокополигенная черта, на которую множество различных генов будут оказывать крайне небольшое влияние, если вообще оказывают какое-либо влияние, скорее всего, на разных стадиях развития. Действительно, сообщаемые размеры эффекта для каждого аллеля чрезвычайно малы (обычно менее 0,1% даже для самых сильных эффектов), а комбинированные эффекты в масштабах всего генома объясняют лишь небольшую часть общей дисперсии (Lam et al., 2017). Например, наиболее сильное влияние идентифицированных аллелей на уровень образования объясняет только 0.022% фенотипической дисперсии в выборке репликации (Okbay et al., 2016), а комбинированные эффекты в масштабе всего генома предсказывают лишь небольшую часть общей дисперсии в удерживаемых выборках (Lam et al., 2017). В то же время общая наследуемость SNP, о которой сообщалось в недавнем GWAS, составляет около 20–21% (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). , менее половины оценок наследуемости в исследованиях близнецов (> 50%; Plomin and von Stumm, 2018). Однако небольшие генетические эффекты на критических стадиях развития могут иметь серьезные последствия для функции и развития мозга, а вместе с тем и для когнитивных способностей.Таким образом, важно знать, что это за идентифицированные гены, а также когда и где они экспрессируются в нервной ткани.

Большинство SNP обнаружено в некодирующих областях

Некодирующие области составляют большую часть генома человека и содержат значительную долю аллелей риска психоневрологических заболеваний и поведенческих черт. За последнее десятилетие более 1200 исследований GWAS выявили около 6500 предрасполагающих к заболеваниям или признакам SNP, но только 7% из них расположены в регионах, кодирующих белок (Pennisi, 2011).Остальные 93% расположены в некодирующих областях, что позволяет предположить, что связанные с GWAS SNP регулируют уровни транскрипции генов, а не изменяют кодирующую белок последовательность или структуру белка.

Очень похожая картина вырисовывается для GWAS исследований интеллекта. SNP, в значительной степени связанные с интеллектом, в основном расположены в интронных (51,3%) и межгенных областях (33,4%), в то время как только 1,4% являются экзонными (Savage et al., 2018; Рисунок 2). Подобные распределения были также обнаружены в более ранних исследованиях ассоциаций (Sniekers et al., 2017; Coleman et al., 2019). Однако именно эти некодирующие регуляторные области генов заставляют геном реагировать на изменения синаптической активности и составляют главную силу, лежащую в основе эволюции когнитивных способностей человека (Hardingham et al., 2018). В то время как функции большинства межгенных областей в ДНК человека остаются плохо определенными, новые идеи появляются в исследованиях, сочетающих картирование некодирующих элементов с высоким разрешением, доступность хроматина и профили экспрессии генов. Эти исследования связывают регуляторные элементы с их генами-мишенями.Таким образом, нейрогенез и корковое расширение у людей, как полагают, контролируются специфическими генетическими регуляторными элементами — энхансерами, полученными человеком (HGE), которые проявляют повышенную активность в человеческом родословном (de la Torre-Ubieta et al., 2018). Более того, было показано, что генетические варианты, связанные с уровнем образования, обогащены регуляторными элементами, участвующими в кортикальном нейрогенезе (de la Torre-Ubieta et al., 2018).

Рисунок 2 . Большинство связанных генетических вариантов интеллекта лежат в некодирующих участках ДНК — только 1.4% связанных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) являются экзонными, несинонимичными вариантами и лежат в генах, кодирующих белок. Анализ генов подразумевает пути, связанные с нейрогенезом, дифференцировкой нейронов и синаптической структурой. Цифра основана на результатах самых последних и крупнейших полногеномных ассоциативных исследований интеллекта (GWAS), проведенных Savage et al. (2018).

Таким образом, генетические эффекты на когнитивные способности, скорее всего, не действуют независимо от факторов окружающей среды, а скорее проявляются через регулируемую сигналом транскрипцию, управляемую опытом.Это взаимодействие между эпигенетическими эффектами через регуляторные элементы и генетический состав также могло бы объяснить возрастающую наследуемость интеллекта с возрастом (Bergen et al., 2007; Davis et al., 2008; Plomin and Deary, 2015). Одни и те же регуляторные гены требуют правильного взаимодействия генов с окружающей средой, чтобы раскрыть их роль в когнитивных способностях. Другими словами, в процессе развития один и тот же набор генов приобретает все большее влияние на интеллект, поскольку ранние уровни когнитивных способностей усиливаются за счет выбора среды и образования, соответствующих этим уровням способностей (Briley and Tucker-Drob, 2013; Plomin and von Штумм, 2018).

Большинство генов активны во время нейроразвития

Многие результаты GWAS идентифицируют гены и биологические пути, которые в первую очередь активны на различных стадиях пренатального развития мозга (Bergen et al., 2007; Okbay et al., 2016; Lam et al., 2017; Sniekers et al., 2017; Trampush) и др., 2017). Некоторые из этих генов ранее были связаны с умственной отсталостью или задержкой развития (Coleman et al., 2019). В частности, некоторые гены с известными мутациями, оказывающими сильное влияние на психические заболевания, демонстрируют меньшее регулирующее воздействие на познание, что указывает на естественные кривые доза-ответ, касающиеся функции генов (Trampush et al., 2017; Coleman et al., 2019).

Объединение данных SNP с данными транскриптома показало, что гены-кандидаты демонстрируют экспрессию выше исходного уровня в мозге на протяжении всей жизни, но демонстрируют особенно более высокие уровни экспрессии в мозге во время пренатального развития (Okbay et al., 2016). Когда гены были сгруппированы в функциональные кластеры, многие такие кластеры, связанные с уровнем образования, в первую очередь участвуют в разных стадиях нервного развития: пролиферации нейронных клеток-предшественников и их специализации, миграции новых нейронов в разные слои коры, проекции аксонов от нейронов к их сигнальной мишени и прорастанию дендритов (Okbay et al., 2016). Также для интеллекта анализ набора генов определяет нейрогенез, дифференцировку нейронов и регуляцию развития нервной системы как основные функции идентифицированных SNP (Savage et al., 2018; Рисунок 2).

Некоторые примеры интеллекта из последнего GWAS включают гены с известными функциями в пролиферации и митозе клеток: ген GNL3 участвует в пролиферации стволовых клеток, NCAPG стабилизирует хромосомы во время митоза, а DDX27 изменяет вторичную структуру РНК и участвует в эмбриогенезе, росте клеток. и отдел (Координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018). Наконец, самый крупный и наиболее значительно обогащенный кластер генов, связанных с уровнем образования, содержит гены с активностью кофактора транскрипции (Okbay et al., 2016), подтверждающие роль генов-кандидатов в развитии нервной системы и регуляции экспрессии генов. Действительно, многие гены, кодирующие белок, идентифицированные в последнем GWAS интеллекта, производят продукты, которые содержат домены, взаимодействующие с ДНК и РНК, такие как домены Zink finger и RING finger (ZNF446, MZF1, ZNFX1, ZNF638, RNF123) или известные связывания с РНК. партнеры (RBFOX и CELF4; координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018).

Гены, участвующие в межклеточных взаимодействиях

Многие из идентифицированных генов, которые играют роль в развитии нервной системы, могут вносить вклад в синаптическую функцию и пластичность. Функция мозга зависит от очень динамичных, зависимых от активности процессов, которые включают и выключают гены. Это может привести к глубоким структурным и функциональным изменениям, включая образование новых и устранение неиспользуемых синапсов, изменения цитоскелета, подвижности рецепторов и энергетического метаболизма. Когнитивные способности могут зависеть от того, насколько эффективно нейроны могут регулировать эти процессы.Взаимодействие клеток с их непосредственным окружением является фундаментальной функцией как нервного развития, так и синаптической функции. Многие из главных белков-кодирующих генов, связанных с когнитивными способностями, являются заякоренными в мембране белками, ответственными за межклеточную коммуникацию и межклеточную связь. Например, ген ITIh4, кодирующий белок, стабилизирующий внеклеточный матрикс. Другой пример — ген LAMB2, который кодирует ламинин, гликопротеин внеклеточного матрикса, который является основным компонентом базальных мембран.Также несколько генов кадгерина, от PCDHA1 до PCDHA7, CDHR4, которые участвуют в адгезии клеток, связаны с когнитивными способностями (координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018). Кроме того, в когорте с чрезвычайно высоким IQ ген, наиболее значительно обогащенный для ассоциации, — это ADAM12, закрепленный за мембраной белок, участвующий во взаимодействиях клетка-клетка и клетка-матрица (Zabaneh et al., 2018). Наконец, некоторые гены-кандидаты, которые кодируют молекулы клеточной адгезии (DCC и SEMA3F; Savage et al., 2018), специфически участвуют в управлении аксонами во время развития нейронов.

Некоторые гены-кандидаты участвуют в регуляции различных сигнальных путей через поверхностные рецепторы. Такие примеры включают DMXL2, который регулирует путь передачи сигналов Notch; Сигнальная пептидаза SPPL2C, такая как 2C, белок 43 безымянного пальца RNF43, который негативно регулирует пути передачи сигналов Wnt (Savage et al., 2018), и ген WNT4, который кодирует секретируемые сигнальные белки (Sniekers et al., 2017; Coleman et al., 2019) . Эти сигнальные пути играют важную роль в эмбриогенезе, клеточной пролиферации, миграции, а также в синаптической коммуникации на протяжении всего развития.

Примечательно, что недавнее крупномасштабное профилирование генов с клеточным разрешением выявило видоспецифические различия точно в тех же функциональных категориях генов, участвующих в межклеточной коммуникации (Zeng et al., 2012). Сравнивая профили экспрессии генов мыши и человека в неокортексе, межвидовые различия в экспрессии генов включали гены секретируемого белка (48%), внеклеточного матрикса (50%), клеточной адгезии (36%) и пептидного лиганда (31%). Эти результаты могут подчеркнуть важность взаимодействия клетки с окружающей средой не только для человеческого интеллекта, но и для эволюции человека в целом.

Гены синаптической функции и пластичности

Некоторые результаты исследования интеллекта GWAS указывают прямо на гены с известными функциями в синаптической коммуникации, пластичности и возбудимости нейронов. Некоторые идентифицированные гены в первую очередь участвуют в пресинаптической организации и высвобождении пузырьков. Одним из них является TSNARE1, который кодирует домен t-SNARE, содержащий 1 (Savage et al., 2018). Основная роль белков SNARE заключается в обеспечении стыковки синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной в нейронах и слиянии пузырьков (NCBI Resource Coordinators, 2017).Более того, по крайней мере два других идентифицированных гена также участвуют в переносе везикул: GBF1 опосредует везикулярный транспорт в аппарате Гольджи, а ARHGAP27 играет роль в клатрин-опосредованном эндоцитозе. Наконец, ген BSN кодирует каркасный белок, участвующий в организации пресинаптического цитоскелета.

Одним из активаторов транскрипции, связанных с интеллектом, является цАМФ-чувствительный элемент, связывающий 3L4 (CREB3L4). Этот ген кодирует CREB — ядерный белок, который модулирует транскрипцию генов.Это важный компонент внутриклеточных сигнальных событий и имеет широко распространенные биологические функции. Однако в нейронах его наиболее документированные и хорошо изученные роли — это регуляция синаптической пластичности, обучения и формирования памяти (Silva et al., 1998).

Обращение к базам данных о лекарствах-мишенях и аннотациях к ним может пролить новый свет на связи наборов генов лекарств с фенотипом (Gaspar and Breen, 2017). Такой анализ лекарственных путей в сочетании с результатами исследования интеллекта GWAS показал, что генные мишени двух препаратов, участвующих в синаптической регуляции и возбудимости нейронов, были значительно обогащены: блокатор кальциевых каналов Т-типа и ингибитор калиевых каналов (Lam et al., 2017). В соответствующем анализе классов лекарств значительное обогащение также наблюдалось для субъединиц потенциалзависимых кальциевых каналов (Lam et al., 2017). В другом исследовании гены, участвующие в регуляции комплекса потенциал-управляемых кальциевых каналов, также были в значительной степени связаны с уровнем образования в предыдущем исследовании (Okbay et al., 2016). Оба типа ионных каналов играют решающую роль в синаптической коммуникации и возбуждении потенциала действия. Кальциевые каналы Т-типа участвуют в инициации потенциала действия и переключении между различными режимами возбуждения (Cain and Snutch, 2010).Калиевые каналы имеют решающее значение для быстрой реполяризации во время генерации AP и поддержания мембранного потенциала покоя (Hodgkin and Huxley, 1952).

Гены с поддерживающими функциями

Человеческий мозг использует не менее 20% энергии, потребляемой всем телом. Большая часть этой потребности в энергии идет на создание постсинаптических потенциалов (Attwell and Laughlin, 2001; Magistretti and Allaman, 2015). Примечательно, что появление у людей высших когнитивных функций в процессе эволюции также связано с повышенной экспрессией генов энергетического метаболизма (Magistretti and Allaman, 2015).Таким образом, гены, участвующие в энергоснабжении и метаболизме, могут влиять на поддержание высокочастотной активации во время когнитивных задач. Действительно, когнитивные способности связаны с генетической изменчивостью в нескольких генах, которые кодируют регуляторы митохондриальной функции — GPD2, NDUFS3, MTCh3 (координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018).

Митохондрии играют центральную роль в различных клеточных процессах, включая энергетический метаболизм, передачу сигналов внутриклеточного кальция и генерацию активных форм кислорода.Приспосабливая свои функции к требованиям нейрональной активности, они играют важную роль в сложном поведении нейронов (Kann and Kovács, 2007). Кроме того, гены, участвующие в метаболизме липидов (BTN2A1 и BTN1A1) и метаболизме глюкозы и аминокислот (GPT), входят в число генов-кандидатов интеллекта.

Другой замечательный кластер генов, кодирующих белок, участвующих в интеллекте, — это гены, кодирующие белки, связанные с микротрубочками. Микротрубочки являются важной частью цитоскелета и участвуют в поддержании клеточной структуры на протяжении всего развития.В то же время микротрубочки являются важными магистралями внутриклеточного транспорта и тем самым влияют на рециркуляцию синаптических рецепторов и высвобождение нейротрансмиттеров в нейронах (Hernández and Ávila, 2017). Ген MAPT, кодирующий белок, связанный с микротрубочками, был связан с интеллектом в нескольких исследованиях (Sniekers et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). MAPT также изменяется при многих заболеваниях головного мозга — болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и болезни Хантингтона (Hernández and Ávila, 2017).Помимо MAPT, было обнаружено, что некоторые другие гены, кодирующие белки, связанные с микротрубочками, в значительной степени связаны с интеллектом: серин / треонинкиназа 3, связанная с микротрубочками (MAST3), ALMS1 участвует в организации микротрубочек и SAXO2 (FAM154B) — белок, стабилизирующий микротрубочки (ресурс NCBI). Координаторы, 2017; Savage et al., 2018).

Выводы генетических исследований

В заключение, исследования близнецов показывают, что индивидуальные различия в человеческом интеллекте в значительной степени (50–80%) могут быть объяснены генетическими факторами, делающими интеллект одной из наиболее наследуемых черт.Однако настоящие исследования GWAS могут охватить менее половины этой наследуемости (21–22%; Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Кроме того, большое количество генов объясняет генетические влияния незначительными эффектами. Девяносто пять процентов этих генетических вариантов расположены в интронных и межгенных областях и могут выполнять функцию регуляции генов. Лишь очень небольшая часть ассоциированных SNP (1,4%) находится во фрагментах ДНК, которые транслируются в белок.

Большинство связанных генов участвуют в раннем, скорее всего, пренатальном развитии, с некоторыми генами, необходимыми для синаптической функции и пластичности на протяжении всей жизни. Тот факт, что такие характеристики, как длина / вес при рождении и долголетие, демонстрируют устойчивые полигенные корреляции с когнитивными функциями (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017), подразумевает, что общее здоровое развитие является предпосылкой для оптимальной когнитивной функции.

GWAS проверяет возможные ассоциации между генами и фенотипом.Однако доступность данных о клеточном и тканеспецифическом транскриптоме из посмертного мозга человека (Ardlie et al., 2015) открыла новый горизонт для исследований GWAS. Связывание совпадений данных GWAS с клеточными и тканеспецифическими транскриптомными профилями (GTEx) может указывать, в какой области мозга и даже в каких типах клеток потенциально экспрессируются гены интеллекта. У этого подхода есть очевидные оговорки, поскольку гены, связанные с интеллектом, не обязательно должны экспрессироваться в одно и то же время развития, а поскольку локусы мозга, участвующие в интеллекте, широко распространены, не все гены должны экспрессироваться в одной и той же области мозга или в одном типе клеток.Тем не менее, с использованием этого подхода было обнаружено, что гены, связанные с уровнем образования и интеллектом, преимущественно экспрессируются вместе в нервной ткани (Okbay et al., 2016; Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). В частности, гиппокамп, средний мозг и в целом кортикальные и лобные области коры демонстрируют наибольшее обогащение экспрессии этих генов (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). За исключением среднего мозга, это области мозга, которые ранее участвовали в интеллекте при исследованиях изображений мозга.

Профили экспрессии генов интеллекта, специфичные для конкретных типов клеток, подчеркивают роль типов нейрональных клеток. Хотя клетки глии являются наиболее распространенным типом клеток в головном мозге человека (Vasile et al., 2017), не было обнаружено никаких доказательств обогащения генов-кандидатов в олигодендроцитах или астроцитах (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017) оставляя нейроны основным носителем генетической изменчивости. Дальнейший углубленный анализ типов нейронов выявил значительное обогащение ассоциированных генов в пирамидных нейронах в области СА1 гиппокампа и кортикальных соматосенсорных областях.Кроме того, значимые ассоциации были обнаружены в основном типе клеток полосатого тела — средних шиповатых нейронах (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Пирамидные нейроны являются наиболее распространенными типами нейронов в неокортексе и гиппокампе, структурами, связанными с высшими исполнительными функциями, принятием решений, решением проблем и памятью. Средние шиповатые нейроны полосатого тела составляют 95% всех типов нейронов в полосатом теле, структуре, ответственной за мотивацию, вознаграждение, обучение привычкам и поведенческий результат (Volkow et al., 2017). Результаты исследований GWAS выдвинули гипотезу о том, что эти типы нейронов играют роль в поддержке интеллекта (Coleman et al., 2019). Есть ли доказательства того, что определенные свойства клеток мозга способствуют развитию интеллекта?

Ячейки интеллекта

С тех пор, как Рамон-и-Кахаль постулировал свою нейронную доктрину обработки информации, назвав нейроны «бабочками души» (Cajal, 1893), нейробиология согласилась с тем, что основа человеческого интеллекта должна лежать в нейронах или сетях нейронов.Однако нейробиологические поиски биологической основы интеллекта до сих пор были сосредоточены почти исключительно на макроскопическом уровне мозга и генетике интеллекта, оставляя большой пробел в знаниях на клеточном уровне.

Мы предполагаем, что наш разум функционирует за счет активности 86 миллиардов нейронов (Herculano-Houzel, 2012) и их связей, которые образуют основные строительные блоки для кодирования, обработки и хранения информации в мозге и в конечном итоге вызывают познание (Salinas и Сейновски, 2001).Учитывая астрономическое количество нейронных связей (Drachman, 2005), даже малейшее изменение эффективности обработки информации нейронами может привести к большим различиям в когнитивных способностях. Действительно, одна из наиболее устойчивых и воспроизводимых ассоциаций в поведенческой психологии — это связь интеллекта со скоростью умственной обработки, измеряемой временем реакции испытуемых-людей (Vernon, 1983; Barrett et al., 1986). Однако очень немногие исследования пытались ответить на вопрос, поддерживает ли активность и структура отдельных человеческих нейронов человеческий интеллект и насколько быстрая обработка мыслей может быть вызвана свойствами клеток в нашем мозгу.

Этот пробел в знаниях неудивителен: доступ к нейронам в живом человеческом мозге очень ограничен, и большая часть того, что известно о функциях нейронов, получено в результате исследований на лабораторных животных. В течение последних десятилетий использование ткани головного мозга, удаленной во время нейрохирургического лечения эпилепсии или опухолей, открыло новые возможности для изучения человеческого мозга на клеточном уровне (Molnár et al., 2008; Testa-Silva et al., 2010, 2014; Verhoog et al., 2013, 2016). Чтобы получить доступ к пораженным глубоким структурам мозга, нейрохирурги иссекают перекрывающий непатологический неокортекс, который может быть доставлен в лабораторию для дальнейшего исследования.В сочетании с когнитивным тестированием перед операцией этот подход предлагает прекрасную возможность изучить функцию нейронов в отношении человеческого интеллекта. Такое использование живой ткани мозга человека из нейрохирургии не может быть заменено другими методами: посмертная ткань обычно не подходит для физиологических исследований (но см. Kramvis et al., 2018), в то время как исследованиям изображений мозга не хватает необходимой клеточной точности.

Ключевая роль пирамидных нейронов

Генетические исследования показывают, что экспрессия генов, связанных с интеллектом, накапливается в корковых пирамидных нейронах (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Сравнение ключевых клеточных свойств пирамидных нейронов разных видов может дать представление о функциональном значении таких различий для познания человека. Фактически, человеческая ткань, используемая в исследованиях, всегда происходит из ассоциативных областей более высокого порядка, обычно из височной коры, чтобы сохранить первичные сенсорные и языковые функции пациента. Это как раз те области, которые связаны с визуализацией мозга в человеческом интеллекте. Какие свойства пирамидных нейронов височной коры выделяются при сравнении разных видов?

Во-первых, структура пирамидных клеток иная (Elston and Fujita, 2014): по сравнению с грызунами и макаками пирамидные клетки 2/3 слоя человека имеют в три раза более крупные и более сложные дендриты (Mohan et al., 2015). Более того, эти большие дендриты также получают в два раза больше синапсов, чем пирамидные нейроны грызунов (DeFelipe et al., 2002).

Помимо структурных различий, пирамидные нейроны человека обладают рядом уникальных функциональных свойств. Возбуждающие синапсы человека восстанавливаются в 3-4 раза быстрее после депрессии, чем синапсы в коре головного мозга грызунов, обладают более быстрым потенциалом действия и передают информацию до девяти раз быстрее, чем синапсы мыши (Testa-Silva et al., 2014). Кроме того, нейроны взрослого человека могут ассоциировать синаптические события в гораздо более широком временном окне пластичности (Testa-Silva et al., 2010; Verhoog et al., 2013). Эти различия между видами могут указывать на эволюционное давление как на дендритную структуру, так и на функцию нейронов в височной доле и подчеркивать специфическую адаптацию человеческих пирамидных клеток в когнитивных функциях, которые выполняют эти области мозга.

Недавно эти различия в функции и структуре пирамидных нейронов человека были связаны с оценками интеллекта и анатомической структурой височных долей у одних и тех же субъектов (Goriounova et al., 2018; Рисунок 3).Результаты показали, что высокие показатели IQ связаны с большей толщиной височной коры у нейрохирургических пациентов, как и у здоровых субъектов (Choi et al., 2008). Кроме того, более толстая височная кора связана с более крупными и сложными дендритами пирамидных нейронов человека. Включение этих реалистичных морфологий дендритов в вычислительную модель показало, что нейроны более крупных моделей способны обрабатывать синаптические входы с более высокой временной точностью. Улучшение передачи информации модельными нейронами было связано с более быстрыми потенциалами действия в более крупных клетках.Наконец, как и было предсказано моделью, экспериментальные записи скачков потенциала действия в пирамидных нейронах человека продемонстрировали, что люди с более высокими показателями IQ были способны поддерживать быстрые потенциалы действия во время нейрональной активности. Эти данные являются первым доказательством того, что человеческий интеллект связан с более крупными и сложными нейронами, более быстрыми потенциалами действия и более эффективной передачей синаптической информации (Goriounova et al., 2018).

Рисунок 3 .Клеточная основа человеческого интеллекта. Более высокие показатели IQ связаны с более крупными дендритами, более быстрыми потенциалами действия во время нейрональной активности и более эффективным отслеживанием информации в пирамидных нейронах височной коры. Цифра основана на результатах Goriounova et al. (2018).

Уровни связи: гены, клетки, сети и области мозга

Пирамидные клетки, особенно в поверхностных слоях областей мультимодальной интеграции, таких как височная или лобная кора, являются основными интеграторами и накопителями синаптической информации.Более крупные дендриты могут физически содержать больше синаптических контактов и обрабатывать больше информации. Действительно, дендриты пирамидного нейрона человека получают в два раза больше синапсов, чем у грызунов (DeFelipe et al., 2002). Возрастающая способность этих областей мозга к интеграции информации также отражается в градиенте сложности пирамидных клеток по областям коры — клетки имеют все более крупные дендриты в областях, вовлеченных в процессинг коры высшего порядка (Elston et al., 2001; Jacobs et al., 2001; Элстон, 2003; Элстон и Фуджита, 2014; van den Heuvel et al., 2015). Как у людей, так и у других приматов корково-корковые связи всего мозга положительно коррелируют с размером дендритов пирамидных клеток (Scholtens et al., 2014; van den Heuvel et al., 2015).

В целом, большая длина дендритов в нейронах человека по сравнению с другими видами и, в частности, удлинение их базальных дендритных окончаний (Deitcher et al., 2017) позволит этим клеткам использовать ветви своего дендритного дерева в качестве независимых вычислительных компартментов.Недавно Eyal et al. (2016, 2018) предоставили новое понимание обработки сигналов и вычислительных возможностей пирамидных клеток человека, протестировав свои детальные модели, включая возбуждающие синапсы, дендритные шипы, дендритные NMDA- и соматические шипы (Eyal et al., 2018). Результаты показывают, что особенно большое количество базальных дендритов в пирамидных клетках человека и удлинение их окончаний по сравнению с другими видами приводит к электрическому разъединению базальных окончаний друг от друга.Аналогичные наблюдения были недавно сделаны с помощью дендритных записей пирамидных нейронов человеческого слоя 5 (Beaulieu-Laroche et al., 2018). Таким образом, дендриты человека могут функционировать как множественные полунезависимые субъединицы и генерировать больше дендритных NMDA-шипов независимо и одновременно по сравнению с височной корой головного мозга крыс (Eyal et al., 2014). Дендритные шипы через рецепторы NMDA являются важным компонентом поведенческих вычислений в нейронах. У мышей манипуляции с этими спайками приводят к снижению избирательности ориентации зрительных корковых нейронов, связывающих функцию дендритов с обработкой визуальной информации нейронами (Smith et al., 2013). Более того, более крупные дендриты влияют на возбудимость клеток (Vetter et al., 2001; Bekkers and Häusser, 2007) и определяют форму и скорость потенциалов действия (Eyal et al., 2014). Увеличение размера дендритных компартментов in silico приводит к ускорению возникновения потенциала действия и увеличению кодирующей способности нейронов (Eyal et al., 2014; Goriounova et al., 2018). Кроме того, по сравнению с мышами пирамидные нейроны человека в поверхностных слоях демонстрируют больше токов, активируемых гиперполяризацией, которые способствуют возбудимости этих клеток (Kalmbach et al., 2018).

Таким образом, более крупные дендриты снабжают клетки множеством вычислительных преимуществ, необходимых для быстрой и эффективной интеграции больших объемов информации. Тот факт, что более крупные и быстрые человеческие нейроны в височной коре связаны с интеллектом (Goriounova et al., 2018), свидетельствует о том, что существует континуум этих клеточных свойств в человеческой популяции. На верхнем уровне распределения оценок IQ пирамидные клетки людей с высоким IQ получают больше синаптических входов и могут достичь более высокого разрешения синаптической интеграции, обрабатывая эти множественные синаптические входы по отдельности и одновременно.Поскольку во время когнитивной деятельности клетки постоянно подвергаются бомбардировке большим количеством входящих сигналов, нейрон должен преобразовывать эти многочисленные входные данные в выходные. Человеческие нейроны людей с более высоким IQ способны переводить эти входные данные в потенциалы действия — выходной сигнал клетки — гораздо более эффективно, передавать больше информации и поддерживать быстрое возбуждение потенциала действия по сравнению с субъектами с более низким IQ. Эти результаты хорошо согласуются с генетическими и визуализационными исследованиями, в которых скорость метаболизма является важным коррелятом интеллекта (Haier et al., 1988; Savage et al., 2018).

Наконец, генетические исследования интеллекта также выявили гены, поддерживающие дендритную структуру в когнитивных способностях человека. Кластеризация генов-кандидатов из GWAS уровня образования в наборах генов с известной биологической функцией позволила идентифицировать наборы генов, участвующие в морфологии коры головного мозга и, в частности, в дендритах и ​​организации дендритных позвонков (Okbay et al., 2016). Кроме того, наиболее сильная возникающая генетическая связь с интеллектом, установленная Sniekers et al.(2017) и позже воспроизведен в гораздо большей выборке (Coleman et al., 2019), находится в интронной области гена FOXO3 и его промотора. Ген FOXO3 является частью сигнального пути инсулин / инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1) (Costales and Kolevzon, 2016). Примечательно, что IGF-I, как было показано, увеличивает разветвление и размер дендритов в первичной соматосенсорной коре крыс, особенно в пирамидных клетках в поверхностных кортикальных слоях (Niblock et al., 2000). Низкий уровень IGF-1 также был связан с плохой когнитивной функцией во время старения (Aleman et al., 1999; Tumati et al., 2016) и менее интегрированная функциональная сеть связанных областей мозга (Sorrentino et al., 2017). Таким образом, индивидуальные различия в развитии дендритов в пирамидных клетках подлежат генетическому контролю, сопровождаются функциональными адаптациями в этих клетках и лежат в основе изменчивости интеллекта человека.

Как эти результаты на клеточном и генетическом уровне трансформируются в результаты макромасштабных исследований мозга? Одним из наиболее убедительных результатов визуализации мозга является то, что толщина и объем коры головного мозга связаны с интеллектом (Haier et al., 2004; Колом и др., 2006, 2009; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009). Реконструкция кортикального столба при наноразмерном разрешении показывает, что объем коры состоит в основном из дендритных и аксональных отростков с в 7 раз большим количеством аксонов по сравнению с дендритами (Kasthuri et al., 2015), только небольшая часть этого объема занята телами клеток. Дендриты и аксоны — это структуры, которые обеспечивают синаптическую пластичность, хранят информацию и продолжают расти и изменяться в течение жизни.В самом деле, во время нормального постнатального развития области коры следуют аналогичной схеме: дендриты демонстрируют непрерывный рост, который сопровождается увеличением объема коры и снижением плотности нейронов (Huttenlocher, 1990). Кроме того, лобные области коры головного мозга, которые в большей степени формируются в зависимости от возраста и опыта, демонстрируют более медленный ход этих изменений по сравнению с первичными областями зрения, у которых более ранний критический период (Huttenlocher, 1990). В соответствии с этим продолжительным развитием дендритные деревья в височной доле человека продолжают расти на протяжении всей зрелости и до старости.У 80-летних дендритные деревья более обширны, чем в 50-летнем возрасте, при этом большая часть различий связана с увеличением количества и средней длины концевых сегментов дендритного дерева. Связь между размером дендритов и познанием подчеркивается тем фактом, что при старческом слабоумие дендритные деревья менее обширны, в основном потому, что их конечные сегменты меньше и короче (Buell and Coleman, 1979).

Кроме того, в коре головного мозга человека существует градиент дендритной сложности по кортикальным областям.Области ассоциации более высокого порядка, которые хранят и обрабатывают более сложную информацию, содержат нейроны с более крупными и более сложными дендритами по сравнению с первичными сенсорными областями. В то же время плотность тела нейрональных клеток ниже в ассоциативных областях коры по сравнению с первичными сенсорными областями (Buell and Coleman, 1979; DeFelipe et al., 2002; Elston, 2003).

Недавнее исследование Genç et al. (2018) использовали мультиоболочечную диффузионную тензорную визуализацию для оценки теменно-лобной кортикальной дендритной плотности в зависимости от познания человека.Это исследование показало, что более высокие баллы в когнитивных тестах коррелируют с более низкими значениями плотности нейритов (Genç et al., 2018). По мере того, как плотность нейритов уменьшается вместе с увеличением длины дендритов (Huttenlocher, 1990), результаты, полученные Genç et al. (2018) могут указывать на то, что теменно-лобные области коры у людей с более высоким интеллектом имеют менее плотно упакованные нейроны, и подразумевают, что эти нейроны имеют более крупные дендриты. Принимая во внимание результаты Genç et al. (2018) и Горюнова и др.(2018) вместе предполагают, что нейронные цепи, связанные с высшим интеллектом, организованы редко и эффективно. Более крупные и сложные пирамидные нейроны более рассредоточены в корковом пространстве и занимают больший объем коры.

Выводы и перспективы на будущее

Визуализация головного мозга послужила основой для исследования нейробиологии интеллекта, указав важные функциональные и структурные макроанатомические области, участвующие в интеллекте — общий объем и толщину серого вещества, целостность и функцию белого вещества в височной, лобной и теменной области коры головного мозга.Однако очевидно, что нейровизуализация в нынешней форме не может обеспечить временное и пространственное разрешение, достаточное для изучения вычислительных строительных блоков мозга — нейронов и синаптических контактов.

С другой стороны, исследования GWAS сосредоточились на другой крайности этого спектра — генах интеллекта. Большой прогресс был достигнут за счет увеличения размеров выборки и объединения нескольких когорт. Результаты показывают, что 98% связанных генетических вариантов не кодируются в функциональный белок и, вероятно, выполняют регуляторную функцию на разных стадиях нервного развития.Однако небольшой процент генов, которые действительно продуцируют функциональные белки, вовлечен в различные нейрональные функции, включая синаптическую функцию и пластичность, межклеточные взаимодействия и энергетический метаболизм. Важно отметить, что растущая база данных профилей экспрессии генов позволила точно определить экспрессию ассоциированных генов в основных нейронах коры и среднего мозга — пирамидных и средних шиповатых нейронах.

Клеточная нейробиология резецированной ткани головного мозга человека может предложить новые перспективы. Интересные первоначальные результаты уже связали функцию и структуру пирамидных клеток с интеллектом человека, выявив положительную корреляцию между размером дендритов, скоростью потенциала действия и IQ.Однако многие вопросы до сих пор остаются без ответа.

Какие типы нейронов задействованы в человеческом интеллекте? Недавние достижения в профилировании генов нейронов с разрешением отдельных клеток показывают, что существует около 50 типов транскриптомных пирамидных клеток у мышей, а различные области мозга содержат еще новые наборы транскриптомных типов (Tasic et al., 2018). Информация, содержащаяся в транскриптомах, связывает типы с их региональной специфичностью к дальнодействующим целям.То же самое можно сказать и о средних шиповатых нейронах полосатого тела, где подробная карта проекции связности всей коры головного мозга позволила идентифицировать 29 различных функциональных доменов (Hintiryan et al., 2016). Таким образом, как пирамидные, так и средние шиповатые нейроны образуют очень разнородные популяции с разными типами клеток, имеющими разные функции и свои специфические паттерны связи с остальной частью мозга. Как эти типы клеток мыши соответствуют типам клеток человека? Как разные типы клеток поддерживают общий интеллект и определенные когнитивные способности человеческого мозга? Ответы потребуют масштабных усилий, которые позволят анализировать большое количество не только человеческих когорт, но также клеток и типов клеток.Это может стать возможным благодаря недавним крупномасштабным совместным инициативам, начатым по всему миру (Brose, 2016).

Авторские взносы

NG и HM разработали концепцию обзора и написали текст. Н.Г. сделала цифры.

Финансирование

NG получил финансирование от Нидерландской организации научных исследований (NWO; грант VENI). HM получила финансирование для этой работы от Нидерландской организации научных исследований (NWO; грант VICI), ERC StG ​​«BrainSignals», ЕС h3020 [Соглашение о гранте No.785907 (HBP SGA2)].

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Алеман, А., Верхар, Х. Дж., Де Хаан, Э. Х., де Фрис, В. Р., Самсон, М. М., Дрент, М. Л. и др. (1999). Инсулиноподобный фактор роста-I и когнитивные функции у здоровых пожилых мужчин. J. Clin. Эндокринол. Метаб. 84, 471–475. DOI: 10.1210 / jc.84.2.471

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Alnæs, D., Kaufmann, T., Doan, N.T., Córdova-Palomera, A., Wang, Y., Bettella, F., et al. (2018). Связь наследственных когнитивных способностей и психопатологии со свойствами белого вещества у детей и подростков. JAMA Psychiatry 75, 287–295. DOI: 10.1001 / jamapsychiatry.2017.4277

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андреасен, Н.К., Флаум, М., Суэйзи, В. II., О’Лири, Д. С., Аллигер, Р., Коэн, Г. и др. (1993). Интеллект и структура мозга у нормальных людей. г. J. Psychiatry 150, 130–134. DOI: 10.1176 / ajp.150.1.130

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ардли, К. Г., Делука, Д. С., Сегре, А. В., Салливан, Т. Дж., Янг, Т. Р., Гельфанд, Э. Т. и др. (2015). Геномика человека. пилотный анализ экспрессии генотипа в ткани (GTEx): регуляция многотканевых генов у людей. Наука 348, 648–660. DOI: 10.1126 / science.1262110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аттуэлл, Д., и Лафлин, С. Б. (2001). Энергетический баланс для передачи сигналов в сером веществе мозга. J. Cereb. Blood Flow Metab. 21, 1133–1145. DOI: 10.1097 / 00004647-200110000-00001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барретт П., Айзенк Х. Дж. И Лаккинг С. (1986). Время реакции и интеллект: повторное исследование. Интеллект 10, 9–40. DOI: 10.1016 / 0160-2896 (86) -5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бателт, Дж., Шериф, Г., Нобре, К., и Астле, Д. (2018). Полноценная организация белого вещества, интеллект и образовательный уровень. bioRxiv : 297713 [Препринт] . DOI: 10.1101 / 297713

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Больё-Ларош, Л., Толоза, Э. Х. С., ван дер Гус, М.-С., Лафуркад, М., Барнаджан, Д., Уильямс, З. М. и др. (2018). Повышенная дендритная компартментализация в корковых нейронах человека. Ячейка 175, 643.e14–651.e14. DOI: 10.1016 / j.cell.2018.08.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Беккерс, Дж. М., и Хойссер, М. (2007). Нацеленная дендротомия выявляет активный и пассивный вклад дендритного дерева в синаптическую интеграцию и выход нейронов. Proc. Natl. Акад. Sci. U S A 104, 11447–11452. DOI: 10.1073 / pnas.0701586104

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берген, С.Э., Гарднер К. О., Кендлер К. С. (2007). Возрастные изменения наследуемости поведенческих фенотипов в подростковом и молодом возрасте: метаанализ. Twin Res. Гм. Genet. 10, 423–433. DOI: 10.1375 / twin.10.3.423

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брайли, Д. А., Такер-Дроб, Э. М. (2013). Объяснение возрастающей наследуемости когнитивных способностей в процессе развития: метаанализ продольных исследований близнецов и усыновлений. Psychol. Sci. 24, 1704–1713. DOI: 10.1177 / 0956797613478618

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брауэр, Р. М., ван Солен, И. Л. К., Свагерман, С. К., Шнак, Х. Г., Эли, Э. А., Кан, Р. С. и др. (2014). Генетические ассоциации между интеллектом и толщиной коры возникают в начале полового созревания. Hum. Brain Mapp. 35, 3760–3773. DOI: 10.1002 / hbm.22435

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мясник, Л.М., Дэвис, О. С. П., Крейг, И. В., и Пломин, Р. (2008). Полногеномное сканирование ассоциации локусов количественных признаков общих когнитивных способностей с использованием объединенной ДНК и микрочипов однонуклеотидного полиморфизма 500 тыс. Genes Brain Behav. 7, 435–446. DOI: 10.1111 / j.1601-183x.2007.00368.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кахал, С. Р. Я. (1893). Nueva concepta de la histologia de los centros nervesos. Ann. Surg. 18: 122. DOI: 10.1097 / 00000658-189307000-00018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэрролл, Дж. Б. (1993). Когнитивные способности человека: обзор факторно-аналитических исследований. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета.

Google Scholar

Choi, Y.Y., Shamosh, N.A., Cho, S.H., DeYoung, C.G., Lee, M.J., Lee, J.-M., et al. (2008). Множественные основы человеческого интеллекта, выявленные по толщине коры и активации нейронов. J. Neurosci. 28, 10323–10329.DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.3259-08.2008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, Дж. Р. И., Бриойс, Дж., Гаспар, Х. А., Янсен, П. Р., Сэвидж, Дж. Э., Скин, Н. и др. (2019). Биологическая аннотация генетических локусов, связанных с интеллектом, в метаанализе 87 740 человек. Мол. Психиатрия 24, 182–197. DOI: 10.1038 / s41380-018-0040-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Колом, Р., Хайер, Р.J., Head, K., Álvarez-Linera, J., Quiroga, M. B., Shih, P. C., et al. (2009). Серое вещество коррелирует с жидким, кристаллизованным и пространственным интеллектом: тестирование модели P-FIT. Интеллект 37, 124–135. DOI: 10.1016 / j.intell.2008.07.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Косталес Дж., Колевзон А. (2016). Терапевтический потенциал инсулиноподобного фактора роста-1 при расстройствах центральной нервной системы. Neurosci. Biobehav. Ред. 63, 207–222.DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2016.01.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис, Г., Армстронг, Н., Бис, Дж. К., Бресслер, Дж., Чураки, В., Гиддалуру, С. и др. (2015). Генетический вклад в изменение общей когнитивной функции: метаанализ исследований ассоциаций всего генома в консорциуме CHARGE (N = 53949). Мол. Психиатрия 20, 183–192. DOI: 10.1038 / mp.2014.188

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис, Г., Мариони, Р. Э., Левальд, Д. К., Хилл, В. Д., Хагенаарс, С. П., Харрис, С. Е. и др. (2016). Полногеномное ассоциативное исследование когнитивных функций и уровня образования в UK Biobank (N = 112 151). Мол. Психиатрия 21, 758–767. DOI: 10.1038 / mp.2016.45

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис, Г., Тенеса, А., Пэйтон, А., Янг, Дж., Харрис, С. Е., Ливальд, Д., и др. (2011). Полногеномные ассоциативные исследования показывают, что человеческий интеллект передается по наследству и полигенен. Мол. Психиатрия 16, 996–1005. DOI: 10.1038 / mp.2011.85

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис, О.С.П., Арден, Р., Пломин, Р. (2008). g в среднем детстве: умеренное генетическое и общее влияние окружающей среды с использованием различных показателей общих когнитивных способностей в 7, 9 и 10 лет в большой выборке близнецов. Интеллект 36, 68–80. DOI: 10.1016 / j.intell.2007.01.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уважаемый, И.Дж., Патти, А., и Старр, Дж. М. (2013). Стабильность интеллекта от 11 до 90 лет: когорта рождения Лотиана 1921 г. Psychol. Sci. 24, 2361–2368. DOI: 10.1177 / 0956797613486487

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дири И. Дж., Стрэнд С., Смит П. и Фернандес К. (2007). Интеллект и образовательные достижения. Интеллект 35, 13–21. DOI: 10.1016 / j.intell.2006.02.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дейтчер, Ю., Эяль, Г., Канари, Л., Верхуг, М. Б., Атенекенг, Каху, Г. А., Мансвелдер, Х. Д. и др. (2017). Комплексный морфо-электротонический анализ показывает 2 различных класса пирамидных нейронов L2 и L3 в височной коре головного мозга человека. Cereb. Cortex 27, 5398–5414. DOI: 10.1093 / cercor / bhx226

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

de la Torre-Ubieta, L., Stein, J. L., Won, H., Opland, C.K., Liang, D., Lu, D., et al. (2018). Динамический ландшафт открытого хроматина во время коркового нейрогенеза человека. Ячейка 172, 289.e18–304.e18. DOI: 10.1016 / j.cell.2017.12.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Драганский Б., Газер К., Буш В., Шуерер Г., Богдан У. и Мэй А. (2004). Нейропластичность: изменения серого вещества, вызванные тренировкой. Природа 427, 311–312. DOI: 10.1038 / 427311a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дункан, Дж., Зейтц, Р. Дж., Колодный, Дж., Бор, Д., Герцог, Х., Ахмед А. и др. (2000). Нейронная основа общего интеллекта. Наука 289, 457–460. DOI: 10.1126 / science.289.5478.457

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элстон Г. Н., Бенавидес-Пиччоне Р. и ДеФелипе Дж. (2001). Пирамидная клетка в познании: сравнительное исследование у человека и обезьяны. J. Neurosci. 21: RC163. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.21-17-j0002.2001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элстон, Г.Н., Фудзита И. (2014). Развитие пирамидных клеток: постнатальный спиногенез, рост дендритов, рост аксонов и электрофизиология. Фронт. Нейроанат. 8:78. DOI: 10.3389 / fnana.2014.00078

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Энгл Р. В., Тухольски С. В., Лафлин Дж. Э. и Конвей А. Р. (1999). Рабочая память, кратковременная память и общий гибкий интеллект: подход с латентной переменной. J. Exp. Psychol. Gen. 128, 309–331.DOI: 10.1037 / 0096-3445.128.3.309

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эскориал, С., Роман, Ф. Дж., Мартинес, К., Бургалета, М., Карама, С., и Колом, Р. (2015). Половые различия в неокортикальной структуре и когнитивных способностях: поверхностное морфометрическое исследование. Нейроизображение 104, 355–365. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2014.09.035

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эяль, Г., Мансвелдер, Х. Д., де Кок, К.П. Дж., Сегев И. (2014). Дендриты влияют на кодирующие возможности аксона. J. Neurosci. 34, 8063–8071. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.5431-13.2014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эял, Г., Верхуг, М. Б., Теста-Сильва, Г., Дейтчер, Ю., Бенавидес-Пиччоне, Р., ДеФелипе, Дж. И др. (2018). Пирамидные нейроны коры головного мозга человека: от шипов до шипов с помощью моделей. bioRxiv : 267898 [Препринт] . DOI: 10.1101 / 267898

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эял, Г., Verhoog, M. B., Testa-Silva, G., Deitcher, Y., Lodder, J. C., Benavides-Piccione, R., et al. (2016). Уникальные мембранные свойства и улучшенная обработка сигналов в нейронах неокортекса человека. Элиф 5: e16553. DOI: 10.7554 / eLife.16553

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фоверсков, Э., Мортенсен, Э. Л., Холм, А., Педерсен, Дж. Л. М., Ослер, М., Лунд, Р. (2017). Социально-экономическое положение на протяжении всей жизни и когнитивные способности в более позднем возрасте: важность рассмотрения когнитивных способностей в раннем возрасте. J. Старение здоровья doi: 10.1177 / 0898264317742810 [Epub перед печатью].

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гаспар, Х.А., Брин, Г. (2017). Обогащение и открытие лекарств на основе результатов полногеномной ассоциации шизофрении: подход к анализу и визуализации. Sci. Отчет 7: 12460. DOI: 10.1038 / s41598-017-12325-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Genç, E., Fraenz, C., Schlüter, C., Friedrich, P., Hossiep, R., Voelkle, M.C., et al. (2018). Маркеры диффузии плотности дендритов и ветвления в сером веществе предсказывают различия в интеллекте. Nat. Commun. 9: 1905. DOI: 10.1038 / s41467-018-04268-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gogtay, N., Giedd, J. N., Lusk, L., Hayashi, K. M., Greenstein, D., Vaituzis, A.C., et al. (2004). Динамическое картирование коркового развития человека в детстве и раннем взрослении. Proc. Natl. Акад. Sci. U S A 101, 8174–8179. DOI: 10.1073 / pnas.0402680101

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Горюнова Н.А., Хейер Д. Б., Уилберс Р., Верхуг М. Б., Джульяно М., Вербист К. и др. (2018). Большие и быстрые пирамидные нейроны человека связаны с интеллектом. Элиф 7: e41714. DOI: 10.7554 / elife.41714

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Готтфредсон, Л.С.(1997). Почему имеет значение g: сложность повседневной жизни. Интеллект 24, 79–132. DOI: 10.1016 / s0160-2896 (97)

-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайер Р. Дж., Юнг Р. Э., Йео Р. А., Хед К. и Алкире М. Т. (2004). Структурная изменчивость мозга и общий интеллект. Нейроизображение 23, 425–433. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2004.04.025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайер, Р. Дж., Юнг, Р.Э., Йео, Р. А., Хед, К., и Алкире, М. Т. (2005). Нейроанатомия общего интеллекта: секс имеет значение. Нейроизображение 25, 320–327. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2004.11.019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Haier, R.J., Siegel, B.V. мл., Nuechterlein, K.H., Hazlett, E., Wu, J.C., Paek, J., et al. (1988). Скорость коркового метаболизма глюкозы коррелирует с абстрактными рассуждениями и вниманием, изучаемыми с помощью позитронно-эмиссионной томографии. Интеллект 12, 199–217.DOI: 10.1016 / 0160-2896 (88)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hardingham, G. E., Pruunsild, P., Greenberg, M. E., and Bading, H. (2018). Дивергенция линий транскрипции, управляемой деятельностью, и эволюция когнитивных способностей. Nat. Rev. Neurosci. 19, 9–15. DOI: 10.1038 / номер 2017.138

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Herculano-Houzel, S. (2012). Замечательный, но не экстраординарный человеческий мозг как увеличенный мозг приматов и связанные с этим затраты. Proc. Natl. Акад. Sci. U S A 109, 10661–10668. DOI: 10.1073 / pnas.1201895109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрнандес, Ф., и Авила, Дж. (2017). Комментарий: полногеномное ассоциативное исследование выявило 74 локуса, связанных с уровнем образования. Фронт. Мол. Neurosci. 10:23. DOI: 10.3389 / fnmol.2017.00023

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хинтирян, Х., Фостер, Н. Н., Боуман, И., Бэй, М., Сонг, М. Ю., Гоу, Л. и др. (2016). Кортико-полосатый протез мыши. Nat. Neurosci. 19, 1100–1114. DOI: 10.1038 / nn.4332

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ходжкин А. Л. и Хаксли А. Ф. (1952). Токи переносятся ионами натрия и калия через мембрану гигантского аксона Лолиго. J. Physiol. 116, 449–472. DOI: 10.1113 / jphysiol.1952.sp004717

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hulshoff Pol, H.E., Schnack, H.G., Posthuma, D., Mandl, R.C.W., Baaré, W.F., van Oel, C., et al. (2006). Генетический вклад в морфологию и интеллект человеческого мозга. J. Neurosci. 26, 10235–10242. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.1312-06.2006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джейкобс Б., Шалл М., Пратер М., Каплер Э., Дрисколл Л., Бака С. и др. (2001). Региональные дендриты и вариации позвоночника в коре головного мозга человека: количественное исследование Гольджи. Cereb. Cortex 11, 558–571. DOI: 10.1093 / cercor / 11.6.558

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юнг Р. Э. и Хайер Р. Дж. (2007). Теория теменно-фронтальной интеграции (P-FIT) интеллекта: конвергентные данные нейровизуализации. Behav. Brain Sci. 30, 135–154; обсуждение 154–187. DOI: 10.1017 / s0140525x07001185

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кальмбач Б. Э., Бучин А., Лонг Б., Клоуз, Дж., Нанди, А., Миллер, Дж. А. и др. (2018). h-каналы вносят вклад в дивергентные внутренние свойства мембран супрагранулярных пирамидных нейронов в коре головного мозга человека по сравнению с мышиной. Neuron 100, 1194.e5–1208.e5. DOI: 10.1016 / j.neuron.2018.10.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карама, С., Ад-Даб’баг, Ю., Хайер, Р. Дж., Дири, И. Дж., Литтелтон, О. К., Лепаж, К., et al. (2009). Положительная связь между когнитивными способностями и толщиной коркового слоя в репрезентативной выборке здоровых детей в возрасте от 6 до 18 лет в США. Интеллект 37, 145–155. DOI: 10.1016 / s1053-8119 (09) 70678-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кастури, Н., Хейворт, К. Дж., Бергер, Д. Р., Шалек, Р. Л., Кончелло, Дж. А., Ноулз-Барли, С. и др. (2015). Насыщенная реконструкция объема неокортекса. Ячейка 162, 648–661. DOI: 10.1016 / j.cell.2015.06.054

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крамвис, И., Мансвелдер, Х.Д., и Мередит, Р. М. (2018). Жизнь нейронов после смерти: электрофизиологические записи нейронов в ткани мозга взрослого человека, полученные в результате хирургической резекции или вскрытия. Handb. Clin. Neurol. 150, 319–333. DOI: 10.1016 / b978-0-444-63639-3.00022-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лам, М., Трампуш, Дж. У., Ю, Дж., Ноулз, Э., Дэвис, Г., Ливальд, Д. К. и др. (2017). Крупномасштабный когнитивный мета-анализ GWAS выявляет тканеспецифическую нервную экспрессию и потенциальные мишени для ноотропных препаратов. Cell Rep. 21, 2597–2613. DOI: 10.1016 / j.celrep.2017.11.028

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мангер П. Р., Споктер М. А. и Пацке Н. (2013). Эволюция большого размера мозга у млекопитающих: «клубный квартет весом более 700 грамм». Brain Behav. Evol. 82, 68–78. DOI: 10.1159 / 000352056

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макдэниел, М. (2005). Люди с большим мозгом умнее: метаанализ взаимосвязи между in vivo объемом мозга и интеллектом. Интеллект 33, 337–346. DOI: 10.1016 / j.intell.2004.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mohan, H., Verhoog, M. B., Doreswamy, K. K., Eyal, G., Aardse, R., Lodder, B. N., et al. (2015). Дендритная и аксональная архитектура отдельных пирамидных нейронов в слоях неокортекса взрослого человека. Cereb. Cortex 25, 4839–4853. DOI: 10.1093 / cercor / bhv188

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мольнар, Г., Olah, S., Komlósi, G., Füle, M., Szabadics, J., Varga, C., et al. (2008). Сложные события, инициированные отдельными спайками в коре головного мозга человека. PLoS Biol. 6: e222. DOI: 10.1371 / journal.pbio.0060222

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мортенсен, Х.С., Паккенберг, Б., Дам, М., Дитц, Р., Сонне, К., Миккельсен, Б. и др. (2014). Количественные отношения в неокортексе дельфинид. Фронт. Нейроанат. 8: 132. DOI: 10.3389 / fnana.2014.00132

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мютцель, Р. Л., Мус, С. Э., ван дер Энде, Дж., Бланкен, Л. М. Э., ван дер Лугт, А., Джаддо, В. В. В. и др. (2015). Целостность белого вещества и когнитивные способности у детей школьного возраста: популяционное нейровизуализационное исследование. Нейроизображение 119, 119–128. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2015.06.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нарр, К. Л., Вудс, Р.П., Томпсон, П. М., Шешко, П., Робинсон, Д., Димчева, Т. и др. (2007). Связь между IQ и региональной толщиной серого вещества коры у здоровых взрослых. Cereb. Cortex 17, 2163–2171. DOI: 10.1093 / cercor / bhl125

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниблок М. М., Брунсо-Бехтольд Дж. К. и Риддл Д. Р. (2000). Инсулиноподобный фактор роста I стимулирует рост дендритов в первичной соматосенсорной коре. J. Neurosci. 20, 4165–4176.DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.20-11-04165.2000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Отани Т., Нестор П. Г., Буикс С., Сайто Ю., Хосокава Т. и Кубицки М. (2014). Вклад белого и серого вещества медиальной лобной части в общий интеллект. PLoS One 9: e112691. DOI: 10.1371 / journal.pone.0112691

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Окбей, А., Бошам, Дж. П., Фонтана, М. А., Ли, Дж. Дж., Перс, Т.H., Rietveld, C.A. и др. (2016). Полногеномное ассоциативное исследование выявило 74 локуса, связанных с уровнем образования. Природа 533, 539–542. DOI: 10.1038 / nature17671

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паккенберг, Б., и Гундерсен, Х. Дж. (1997). Число нейронов неокортекса у человека: влияние пола и возраста. J. Comp. Neurol. 384, 312–320. DOI: 10.1002 / (sici) 1096-9861 (19970728) 384: 2 <312 :: aid-cne10> 3.3.co; 2-g

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пенке, Л., Маньега, С. М., Бастин, М. Е., Вальдес Эрнандес, М. К., Мюррей, К., Ройл, Н. А. и др. (2012). Целостность тракта белого вещества мозга как нейронная основа общего интеллекта. Мол. Психиатрия 17, 1026–1030. DOI: 10.1038 / mp.2012.66

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пичниг, Дж., Пенке, Л., Вичертс, Дж. М., Цайлер, М., и Ворачек, М. (2015). Мета-анализ ассоциаций между объемом человеческого мозга и различиями в интеллекте: насколько они сильны и что они означают? Neurosci.Biobehav. Ред. 57, 411–432. DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2015.09.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Постума, Д., де Геус, Э. Дж. К., Бааре, В. Ф. К., Хульшофф Пол, Х. Э., Кан, Р. С. и Бумсма, Д. И. (2002). Связь между объемом мозга и интеллектом имеет генетическое происхождение. Nat. Neurosci. 5, 83–84. DOI: 10.1038 / nn0202-83

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Постхума, Д., де Геус, Э. Дж., и Бумсма, Д. И. (2001). Скорость восприятия и IQ связаны через общие генетические факторы. Behav. Genet. 31, 593–602. DOI: 10.1023 / A: 1013349512683

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ричи, С. Дж., Бастин, М. Э., Такер-Дроб, Э. М., Маньега, С. М., Энгельгардт, Л. Е., Кокс, С. Р. и др. (2015). Сопутствующие изменения микроструктуры белого вещества мозга и подвижного интеллекта в более позднем возрасте. J. Neurosci. 35, 8672–8682.DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.0862-15.2015

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райман С.Г., Йео Р.А., Виткевиц К., Вахтин А.А., ван ден Хеувель М., де Реус М. и др. (2016). Эффективность лобно-теменного серого вещества и белого вещества по-разному предсказывает интеллект у мужчин и женщин. Hum. Brain Mapp. 37, 4006–4016. DOI: 10.1002 / hbm.23291

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сэвидж, Дж.E., Jansen, P.R., Stringer, S., Watanabe, K., Bryois, J., de Leeuw, C.A., et al. (2018). Полногеномный метаанализ ассоциаций 269867 человек выявил новые генетические и функциональные связи с интеллектом. Nat. Genet. 50, 912–919. DOI: 10.1038 / s41588-018-0152-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Scholtens, L.H., Schmidt, R., de Reus, M.A., и van den Heuvel, M.P. (2014). Связывание аналитической организации макромасштабного графа с микромасштабной нейроархитектоникой в ​​коннектоме макак. J. Neurosci. 34, 12192–12205. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.0752-14.2014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Shaw, P., Greenstein, D., Lerch, J., Clasen, L., Lenroot, R., Gogtay, N., et al. (2006). Интеллектуальные способности и корковое развитие у детей и подростков. Природа 440, 676–679. DOI: 10.1038 / nature04513

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, С. Л., Смит, И. Т., Бранко, Т., и Häusser, M. (2013). Дендритные шипы повышают избирательность стимулов в нейронах коры in vivo . Природа 503, 115–120. DOI: 10.1038 / природа12600

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сникерс, С., Стрингер, С., Ватанабе, К., Янсен, П. Р., Коулман, Дж. Р. И., Крапол, Э. и др. (2017). Полногеномный метаанализ ассоциации 78 308 человек выявил новые локусы и гены, влияющие на человеческий интеллект. Nat. Genet. 11: 201. DOI: 10,1038 / нг.3869

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Соррентино, П., Нибоер, Д., Твиск, Дж. У. Р., Стэм, К. Дж., Доу, Л., и Хиллебранд, А. (2017). Иерархия мозговых сетей связана с фактором роста инсулина-1 в большой когорте здоровых людей среднего возраста: исследовательское магнитоэнцефалографическое исследование. Brain Connect 7, 321–330. DOI: 10.1089 / brain.2016.0469

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Спирмен, К.(1904). «Общий интеллект» объективно определяется и измеряется. г. J. Psychol. 15, 201–292. DOI: 10.2307 / 1412107

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ташич Б., Яо З., Грейбак Л. Т., Смит К. А., Нгуен Т. Н., Бертаньолли Д. и др. (2018). Общие и отдельные типы транскриптомных клеток в неокортикальных областях. Природа 563, 72–78. DOI: 10.1038 / s41586-018-0654-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Теста-Силва, Г., Verhoog, M. B., Goriounova, N. A., Loebel, A., Hjorth, J., Baayen, J. C., et al. (2010). Человеческие синапсы демонстрируют широкое временное окно для пластичности, зависящей от времени спайков. Фронт. Synaptic Neurosci. 2:12. DOI: 10.3389 / fnsyn.2010.00012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Testa-Silva, G., Verhoog, M. B., Linaro, D., de Kock, C. P. J., Baayen, J. C., Meredith, R.M., et al. (2014). Синаптическая связь с высокой пропускной способностью и отслеживание частоты в неокортексе человека. PLoS Biol. 12: e1002007. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1002007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томпсон, П. М., Кэннон, Т. Д., Нар, К. Л., ван Эрп, Т., Поутанен, В. П., Хуттунен, М. и др. (2001). Генетические влияния на структуру мозга. Nat. Neurosci. 4, 1253–1258. DOI: 10.1038 / nn758

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трампуш, Дж. У., Янг, М. Л. З., Ю, Дж., Ноулз, Э., Дэвис, Г., Liewald, D.C., et al. (2017). Мета-анализ GWAS обнаруживает новые локусы и генетические корреляты для общей когнитивной функции: отчет консорциума COGENT. Мол. Психиатрия 22, 336–345. DOI: 10.1038 / mp.2016.244

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тумати, С., Бургер, Х., Мартенс, С., ван дер Схоув, Ю. Т., и Алеман, А. (2016). Связь между когнитивными функциями и сывороточным инсулиноподобным фактором роста-1 у мужчин среднего и старшего возраста: последующее исследование через 8 лет. PLoS One 11: e0154450. DOI: 10.1371 / journal.pone.0154450

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

ван ден Хеувель, М. П., Шолтенс, Л. Х., Фельдман Барретт, Л., Хильгетаг, К. К., и де Реус, М. А. (2015). Мостовая цитоархитектоника и коннектомика в коре головного мозга человека. J. Neurosci. 35, 13943–13948. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2630-15.2015

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Верхоог, м.Б., Горюнова, Н. А., Обермайер, Дж., Стредер, Дж., Хьорт, Дж. Дж. Дж., Теста-Сильва, Г. и др. (2013). Механизмы, лежащие в основе правил ассоциативной пластичности неокортикальных синапсов взрослого человека. J. Neurosci. 33, 17197–17208. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.3158-13.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Verhoog, M. B., Obermayer, J., Kortleven, C. A., Wilbers, R., Wester, J., Baayen, J. C., et al. (2016). Слоисто-специфический холинергический контроль синаптической пластичности коры мозга человека и мыши. Nat. Commun. 7: 12826. DOI: 10.1038 / ncomms12826

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вернон П. (1983). Скорость обработки информации и общий интеллект. Интеллект 7, 53–70. DOI: 10.1016 / 0160-2896 (83)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Феттер П., Рот А. и Хойссер М. (2001). Распространение потенциалов действия в дендритах зависит от морфологии дендритов. J. Neurophysiol. 85, 926–937. DOI: 10.1152 / jn.2001.85.2.926

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, В., Лю, П., Вэй, Д., Ли, В., Хитчман, Г., Ли, X., et al. (2014). Самки и самцы полагаются на разные области коры головного мозга в рассуждающей способности матриц ворона: данные исследования морфометрии на основе вокселей. PLoS One 9: e93104. DOI: 10.1371 / journal.pone.0093104

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., С., Li, J., Liu, Y., Qin, W., Li, Y., Shu, N., et al. (2008). Целостность тракта белого вещества и интеллект у пациентов с умственной отсталостью и здоровых взрослых. Нейроизображение 40, 1533–1541. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2008.01.063

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Забане Д., Краполь Э., Гаспар Х. А., Кертис К., Ли С. Х., Патель Х. и др. (2018). Полногеномное ассоциативное исследование чрезвычайно высокого интеллекта. Мол. Психиатрия 23, 1226–1232.DOI: 10.1038 / mp.2017.121

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, Х., Шен, Э. Х., Хоманн, Дж. Г., О, С. У., Бернард, А., Роял, Дж. Дж. И др. (2012). Профилирование генов крупномасштабного клеточного разрешения в неокортексе человека позволяет выявить видоспецифические молекулярные сигнатуры. Ячейка 149, 483–496. DOI: 10.1016 / j.cell.2012.02.052

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Унаследован ли интеллект? Генетическое объяснение

Вы когда-нибудь задумывались, были ли когнитивные способности вашего ребенка унаследованы или основаны на факторах окружающей среды? Фактически, человеческий интеллект представляет собой довольно равное сочетание генетических факторов и влияний окружающей среды.Генетические различия в когнитивных способностях с большей вероятностью передаются от матери к ребенку, чем от отца к ребенку (так что все вы, мамы, читая это, вы были правы с самого начала).

Подробнее: Является ли личность генетической?

Я широко изучал как генетику, так и когнитивные науки, и я здесь, чтобы немного рассказать вам о том, является ли познание результатом генетического влияния или других факторов, таких как социально-экономический статус, и как эти факторы работают вместе как детерминанты общих когнитивных способностей .

Что такое интеллект?

Точное определение интеллекта сложно определить, но в целом когнитивные способности относятся к способности учиться на собственном опыте и адаптироваться к меняющимся условиям. Когнитивная функция включает в себя навыки рассуждения, планирования и решения проблем, а также способность мыслить абстрактно и понимать сложные идеи.

Различия в интеллекте основаны как на генетических факторах, так и на влияниях окружающей среды. Фактическое развитие мозга — это сочетание потенциала и способности реализовать этот потенциал.Человеческий интеллект зависит от того, чего человек способен достичь и чего он на самом деле достигает.

Как измеряется интеллект?

Генетикам известно, что на когнитивные способности влияют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды. Чтобы сделать такие выводы, им пришлось основывать свои исследования на согласованном определении общего интеллекта.

Так как же измерить общий интеллект? Это непросто, когда есть так много способов быть «умными». Конечно, есть ученые-ракетчики, которые не умеют писать, чтобы спасти свою жизнь, или артистические виртуозы, которые не могут сбалансировать чековую книжку.

Большинство генетических исследований опирается на коэффициент интеллекта (тест IQ), чтобы создать основу для исследований человеческого интеллекта. Исследователи используют показатели IQ, чтобы сравнить различия в интеллекте и выяснить, играет ли роль наследственность и в какой степени.

Есть ли ген интеллекта?

Короткий ответ: нет, не существует конкретного гена, который определяет общую когнитивную функцию. Интеллект — это сложная черта, что означает, что существует несколько аллелей и несколько генов, работающих вместе, чтобы определить показатель iq человека.

Генетика интеллекта тоже рассказывает только часть истории человека. Хотя генетические варианты действительно играют большую роль в том, имеет ли человек высокий IQ, генетические исследования показывают, что общие когнитивные способности также зависят от социально-экономического статуса и от того, был ли человек предоставлен шанс реализовать свой потенциал.

Унаследован ли интеллект?

Общий интеллект определенно присутствует в семье. Исследования близнецов (как однояйцевых, так и разнояйцевых близнецов) показали, что наследуемость IQ составляет от 57% до 73%, а в некоторых случаях даже выше.

Интересно, что генетические исследования показали, что на IQ ребенка меньше влияют гены интеллекта, чем у взрослого. Это может быть связано с тем, что дети все еще развивают свои познания и могут находиться на разных стадиях развития мозга. Индивидуальные различия между результатами исследований детей также указывают на то, что исследования генетики интеллекта должны основываться на исследованиях подростков и взрослых, а не на исследованиях детей.

Я получил это от моей мамы

Согласно исследованиям в области геномики, гены, контролирующие когнитивные функции, скорее унаследованы от матери, чем от отца.Многие аллели, содержащие детерминанты интеллекта, переносятся на Х-хромосому. Поскольку женщины обладают двумя копиями Х-хромосомы, а мужчины — только одной, вероятность того, что эти аллели передаются детям, более высока.

На самом деле могло случиться так, что общие когнитивные способности исходят только от матери. Некоторые исследования генетики интеллекта показали, что гены продвинутых когнитивных функций, унаследованные от отца, могут автоматически деактивироваться.Эти генетические детерминанты называются обусловленными генами.

Раса и интеллект

Генетические исследования утверждают, что нет никакой корреляции между расой и общими когнитивными способностями. Это подтверждается тем фактом, что раса — это социальная конструкция, а не что-то, что существует в геноме. Другими словами, все мы люди. Вы не наследуете определенную расу, и ваша раса не влияет на ваши результаты в тестах интеллекта. Генетики утверждают, что любые прошлые исследования, которые утверждали обратное, были ошибочными и не учитывали социально-экономический статус, неравенство в образовании и другие факторы окружающей среды.

Факторы окружающей среды и интеллект

Генетика играет роль в том, как человек выполняет тесты интеллекта, но существуют также предикторы и детерминанты среды.

Возвращаясь к нашему определению интеллекта, это комбинация нашей генетической предрасположенности и наших фактических образовательных достижений. Социально-экономический статус играет важную роль в том, какие возможности предоставляются человеку в течение его жизни. Шансы на развитие интеллекта необходимы, чтобы полностью раскрыть свой потенциал.

Подумайте об этом так: человек, рожденный с генетической предрасположенностью к среднему интеллекту, может достичь среднего показателя IQ, если вырастет со здоровым питанием и всесторонним образованием. Если у них дома есть родитель, который помогает им делать домашнее задание, семья может позволить себе здоровую пищу, а район предлагает возможность выйти на улицу и побегать, они с большей вероятностью будут проявлять максимальные когнитивные способности генетически. предоставлено им. Но если у них нет таких опор (а это лишь несколько примеров из многих), они могут достичь более низкого показателя iq, чем этот, с теми же генетическими детерминантами.

Другой способ понять, как влияние окружающей среды соотносится с генетическими предикторами, — это подумать о спортсмене. Унаследованные качества, такие как сила, ловкость и рост, явно влияют на высший потенциал спортсмена. Но если он так и не научится играть в баскетбол или не будет иметь доступа к лучшим тренерам, он, возможно, не сможет реализовать этот потенциал. С другой стороны, ребенок, у которого есть все лучшие виды спортивной поддержки, но просто не предрасположен генетически к успеху в определенной поддержке, может только зайти так далеко.

Когда дело доходит до умственных способностей, в детстве наибольшее влияние оказывают факторы окружающей среды. Вот почему так важно продвигать справедливость в отношении детей.

Влияние генетики и окружающей среды на интеллект

Какую роль в определении интеллекта играют генетические факторы и влияние окружающей среды? Этот вопрос был одной из самых спорных тем в истории психологии и остается горячей темой для дискуссий по сей день.

Помимо разногласий по поводу основной природы интеллекта, психологи потратили много времени и энергии на обсуждение различных влияний на индивидуальный интеллект.Дебаты сосредоточены на одном из главных вопросов психологии: что важнее — природа или воспитание?

Играют ли генетика или интеллект большую роль в определении интеллекта?

Сегодня психологи признают, что и генетика, и окружающая среда играют роль в определении интеллекта.

Теперь необходимо точно определить, какое влияние оказывает каждый фактор.

Исследования близнецов предполагают, что разница в IQ связана с генетикой.Это исследование предполагает, что генетика может играть большую роль в определении индивидуального IQ, чем факторы окружающей среды.

Важно отметить, что генетика интеллекта не контролируется одним «геном интеллекта». Напротив, это результат сложных взаимодействий между многими генами. Далее важно отметить, что генетика и окружающая среда взаимодействуют, чтобы точно определить, как экспрессируются унаследованные гены.

Например, если у человека высокие родители, вполне вероятно, что он тоже вырастет высоким.Однако на точный рост человека могут влиять факторы окружающей среды, такие как питание и болезни.

Ребенок может родиться с генами яркости, но если этот ребенок растет в неблагополучной среде, где он недоедает и не имеет доступа к возможностям образования, он может не набрать высокие баллы по показателям IQ.

Свидетельства генетического влияния на интеллект

• Исследования близнецов показывают, что IQ однояйцевых близнецов более похожи, чем у однояйцевых близнецов.
• Братья и сестры, выросшие вместе в одном доме, имеют IQ, более похожий на IQ, чем у приемных детей, выросших вместе в одной и той же среде.

Помимо унаследованных характеристик, на интеллект также могут влиять другие биологические факторы, такие как возраст матери, пренатальное воздействие вредных веществ и дородовое недоедание.

Исследования показали, что люди с более низким интеллектом чаще сообщают о преступной виктимизации, которая может иметь серьезные последствия, включая телесные повреждения, утрату имущества, а также психологические и эмоциональные травмы.

Свидетельства влияния окружающей среды на интеллект

• У однояйцевых близнецов, воспитываемых порознь, IQ меньше, чем у однояйцевых близнецов, выращенных в одной и той же среде.
• Посещаемость школы влияет на показатели IQ.
• Дети, находившиеся на грудном вскармливании в течение 12 месяцев или дольше, имели более высокий IQ (около 3,7 балла) в возрасте 30 лет.

Итак, какими факторами окружающей среды можно объяснить различия в интеллекте?

Например, исследования показали, что у первенцев, как правило, выше IQ, чем у родившихся позже братьев и сестер.

Почему? Многие специалисты считают, что это связано с тем, что первенцам уделяется больше внимания со стороны родителей. Исследования также показывают, что родители ожидают, что старшие дети будут лучше справляться с различными задачами, тогда как родившиеся позже братья и сестры сталкиваются с меньшими ожиданиями, ориентированными на выполнение задач.

Является ли интеллект наследственным? — Scientific American

Ученые исследовали этот вопрос более века, и ответ очевиден: различия между людьми на тестах интеллекта в значительной степени являются результатом генетических различий.

Но давайте разберемся с этим предложением. Мы говорим о средних различиях между людьми, а не об отдельных лицах. Интеллект любого человека может быть сбит с курса из-за своего генетического потенциала, например, из-за детской болезни. Под генетическими мы подразумеваем различия, передаваемые от одного поколения к другому через ДНК. Но все мы разделяем 99,5 процента из наших трех миллиардов пар оснований ДНК, поэтому генетически нас разделяют только 15 миллионов ДНК. И мы должны отметить, что тесты интеллекта включают в себя различные проверки когнитивных способностей и навыков, полученных в школе.Интеллект, более уместно называемый общими когнитивными способностями, отражает чьи-то результаты по широкому спектру различных тестов.

Гены имеют большое значение, но это еще не все. На их долю приходится около половины всех различий в интеллекте людей, поэтому половина — , а не , вызванная генетическими различиями, что убедительно подтверждает важность факторов окружающей среды. Эта оценка в 50 процентов отражает результаты исследований близнецов, усыновлений и ДНК.Из них мы знаем, например, что в более позднем возрасте дети, усыновленные от своих биологических родителей при рождении, так же похожи на своих биологических родителей, как и дети, воспитываемые их биологическими родителями. Точно так же мы знаем, что приемные родители и их приемные дети обычно не похожи друг на друга по интеллекту.

Исследователи сейчас ищут гены, которые влияют на интеллект. За последние несколько лет мы узнали, что задействованы многие, возможно, тысячи генов, оказывающих незначительное влияние.Недавние исследования сотен тысяч людей обнаружили гены, которые объясняют около 5 процентов различий в интеллекте людей. Это хорошее начало, но до 50 процентов еще далеко.

Еще одним особенно интересным недавним открытием является то, что генетическое влияние на измеряемый интеллект со временем, по-видимому, увеличивается с примерно 20 процентов в младенчестве до 40 процентов в детстве и до 60 процентов во взрослом возрасте. Одно из возможных объяснений может заключаться в том, что дети ищут опыта, который коррелирует с их генетическими склонностями и, таким образом, полностью развивает их.

Способность предсказывать когнитивный потенциал по ДНК может оказаться чрезвычайно полезной. Ученые могут использовать ДНК, чтобы попытаться составить карту путей развития, связывающих гены, интеллект, мозг и разум. Что касается практического значения, то в течение десятилетий нам известно о сотнях редких моногенных и хромосомных нарушений, таких как синдром Дауна, которые приводят к умственной отсталости. Обнаружение дополнительных генов, которые способствуют умственной отсталости, может помочь нам предотвратить или, по крайней мере, улучшить эти когнитивные проблемы.

Вопрос задан Ровеной Конг по электронной почте

У вас есть вопрос о мозге, на который вы бы хотели ответить эксперту? Отправьте его по адресу [email protected]

Влияние факторов окружающей среды на коэффициент интеллекта детей

Ind Psychiatry J. 2016 июл-декабрь; 25 (2): 189–194.

Арчита Махария

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Абхишек Нагараджан

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Ааканкша Мишра

Департамент медицины Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Сандип Педдисетти

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Дипак Чахал

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Яшпал Сингх

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Департамент медицины, Медицинский колледж вооруженных сил, Пуна, Махараштра, Индия

Адрес для корреспонденции: Dr.Яшпал Сингх, Армейский госпиталь (R и R) Дели Кантт, Нью-Дели — 110 010, Индия. Электронная почта: moc.liamg@anadnavhsay Авторские права: © 2017 Industrial Psychiatry Journal

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0, которая позволяет другим редактировать, настраивать и использовать работать в некоммерческих целях при условии указания автора и лицензирования новых произведений на идентичных условиях.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Introduction:

Коэффициент интеллекта (IQ) ребенка определяется как генетическими, так и средовыми факторами, которые начинаются с самого пренатального периода. Отсутствуют данные о факторах, влияющих на IQ у индийских детей; поэтому мы провели многоцентровое исследование на основе анкет, чтобы определить факторы окружающей среды, которые влияют на IQ у индийских детей.

Участники и методы:

В этом поперечном наблюдательном исследовании мы набрали 1065 школьников в возрасте от 12 до 16 лет из 2 государственных и 13 частных школ в 5 городах, 6 городах и 2 деревнях по всей Индии.Всем детям был введен вопросник, включающий различные факторы окружающей среды, такие как образование родителей, род занятий, доход и физическая активность учащихся. Показатели IQ оценивались с использованием стандартных прогрессивных матриц Ravens. Приблизительный показатель IQ был рассчитан с использованием результатов теста Ravens. Показатели IQ были разделены на три группы: IQ ниже нормы (0–79), нормальный IQ (80–119) и высокий IQ (выше 120). Данные были проанализированы с помощью программного обеспечения SPSS.

Результаты:

В этом исследовании было замечено, что факторы окружающей среды, такие как место жительства, физическая активность, семейный доход, образование родителей и род занятий отца, влияли на IQ детей.Дети, проживающие в городах ( P = 0,001), дети, имеющие физическую активность более 5 часов в неделю ( P = 0,001), дети, родители которых имеют послевузовское или высшее образование ( P = 0,001), дети чей отец, имеющий профессиональную работу ( P = 0,001), и люди с более высоким семейным доходом ( P = 0,001) имели более высокий IQ.

Выводы:

В настоящем исследовании мы обнаружили, что различные факторы окружающей среды, такие как место жительства, физические упражнения, семейный доход, род занятий и образование родителей, в значительной степени влияют на IQ ребенка.Следовательно, ребенку должна быть предоставлена ​​оптимальная среда, чтобы он мог полностью раскрыть свой генетический потенциал.

Ключевые слова: Дети, интеллект, физическая активность, социально-экономический статус

Интеллект человека включает способность рассуждать, планировать, решать проблемы, абстрактно мыслить, понимать сложные идеи, быстро учиться и учиться на собственном опыте. Это не просто книжное обучение, узкие академические навыки или умение сдавать экзамены. Скорее, он отражает более широкую и глубокую способность понимать наше окружение — «улавливать», «понимать» вещи или «выяснять», что делать.[1,2,3]

Как и любая другая человеческая черта, интеллект варьируется от человека к человеку. Люди различаются интеллектом из-за различий как в их среде обитания, так и в генетическом наследии. [4] Большинство исследований оценивают наследуемость коэффициента интеллекта (IQ) где-то между 0,30 и 0,75 [5]. Это указывает на то, что генетика играет большую роль в создании различий в IQ между людьми, чем окружающая среда. Однако члены одной семьи также имеют тенденцию существенно различаться по интеллекту (в среднем примерно на 12 баллов IQ).[5]

Исследования влияния взаимодействия генов и окружающей среды на интеллект показали, что генетические и общие компоненты окружающей среды изменяются в противоположных направлениях в зависимости от социально-экономического статуса (SES), т. Е. Наследуемость IQ очень низкая для более низкого SES. частные лица и наоборот. Наиболее вероятным объяснением этого может быть то, что дети, живущие в бедности, не могут полностью раскрыть свой генетический потенциал. Разница в IQ между детьми, усыновленными родителями из высшего среднего класса, и детьми, усыновленными родителями из более низкого уровня SES, составила примерно 12 баллов.[1]

Помимо SES, на интеллект отрицательно влияет широкий спектр факторов окружающей среды. Недоедание в раннем возрасте (1–5 лет) приводит не только к задержке физического роста, двигательного развития и когнитивных расстройств, но и к снижению их IQ на 15 пунктов [6,7,8,9]. ] Дефицит питательных микроэлементов, отсутствие грудного вскармливания и присутствие токсинов окружающей среды связаны с нарушением нейропсихологического развития и успеваемости в классе. [6,7,8,9,10,11,12,13]

Еще одним важным фактором, влияющим на интеллект, является уровень когнитивной стимуляции, которую ребенок получает дома.Кроме того, соотношение обнадеживающих комментариев в адрес детей и выговоров, по-видимому, влияет на IQ. Здесь качество взаимодействия матери и ребенка наиболее важно для определения развития интеллекта в младенчестве и раннем детстве. [14,15,16,17,18]

Среди социальных факторов, влияющих на интеллект, школа, в которую ходит ребенок. похоже, оказывает значительное влияние на IQ. [19] Удивительно, но качество обучения в детском саду и в первом классе тоже играет роль.Хотя академические успехи из-за наличия более опытных учителей исчезают в более поздних классах, некогнитивные достижения сохраняются.

Не только эти социальные факторы, но и физические упражнения играют роль в интеллекте. В то время как у детей он играет роль в создании и консолидации памяти, у пожилых людей он играет роль в поддержании интеллекта для исполнительных функций, таких как планирование и составление графика психических процедур. [20,21,22]

Существует отсутствие данных о факторах, влияющих на IQ у индийских детей; поэтому мы провели многоцентровое исследование на основе анкет, чтобы определить факторы окружающей среды, которые влияют на IQ у индийских детей.

УЧАСТНИКИ И МЕТОДЫ

Участники и процесс набора

В этом перекрестном наблюдательном исследовании мы набрали 1065 школьников в возрасте от 12 до 16 лет из 2 государственных и 13 частных школ в 5 городах, 6 городах и 2 деревнях. по всей Индии. Дети <12 лет и> 16 лет, дети с ограниченными возможностями обучения и те, кто не желал участвовать, были исключены из исследования.

Школы для включения в это исследование были выбраны случайным образом, и государственные и частные школы были выбраны для удобства.Было получено разрешение от школьных властей на проведение анкетирования учащихся, и им подробно объяснили процедуру и последствия исследования. Классы были выбраны случайным образом, а из классов студенты были выбраны в соответствии с критериями включения и исключения, упомянутыми выше. Были записаны демографические характеристики каждого участника, такие как возраст и пол.

Интервьюер

Это исследование было проведено студентами-медиками.

Анкета для исследования

Использовалась анкета, состоящая из различных факторов окружающей среды, таких как образование родителей, род занятий, доход и физическая активность учащегося [Приложение А]. Анкета была составлена ​​на английском языке и переведена на хинди без потери смысла анкеты во время перевода. Участникам вводили анкету по своему выбору. Всем участникам рассказали об анкете, и они сами заполнили анкету.

Оценка коэффициента интеллекта

Для оценки показателей IQ использовались стандартные прогрессивные матрицы Воронов. Это вопросник с множественным выбором, состоящий из шестидесяти вопросов. В этом тесте нет языкового барьера, так как в нем используются только цифры. Следовательно, перевод не требовался.

Администрирование анкеты

Отобранным участникам было предложено сначала заполнить анкету по факторам окружающей среды. После этого их попросили пройти тест Воронов, и также было отмечено время, за которое они его выполнили.

Расчет коэффициента интеллекта

Приблизительный показатель IQ был рассчитан с использованием результатов теста Воронов. Показатели IQ были разделены на три группы: IQ ниже нормы (0–79), нормальный IQ (80–119) и высокий IQ (выше 120).

Статистический анализ

Данные были проанализированы с использованием программного обеспечения SPSS и проанализированы с использованием пакета IBM SPSS для Microsoft Windows версии 22.0 (Армонк, Нью-Йорк: IBM Corp.). Качественные данные были проанализированы с использованием критерия хи-квадрат, и P <0.05 считался статистически значимым.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Демографические данные студентов

В этом исследовании IQ и факторы окружающей среды 1065 студентов были оценены с помощью анкеты. Средний возраст 1065 студентов составлял 14,1 ± 1,3 года, из них 596 (56,1%) студентов были мужчинами. Демографические данные студентов обобщены в.

Таблица 1

Демографические данные студентов ( n = 1065)

Демографические данные семей

Демографические данные семей этих 1065 студентов были обобщены в.Из 1065 студентов 754 (70,8%) происходили из нуклеарных семей, а остальные — из совместных семей [].

Таблица 2

Демографические данные семьи ( n = 1065)

Связь между коэффициентом интеллекта детей и их местом жительства

Связь IQ с местом жительства детей показана в. Большинство детей с высоким IQ проживали либо в городах (55,8%), либо в поселках (42,3%), чем дети, живущие в деревнях (1,8%) ( P = 0.001).

Таблица 3

Связь коэффициента интеллекта с факторами окружающей среды ( n = 1065)

Связь коэффициента интеллекта с физическими упражнениями

Из 163 человек в группе с высоким IQ более 50% участвовали в той или иной форме физических упражнений более 5 часов в неделю. Дети, занимающиеся физическими упражнениями более 5 часов в неделю, чаще имели нормальный IQ по сравнению с теми, кто выполнял физические упражнения менее 5 часов (69,1% против 30.9%; P = 0,001) [].

Связь коэффициента интеллекта с доходом семьи

Почти половина (50,7%) детей с низким IQ происходила из семей с доходом <рупий. 50,000 / мес. С другой стороны, 65,6% детей с высоким IQ происходили из семей с более чем рупиями. 50 000 / месяц ( P = 0,001) [].

Связь коэффициента интеллекта с образованием отца

Из 162 студентов с высоким IQ у 137 (84,6%) студентов были отцы, которые были либо аспирантами, либо выпускниками, в то время как ни один из них не имел отцов, не получивших образования.Число отцов, имеющих аспирантуру или ученую степень, было значительно выше в группе детей с высоким IQ, чем в группе с низким IQ (84,6% против 46,6%; P = 0,001) [].

Связь коэффициента интеллекта с образованием матери

Точно так же матери 118 (72,4%) детей с высоким IQ были аспирантами или аспирантами, и только у двух (1,2%) студентов с высоким IQ были матери, не имевшие формального образования. С другой стороны, в группе с низким IQ только 89 (37.7%) матери студентов были выпускниками / аспирантами ( P = 0,001) [].

Связь коэффициента интеллекта с отцовской профессией

Среди детей с высоким IQ у 120 (73,6%) отцы были отцы, работающие как профессионалы, так и полупрофессионалы. В то время как из 238 студентов в группе с низким IQ, только у 95 (39,9%) отцы работали профессионалами или полупрофессионалами ( P = 0,001) [].

ОБСУЖДЕНИЕ

В этом исследовании с участием 1065 школьников мы заметили, что факторы окружающей среды, такие как место проживания, физическая активность, семейный доход, образование матери и отца и род занятий отца, оказали влияние на IQ дети.Дети, живущие в городах, дети, имеющие физическую активность более 5 часов в неделю, дети с родителями, имеющими послевузовское или высшее образование, и дети, чей отец работал профессионалом, с большей вероятностью имели высокий IQ.

Как и большинство других черт, интеллект также передается по наследству; наследственность интеллекта колеблется от 0,30 до 0,75. Хотя есть потенциал для высокого интеллекта, не обязательно, чтобы каждый достиг верхнего предела своего генетического потенциала.Разнообразие компонентов социальной среды, в которую ребенок попадает с момента зачатия, определяет окончательный интеллект человека.

Как мы наблюдали в этом исследовании, большинство детей с высоким IQ проживали либо в городах (55,8%), либо в поселках (42,3%), чем те, которые жили в деревнях (1,8%) ( P = 0,001), по месту жительства. является важным фактором, поскольку он определяет возможности для полного раскрытия генетического потенциала. Ребенок, выросший в деревне, может не получать таких же удобств и такого же уровня интеллектуального стимулирования, как его / ее сверстники, выросшие в городе или городе.Точно так же физические упражнения также играют важную роль в достижении высокого IQ, как было отмечено в настоящем исследовании. Во время упражнений происходит секреция определенных гормонов, улучшающих память. Аэробные упражнения также были связаны с поддержанием исполнительных функций. [20,21,22]

В исследовании, проведенном в Индии, было обнаружено, что школьная успеваемость, IQ и показатели умственного равновесия, внимания и концентрации, вербальной памяти и распознавания влияют на быть ниже у девочек с дефицитом железа, как анемичных, так и неанемичных, по сравнению с девочками без железодефицитного состояния.[7]

В настоящем исследовании мы заметили, что образование и матери, и отца положительно влияет на IQ детей. Благоприятные эффекты уровня образования родителей не ограничиваются академической успеваемостью в течение школьных лет, но также имеют долгосрочные последствия в виде косвенных эффектов (подростковые стремления и образовательные достижения) [10].

Семейный доход также является одним из основных факторов, определяющих интеллект ребенка. [11] Более высокий семейный доход предполагает хорошее школьное образование для ребенка, а также все возможные уровни когнитивной стимуляции могут быть доступны ребенку.В таких случаях у ребенка больше шансов полностью реализовать свой генетический потенциал с точки зрения интеллекта. То же самое и с родом занятий и образованием родителей, которые во многом связаны. Высокое образование обеспечивает достойное занятие и, как следствие, высокие семейные доходы. Все это указывает на то, что у детей будет больше шансов иметь более высокий IQ. Другой способ, которым важен род занятий, — это определение количества времени, которое родители проводят со своими детьми. Чем больше времени проводит семья вместе, тем больше у детей познавательной стимуляции.

Таким образом, все эти факторы окружающей среды, выявленные в нашем исследовании, взаимосвязаны и вместе играют роль в определении интеллекта ребенка.

Хотя настоящее исследование имеет определенные достоинства, включая включение большого количества детей из многих частей страны, существуют также определенные ограничения. Мы не проводили тест Воронов ни родителям, ни бабушкам и дедушкам, и поэтому наше исследование не установило наследуемость интеллекта. Количество охваченных деревень, поселков и городов не было пропорциональным.Таким образом, данные, полученные в нашем исследовании, не являются репрезентативными для страны.

ВЫВОДЫ

Мы, в исследовании с участием 1065 школьников, обнаружили, что различные факторы окружающей среды, такие как место жительства, физические упражнения, доход семьи, род занятий и образование родителей, в значительной степени влияют на IQ ребенка. Следовательно, ребенку должна быть предоставлена ​​оптимальная среда, чтобы он мог полностью раскрыть свой генетический потенциал.

Финансовая поддержка и спонсорство

Нет.

Конфликты интересов

Конфликты интересов отсутствуют.

ПРИЛОЖЕНИЕ A: Анкета по факторам окружающей среды

1. Имя: _____________________

2. Возраст: _______

3. Пол: М / Ж

4. Место жительства (название города / поселка):

5. Образование родителей:

   • Отец Мать

   • □ С отличием □ С отличием

   • □ Аспирантура / аспирантура □ Аспирантура / аспирантура

   • □ Дипломные курсы

   • □ Среднее образование (12 ^th или 10 ^th Pass) □ Среднее образование (12 ^th или 10 ^th Pass)

   • □ Среднее образование (7 ^th Pass) □ Среднее образование (7 ^-й Pass)

   • □ Начальное образование (5 ^-й Pass) □ Начальное образование (5 ^-й Pass)

   • □ Не получил формального образования.□ Не получил формального образования.

6. Семейный доход: (/ месяц)

   • □ <10,000

   • □ 10,000 — 30,000

   • □ 30,000 — 50,000

   • 9000,002 □ 50,000 □> 1,00,000

7. Род занятий родителей:

   Отец: _______________ Мать: _______________

8. Физические упражнения

   1. Частота

      □> 3 раза в неделю 9000 1-3 раза в неделю

      раз в неделю неделя

      □ 1 раз в неделю

      □ <1 раз в неделю

   2. Продолжительность сеанса:

      □> 1 час

      □ 30 мин — 1 час

      □ <30 мин

   3. Какие упражнения ?: (укажите) _________________

ССЫЛКИ

1.Gottfredson LS. Основная наука об интеллекте: редакционная статья с 52 подписчиками, историей и библиографией. Интеллект. 1997; 24: 13–23. [Google Scholar] 2. Нисбетт Р. Э., Аронсон Дж., Блэр С., Диккенс В., Флинн Дж., Халперн Д. Ф. и др. Интеллект: новые открытия и теоретические разработки. Am Psychol. 2012; 67: 130–59. [PubMed] [Google Scholar] 3. DiLalla LF. Развитие интеллекта: текущие исследования и теории. J Sch Psychol. 2000; 38: 3–7. [Google Scholar] 4. Дэвис Дж., Тенеса А., Пэйтон А., Ян Дж., Харрис С. Е., Левальд Д. и др.Полногеномные ассоциативные исследования показывают, что человеческий интеллект передается по наследству и полигенен. Мол Психиатрия. 2011; 16: 996–1005. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 5. Гальтон Ф. История близнецов как критерий относительной силы природы и воспитания (1,2) Int J Epidemiol. 2012; 41: 905–11. [PubMed] [Google Scholar] 6. Der G, Batty GD, Deary IJ. Влияние грудного вскармливания на интеллект детей: проспективное исследование, анализ пар братьев и сестер и метаанализ. BMJ. 2006; 333: 945.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 7. More S, Shivkumar VB, Gangane N, Shende S. Влияние дефицита железа на когнитивные функции у девочек-подростков, идущих в школу, в сельских районах центральной Индии. Анемия. 2013; 2013: 819136. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 8. Конклин С.М., Джанарос П.Дж., Браун С.М., Яо Дж.К., Харири А.Р., Манук С.Б. и др. Потребление длинноцепочечных омега-3 жирных кислот положительно связано с объемом кортиколимбического серого вещества у здоровых взрослых. Neurosci Lett. 2007; 421: 209–12.[PubMed] [Google Scholar] 9. Варсито О., Хомсан А., Эрнавати Н., Анвар Ф. Взаимосвязь между статусом питания, психосоциальной стимуляцией и когнитивным развитием у детей дошкольного возраста в Индонезии. Nutr Res Pract. 2012; 6: 451–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Дубов Э. Ф., Боксер П., Хюсманн Л. Р.. Долгосрочное влияние образования родителей на успехи детей в учебе и на работе: посредничество через семейные взаимодействия, агрессию детей и подростковые стремления. Меррил Палмер К. (Wayne State Univ Press) 2009; 55: 224–49.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 11. Маурин Э. Влияние дохода родителей на ранний переход в школу: повторный экзамен с использованием данных по трем поколениям. J Public Econ. 2002; 85: 301–32. [Google Scholar] 12. Багерст П.А., МакМайкл А.Дж., Вигг Н.Р., Вимпани Г.В., Робертсон Э.Ф., Робертс Р.Дж. и др. Воздействие свинца на окружающую среду и детский интеллект в возрасте семи лет. Когортное исследование Порт-Пири. N Engl J Med. 1992; 327: 1279–84. [PubMed] [Google Scholar] 13. Вассерман Г.А., Лю X, Лолаконо Н.Дж., Фактор-Литвак П., Клайн Дж. К., Поповац Д. и др.Воздействие свинца и интеллект у 7-летних детей: перспективное исследование в Югославии. Перспектива здоровья окружающей среды. 1997; 105: 956–62. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Neisser U, Boodoo G, Bouchard TJ, Jr, Boykin AW, Brody N, Ceci SJ и др. Интеллект: известные и неизвестные. Am Psychol. 1996; 51: 77–100. [Google Scholar] 15. Андер А., Гюлай Х. Надежность и обоснованность анкеты по стилям и размерам воспитания. Процедуры Soc Behav Sci. 2009; 1: 508–14. [Google Scholar] 16. Самерофф А.Дж., Сейфер Р., Болдуин А., Болдуин К.Стабильность интеллекта от дошкольного до подросткового возраста: влияние социальных и семейных факторов риска. Child Dev. 1993; 64: 80–97. [PubMed] [Google Scholar] 17. Блэк SE, Devereux PJ, Salvanes KG. Маленькая семья, умная семья. Размер семьи и IQ молодых людей? J Hum Res. 2010; 45: 33–58. [Google Scholar] 18. Ретерфорд RD, Сьюэлл WH. Пересмотрены интеллект и размер семьи. Soc Biol. 1988; 35: 1–40. [PubMed] [Google Scholar] 19. Ceci SJ. Насколько образование влияет на общий интеллект и его когнитивные компоненты.Переоценка доказательств? Dev Psychol. 1991; 27: 703–22. [Google Scholar] 20. Tomporowski PD, Davis CL, Miller PH, Naglieri JA. Физические упражнения и детский интеллект, познание и академическая успеваемость. Educ Psychol Rev.2008; 20: 111–31. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. О’Ди Дж. У. Влияние внеклассной деятельности на академическую успеваемость (докторская диссертация, Университет Дрейка) 1994 [Google Scholar] 22. Лекис К.С., Кокран М. Сотрудничество для детей. Универсальный детский сад штата Нью-Йорк 1999-2000 [Google Scholar]

Гены, клетки и области мозга

Abstract

Какова нейробиологическая основа человеческого интеллекта? Мозги одних людей кажутся более эффективными, чем мозги других.Понимание биологических основ этих различий представляет большой интерес для фундаментальной и прикладной нейробиологии. Каким-то образом секрет должен заключаться в клетках нашего мозга, с помощью которых мы думаем. Однако в настоящее время исследования нейробиологии интеллекта разделены на две основные стратегии: исследования с использованием изображений мозга изучают макроскопическую структуру и функции мозга для выявления областей мозга, участвующих в интеллекте, в то время как исследования генетических ассоциаций направлены на определение генов и генетических локусов, связанных с интеллектом.Ничего не известно о том, как свойства клеток мозга связаны с интеллектом. Однако появление транскриптомики и клеточной нейробиологии интеллекта могло бы предоставить третью стратегию и преодолеть разрыв между идентифицированными генами интеллекта и функцией и структурой мозга. Здесь мы обсуждаем последние разработки в области поиска биологической основы интеллекта. В частности, появление в последнее время очень больших когорт с сотнями тысяч особей способствовало захватывающим изменениям в генетике интеллекта.Кроме того, мы обсуждаем первые исследования, которые показывают, что определенные популяции клеток мозга связаны с интеллектом. Наконец, мы подчеркиваем, как определенные гены, которые были идентифицированы, генерируют клеточные свойства, связанные с интеллектом, и могут в конечном итоге объяснить структуру и функцию вовлеченных областей мозга. Таким образом, открывается путь к клеточному пониманию интеллекта, который обеспечит концептуальную основу для понимания того, как совокупность идентифицированных генов приносит пользу клеточным функциям, поддерживающим интеллект.

Ключевые слова: интеллект, височная кора, лобная кора, пирамидные клетки, дендриты, GWAS экспрессии генов, потенциалы действия

Что такое интеллект?

Интуитивно все мы знаем, что значит быть умным, хотя определения интеллекта могут быть самыми разными. Это то, что помогает нам планировать, рассуждать, решать проблемы, быстро учиться, думать на своих ногах, принимать решения и, в конечном итоге, выжить в быстром современном мире. Чтобы выявить эту неуловимую черту, были разработаны когнитивные тесты для измерения производительности в различных когнитивных областях, таких как скорость обработки и язык.Очень скоро стало ясно, что результаты различных когнитивных тестов сильно коррелированы и порождают сильный общий фактор, лежащий в основе различных способностей — общий интеллект или показатель Спирмена g (Spearman, 1904). В настоящее время одним из наиболее часто используемых тестов для оценки г Спирмена является интеллектуальная шкала Векслера для взрослых (WAIS). Этот тест объединяет результаты нескольких когнитивных тестов в одном измерении — полномасштабной оценке IQ.

Могут ли тесты измерять интеллект человека и имеет ли смысл выражение его одним числом — оценкой IQ? Несмотря на критику этого редукционистского подхода к интеллекту, тесты доказали свою значимость и актуальность.Во-первых, результаты тестов IQ сильно коррелируют с жизненными результатами, включая социально-экономический статус и когнитивные способности, даже при измерении в раннем возрасте (Foverskov et al., 2017). Растущая сложность и зависимость общества от технологий предъявляют все более возрастающие когнитивные требования к людям практически во всех аспектах повседневной жизни, таких как банковское дело, использование карт и графиков движения транспорта, чтение и понимание форм, интерпретация новостных статей. Более высокий интеллект предлагает множество, казалось бы, небольших преимуществ, но они накапливаются, чтобы влиять на общие жизненные шансы людей (Gottfredson, 1997).Это благоприятно сказывается на социально-экономическом статусе, образовании, социальной мобильности, производительности труда и даже на выборе образа жизни и долголетии (Lam et al., 2017).

Во-вторых, интеллект оказывается очень стабильной чертой от юного до пожилого возраста у одного и того же человека. В большом лонгитюдном исследовании английских детей наблюдалась корреляция 0,81 между интеллектом в 11 лет и результатами национальных тестов образовательных достижений 5 лет спустя. Этот вклад интеллекта был очевиден во всех 25 академических дисциплинах (Deary et al., 2007). Даже в гораздо более старшем возрасте интеллект остается стабильным: один тест общего интеллекта, сделанный в возрасте 11 лет, сильно коррелировал с результатами теста в возрасте 90 лет (Deary et al., 2013).

Наконец, одним из самых замечательных результатов исследований близнецов является то, что наследуемость интеллекта чрезвычайно велика, в диапазоне 50–80%, даже достигая 86% для вербального IQ (Posthuma et al., 2001). Это делает человеческий интеллект одной из наиболее наследуемых поведенческих черт (Plomin, Deary, 2015).Более того, с каждым поколением ассортативное спаривание вносит дополнительную генетическую изменчивость в популяцию, способствуя этой высокой наследуемости (Plomin and Deary, 2015).

Таким образом, несмотря на неуловимость определения, интеллект лежит в основе индивидуальных различий между людьми. Его можно измерить с помощью когнитивных тестов, и результаты таких тестов доказали свою достоверность и актуальность: показатели интеллекта стабильны в течение долгого времени, показывают высокую наследуемость и предсказывают основные жизненные результаты.

Биологическая основа интеллекта: взгляд на весь мозг

Разве больший мозг умнее?

Вопрос, который волновал ученых на протяжении веков, — это вопрос о происхождении человеческого интеллекта. Что делает некоторых людей умнее других? Поиски ответов на эти вопросы начались еще в 1830-х годах в Европе и России, где систематически собирались и тщательно изучались мозги умерших элитных ученых и художников (Vein and Maat-Schieman, 2008). Однако все попытки вскрыть исключительные способности и талант в то время мало что показали.

Господствующая гипотеза прошлого века заключалась в том, что более умные люди имеют больший мозг. С развитием технологий нейровизуализации эта гипотеза была проверена во многих исследованиях. Действительно, метаанализ 37 исследований с участием более 1500 человек взаимосвязи между объемом мозга in vivo, и интеллектом обнаружил умеренную, но значимую положительную корреляцию 0,33 (McDaniel, 2005). Более недавнее мета-исследование 88 исследований с участием более 8000 человек снова показало значительный, положительный, немного меньший коэффициент корреляции, равный 0.24. Один из выводов этого исследования заключался в том, что сила связи объема мозга и IQ, по-видимому, переоценена в литературе, но остается устойчивой после учета систематической ошибки публикации (Pietschnig et al., 2015). Таким образом, общий больший объем мозга при анализе в нескольких исследованиях связан с более высоким интеллектом.

Какие области мозга важны для интеллекта?

Функции мозга распределены по различным областям, выполняющим определенные функции.Можно ли отнести интеллект к одной или нескольким из этих областей? Структурные и функциональные исследования мозга с помощью визуализации были сосредоточены на обнаружении общего интеллекта в мозге и привязке определенных типов познания к конкретным областям мозга (Deary et al., 2010). Ранние визуальные исследования, связывающие интеллект со структурой мозга, показали, что полномасштабные оценки IQ, мера общего интеллекта, показали широко распространенный паттерн корреляций со структурами мозга: оценки IQ коррелировали с внутричерепными, церебральными, височными долями, объемами гиппокампа и мозжечка ( Андреасен и др., 1993), которые вместе охватывают почти все области мозга. Морфометрия на основе вокселей (VBM), метод нейровизуализационного анализа, позволяющий оценить фокальные различия в структуре мозга, позволяет проверить, сгруппированы ли какие-либо такие области вместе или распределены по всему мозгу. Применение VBM к данным визуализации головного мозга показало, что положительные корреляции между интеллектом и толщиной коры головного мозга расположены главным образом во множественных ассоциативных областях лобных и височных долей (Hulshoff Pol et al., 2006; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009). Основываясь на 37 исследованиях нейровизуализации, Jung и Haier (2007) выдвинули предположение, что, в частности, структура лобных областей Бродмана 10, 45–47, теменных областей 39 и 40 и височной области 21 положительно влияет на показатели IQ (Jung and Haier, 2007). ). Эта модель была расширена более поздними исследованиями на лобное поле глаза, орбитофронтальную область, а также на большое количество областей височной доли — нижнюю и среднюю височную извилину, кору парагиппокампа и кору слуховых ассоциаций (Narr et al., 2007; Choi et al., 2008; Колом и др., 2009; ).

Толщина серого вещества в нескольких областях коры коррелирует с общим интеллектом. Области мозга со значительной ассоциацией между толщиной коры и общим интеллектом в различных исследованиях представлены разными цветами. N числа представляют объем выборки. Во всех случаях показаны области, коррелирующие с общим интеллектом, за исключением исследования Colom et al. (2006), где вербальный и невербальный интеллект сообщался отдельно (Haier et al., 2004; Колом и др., 2006, 2009; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009).

Изменения структуры мозга

Структура мозга не фиксируется в какой-то конкретный момент времени развития, а затем остается неизменной до конца нашей жизни. Объем серого вещества изменяется в детстве, а также во взрослом возрасте (Gogtay et al., 2004) и зависит от обучения, гормональных различий, опыта и возраста. Изменения серого вещества могут отражать перестройки дендритов и синапсов между нейронами (Gogtay et al., 2004). Когда люди приобретают новый навык, например жонглирование, в областях мозга наблюдаются временные и избирательные структурные изменения, связанные с обработкой и хранением сложных визуальных движений (Draganski et al., 2004). Точно так же половые и возрастные различия являются важными факторами, которые влияют на структуру мозга и могут влиять на то, какие области коры связаны с интеллектом.

Сообщалось о существенных половых различиях в структуре корреляций между интеллектом и региональными объемами серого и белого вещества (Haier et al., 2005; Нарр и др., 2007; Ян и др., 2014; Ryman et al., 2016), но отчеты не полностью согласны с областями мозга, показывающими половые различия, или их связью с когнитивными функциями. Haier et al. (2005) сообщили о корреляции IQ с теменной и лобной областями у мужчин, тогда как у женщин корреляция была в основном внутри лобной доли (Haier et al., 2005). Аналогичные результаты были получены Ryman et al. (2016) у мужчин — лобно-теменное серое вещество в большей степени было связано с общими когнитивными способностями.Однако у женщин результаты показали связь с интеллектом в эффективности белого вещества и общем объеме серого вещества (Ryman et al., 2016). Тем не менее, Нарр и др. Пришли к другим выводам. (2007), где у женщин были выявлены значительные ассоциации толщины серого вещества в префронтальной и височной ассоциативной коре головного мозга, тогда как у мужчин ассоциации в основном наблюдались в височно-затылочной ассоциации коры головного мозга (Narr et al., 2007). Наконец, в недавнем исследовании, в котором вместо VBM применялась поверхностная морфометрия (SBM), были обнаружены существенные групповые различия в структуре мозга между полами, но когнитивные способности не были связаны со структурными вариациями мозга внутри и между полами (Escorial et al., 2015).

В чем действительно сходятся исследования, так это в том, что существенные половые различия существуют в структуре мозга, но эти различия не всегда лежат в основе различий в когнитивных способностях. Например, одним из хорошо известных половых различий в структуре мозга является увеличенная толщина коркового слоя у мужчин по сравнению с женщинами (Lüders et al., 2002), но взаимосвязь между полным IQ и объемами тканей мозга у мужчин не различается. и женщины (Narr et al., 2007; Escorial et al., 2015).

Возраст имеет значение

Помимо половых различий, объем серого вещества в течение жизни резко меняется, что является частью нормального развития (Gogtay et al., 2004). За первоначальным увеличением в более раннем возрасте следует стойкое истончение в период полового созревания. Считается, что это изменение в развитии является результатом перепроизводства синапсов в раннем детстве и усиленного сокращения синапсов в подростковом и юношеском возрасте (Bourgeois et al., 1994). Более того, разные области имеют свою собственную временную шкалу созревания: ассоциативная кора высшего порядка созревает только после соматосенсорной и зрительной коры низшего порядка (Gogtay et al., 2004). Корреляции с интеллектом следуют аналогичной кривой развития. Наиболее сильная корреляция между объемом серого вещества и интеллектом была обнаружена у детей в возрасте около 10 лет (Shaw et al., 2006; Jung and Haier, 2007). Однако в возрасте 12 лет, примерно в начале истончения кортикального слоя, возникает отрицательная взаимосвязь (Brouwer et al., 2014). Более того, похоже, что у более умных детей весь паттерн коркового созревания протекает иначе. Дети с более высоким IQ демонстрируют особенно пластичную кору головного мозга с начальной ускоренной и продолжительной фазой коркового увеличения и столь же сильным истончением коркового вещества к раннему подростковому возрасту (Shaw et al., 2006).

Специализация мозга на разных типах интеллекта

Помимо ассоциаций корковой структуры с интеллектом, исследования изображений выявили корреляцию функциональной активации корковых областей с интеллектом. Психология различает два типа интеллекта, которые вместе составляют g Спирмена: кристаллизованный и подвижный интеллект. Кристаллизованный интеллект основан на предварительных знаниях и опыте и отражает вербальное познание, в то время как подвижный интеллект требует адаптивного мышления в новых ситуациях (Carroll, 1993; Engle et al., 1999).

Множественные исследования показывают, что жидкий интеллект зависит от более эффективной функции распределенных областей коры головного мозга (Duncan et al., 2000; Jung and Haier, 2007; Choi et al., 2008). В частности, боковая лобная кора, с ее хорошо известной ролью в рассуждении, внимании и рабочей памяти, по-видимому, поддерживает подвижный интеллект, но также задействована теменная доля. Одно из ранних исследований гибкого интеллекта с использованием расширенных прогрессивных матриц Raven, проведенное Haier et al. (1988) продемонстрировали активацию нескольких областей левого полушария, в частности задней коры.Когнитивные способности показали значительную отрицательную корреляцию со скоростью коркового метаболизма, что свидетельствует о более эффективных нервных цепях (Haier et al., 1988). В более поздних исследованиях жидкий интеллект был тесно связан как с функцией, так и со структурой областей лобных долей (Choi et al., 2008). Когда участники выполняют вербальные и невербальные версии сложной задачи с рабочей памятью, в то время как активность их мозга измеряется с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), люди с более высоким логическим интеллектом более точны и имеют более высокую связанную с событиями нейронную активность в латеральных префронтальных и боковых отделах. теменные области (Gray et al., 2003). Также в исследовании с помощью ПЭТ-сканирования участники показали избирательное задействование боковой лобной коры при более сложных когнитивных задачах по сравнению с более простыми задачами (Duncan et al., 2000). В более позднем отчете измерения объема серого вещества двух лобных областей — орбито-фронтальной (OFC) и ростральной передней поясной коры (rACC) — были дополнены связностью белого вещества между этими областями. Вместе объем левого серого вещества и связь белого вещества между левым задним OFC и rACC составляли до 50% дисперсии в общем интеллекте.Таким образом, особенно в префронтальной коре, структура, функции и взаимосвязь связаны с общим интеллектом, в частности, со способностью к рассуждению и рабочей памятью (Ohtani et al., 2014).

Кристаллизованный интеллект, который в значительной степени зависит от вербальных способностей, с другой стороны, больше зависит от корковой структуры и толщины коры в латеральных областях височных долей и височного полюса (Choi et al., 2008; Colom et al., 2009). В то время как теменные области (область 40 Бродмана) демонстрируют перекрытие в своем участии в кристаллизованном и других типах интеллекта, височная область 38 Бродмана участвует исключительно в кристаллизованном интеллекте.Эти данные хорошо согласуются с функцией височной доли — считается, что она отвечает за интеграцию разнообразной семантической информации из различных областей мозга. Исследования пациентов с семантической деменцией подтверждают роль височной доли в семантической рабочей памяти, а также в хранении памяти (Gainotti, 2006).

Таким образом, разделение g Спирмена выявляет различные корковые распределения, участвующие в субдоменах интеллекта. Вполне вероятно, что дальнейшее разделение жидкого и кристаллизованного интеллекта, например, в словесном понимании, рабочей памяти, скорости обработки и организации восприятия, может привести к более четкой карте корковых областей в левом и правом полушарии, которые относятся к этим подобластям интеллекта ( Юнг и Хайер, 2007).

Белое вещество и интеллект

Не только серое вещество, но и объемы белого вещества показывают связь с интеллектом, которую можно объяснить общим генетическим происхождением (Posthuma et al., 2002). Белое вещество состоит из миелинизированных аксонов, передающих информацию из одной области мозга в другую, и целостность трактов белого вещества важна для нормальной когнитивной функции. Таким образом, определенные паттерны разрыва связи белого вещества связаны с наследуемыми общими когнитивными и психопатологическими факторами (Alnæs et al., 2018). Например, Yu et al. (2008) обнаружили, что у пациентов с умственной отсталостью наблюдается обширное повреждение целостности трактов белого вещества, которое оценивалось с помощью фракционной анизотропии. Показатели IQ значительно коррелировали с целостностью множественных участков белого вещества как у здоровых людей, так и у пациентов с умственной отсталостью (Yu et al., 2008). Эта корреляция была особенно заметна в правом крючковом пучке, который соединяет части височной доли с областями лобных долей (Yu et al., 2008). Эти результаты подтверждают предыдущие выводы об ассоциации, в частности, объема серого вещества височной и лобной долей и интеллекта (Hulshoff Pol et al., 2006; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Karama et al., 2009) и подчеркивают, что неповрежденная связь между этими областями важна для интеллекта.

Лонгитюдные исследования, отслеживающие изменения белого вещества в процессе развития и во время старения, также показывают, что изменения белого вещества сопровождаются изменениями интеллекта. Во время созревания мозга у детей структура белого вещества обнаруживает ассоциации с интеллектом. В большой выборке ( n = 778) детей в возрасте от 6 до 10 лет микроструктура белого вещества была связана с невербальным интеллектом и зрительно-пространственными способностями, независимо от возраста (Muetzel et al., 2015). В другом исследовании, в котором белое вещество изучалось у типично развивающихся детей по сравнению с учащимися с трудностями, эффективность коннектома белого вещества была тесно связана с интеллектом и уровнем образования в обеих группах (Bathelt et al., 2018).

Также на более поздних этапах жизни изменения микроструктуры белого вещества сочетаются с изменениями интеллекта (Ritchie et al., 2015). Существенные корреляции 12 основных участков белого вещества с общим интеллектом были обнаружены у пожилых людей (Penke et al., 2012). Последующий анализ показал, что целостность нижних отделов белого вещества оказывает существенное негативное влияние на общий интеллект из-за снижения скорости обработки информации (Penke et al., 2012). Таким образом, структурно неповрежденные аксональные волокна в головном мозге обеспечивают нейроанатомическую инфраструктуру для быстрой обработки информации в широко распространенных сетях мозга, поддерживая общий интеллект (Penke et al., 2012).

Выводы о совокупном распределении интеллекта в мозге

Таким образом, как функциональные, так и структурные нейровизуализационные исследования показывают, что общий интеллект не может быть отнесен к одной конкретной области.Скорее, интеллект поддерживается распределенной сетью областей мозга во многих, если не во всех ассоциативных кортиках более высокого порядка, также известной как теменно-лобная сеть (Jung and Haier, 2007;). Эта сеть включает в себя большое количество регионов — дорсолатеральную префронтальную кору, теменную долю и переднюю поясную извилину, множество областей в височной и затылочной долях и, наконец, основные тракты белого вещества. Можно наблюдать некоторое ограниченное разделение функций, в котором лобные и теменные области участвуют в подвижном интеллекте, височные доли — в кристаллизованном интеллекте, а целостность белого вещества — в скорости обработки.

Хотя исследования изображений мозга выявили анатомические и функциональные корреляты человеческого интеллекта, фактические коэффициенты корреляции неизменно были скромными, около 0,15–0,35 (Hulshoff Pol et al., 2006; Narr et al., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009). Скорее всего, для этого есть разные причины, но важный вывод состоит в том, что человеческий интеллект только частично можно объяснить структурой мозга и функциональной активацией корковых областей, наблюдаемой на МРТ.Есть и другие факторы, влияющие на интеллект, которые необходимо учитывать. С точки зрения эволюции, человеческий мозг обладает выдающимися когнитивными способностями по сравнению с другими видами, которые включают в себя множество специфических человеческих способностей — абстрактное мышление, язык и творческие способности. Однако анатомия человеческого мозга не сильно отличается от других видов млекопитающих и не может удовлетворительно объяснить заметный эволюционный скачок интеллекта. Как по размеру, так и по количеству нейронов человеческий мозг эволюционно не выделяется: у слонов и китов мозг больше (Manger et al., 2013), а кора длинноперого кита содержит больше нейронов (37 миллиардов), чем у человека (19–23 миллиардов; Pakkenberg, Gundersen, 1997; Herculano-Houzel, 2012; Mortensen et al., 2014). В особенности мозг наших ближайших соседей по эволюционной шкале, нечеловеческих приматов, демонстрирует поразительное сходство. Фактически, человеческий мозг анатомически во всех отношениях представляет собой линейно увеличенный мозг приматов (Herculano-Houzel, 2012) и, по-видимому, имеет немного исключительных или экстраординарных особенностей, которым можно приписать выдающиеся когнитивные способности.Таким образом, ответы на вопросы о происхождении человеческого интеллекта и его вариациях между людьми, скорее всего, лежат не только в грубой анатомии мозга, но, скорее, следует искать на уровне его строительных блоков и вычислительных единиц — нейронов, синапсов и их генетических макияж, мириться.

Генетический подход к интеллекту

Учитывая, что интеллект является одной из наиболее наследуемых черт, отсюда следует, что и его нейробиологические корреляты должны находиться под сильным генетическим влиянием.Действительно, как серое, так и белое вещество коры мозга демонстрируют градиент сходства у субъектов с возрастающей генетической близостью (Thompson et al., 2001; Posthuma et al., 2002). Это структурное сходство мозга особенно сильно в лобных и боковых височных областях, которые демонстрируют наиболее значительную наследуемость (Thompson et al., 2001). Следовательно, общий объем мозга связан с интеллектом и в значительной степени имеет общее генетическое происхождение. Как и когда в процессе развития генетическое влияние оказывают отдельные гены и какие гены определяют интеллект человека?

Гены интеллекта

За последнее десятилетие общегеномные ассоциативные исследования (GWAS) превратились в мощный инструмент для изучения генов, лежащих в основе изменчивости многих человеческих черт и болезней (Bush and Moore, 2012).Исследования GWAS проверяют ассоциации между фенотипами и генетическими вариантами — однонуклеотидными полиморфизмами (SNP) — в больших группах неродственных людей. Хотя подавляющее большинство SNP оказывает минимальное влияние на биологические пути, некоторые SNP также могут иметь функциональные последствия, вызывая аминокислотные изменения и, таким образом, приводить к идентификации генетической основы заболевания или признака (Bush and Moore, 2012).

После первой волны GWAS исследования интеллекта дали в основном невоспроизводимые результаты (Butcher et al., 2008; Дэвис и др., 2011, 2015, 2016; Trampush et al., 2017) стало очевидным, что интеллект — это высокополигенная черта, и для надежной идентификации участвующих генов необходимы гораздо большие размеры выборки (Plomin and von Stumm, 2018). Метаанализ первой 31 когорты ( N = 53 949) смог предсказать только ~ 1,2% дисперсии общей когнитивной функции в независимой выборке, а анализ биологических путей не дал значимых результатов (Davies et al., 2015). Использование уровня образования в качестве прокси-фенотипа интеллекта увеличило как размер выборки, так и количество обнаруженных связанных генов.Уровень образования — это количество лет, проведенных в очной форме обучения. Как фенотипически (Deary et al., 2010), так и генетически (Trampush et al., 2017) он сильно коррелирует с IQ. Поскольку количество школьных лет является одним из распространенных, обычно собираемых параметров, этот подход увеличил размер выборки до ~ 400 000 человек в последних исследованиях GWAS (Okbay et al., 2016). Еще большие размеры выборки были получены путем объединения GWAS для когнитивных способностей с уровнем образования (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017) и сосредоточив внимание на GWAS интеллекта в нескольких когортах (Savage et al., 2018; Zabaneh et al., 2018). Какие гены интеллекта идентифицированы этими исследованиями?

Интеллект — полигенная черта

Последнее и крупнейшее на сегодняшний день исследование генетической ассоциации интеллекта выявило 206 геномных локусов и включило 1041 ген, добавив 191 новый локус и 963 новых гена к ранее связанным с когнитивными способностями (Savage et al., 2018 ).Эти результаты показывают, что интеллект — это высокополигенная черта, на которую множество различных генов будут оказывать крайне небольшое влияние, если вообще оказывают какое-либо влияние, скорее всего, на разных стадиях развития. Действительно, сообщаемые размеры эффекта для каждого аллеля чрезвычайно малы (обычно менее 0,1% даже для самых сильных эффектов), а комбинированные эффекты в масштабах всего генома объясняют лишь небольшую часть общей дисперсии (Lam et al., 2017). Например, наиболее сильное влияние идентифицированных аллелей на уровень образования объясняет только 0.022% фенотипической дисперсии в выборке репликации (Okbay et al., 2016), а комбинированные эффекты в масштабе всего генома предсказывают лишь небольшую часть общей дисперсии в удерживаемых выборках (Lam et al., 2017). В то же время общая наследуемость SNP, о которой сообщалось в недавнем GWAS, составляет около 20–21% (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). , менее половины оценок наследуемости в исследованиях близнецов (> 50%; Plomin and von Stumm, 2018). Однако небольшие генетические эффекты на критических стадиях развития могут иметь серьезные последствия для функции и развития мозга, а вместе с тем и для когнитивных способностей.Таким образом, важно знать, что это за идентифицированные гены, а также когда и где они экспрессируются в нервной ткани.

Большинство SNP обнаружено в некодирующих областях

Некодирующие области составляют большую часть генома человека и содержат значительную долю аллелей риска нейропсихиатрических заболеваний и поведенческих черт. За последнее десятилетие более 1200 исследований GWAS выявили около 6500 предрасполагающих к заболеваниям или признакам SNP, но только 7% из них расположены в регионах, кодирующих белок (Pennisi, 2011).Остальные 93% расположены в некодирующих областях, что позволяет предположить, что связанные с GWAS SNP регулируют уровни транскрипции генов, а не изменяют кодирующую белок последовательность или структуру белка.

Очень похожая картина вырисовывается для GWAS исследований интеллекта. SNP, значимо связанные с интеллектом, в основном расположены в интронных (51,3%) и межгенных областях (33,4%), тогда как только 1,4% являются экзонными (Savage et al., 2018;). Подобные распределения были также обнаружены в более ранних исследованиях ассоциаций (Sniekers et al., 2017; Coleman et al., 2019). Однако именно эти некодирующие регуляторные области генов заставляют геном реагировать на изменения синаптической активности и составляют главную силу, лежащую в основе эволюции когнитивных способностей человека (Hardingham et al., 2018). В то время как функции большинства межгенных областей в ДНК человека остаются плохо определенными, новые идеи появляются в исследованиях, сочетающих картирование некодирующих элементов с высоким разрешением, доступность хроматина и профили экспрессии генов. Эти исследования связывают регуляторные элементы с их генами-мишенями.Таким образом, нейрогенез и корковое расширение у людей, как полагают, контролируются специфическими генетическими регуляторными элементами — энхансерами, полученными человеком (HGE), которые проявляют повышенную активность в человеческом родословном (de la Torre-Ubieta et al., 2018). Более того, было показано, что генетические варианты, связанные с уровнем образования, обогащены регуляторными элементами, участвующими в кортикальном нейрогенезе (de la Torre-Ubieta et al., 2018).

Большинство связанных генетических вариантов интеллекта лежат в некодирующих областях ДНК — только 1.4% связанных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) являются экзонными, несинонимичными вариантами и лежат в генах, кодирующих белок. Анализ генов подразумевает пути, связанные с нейрогенезом, дифференцировкой нейронов и синаптической структурой. Цифра основана на результатах самых последних и крупнейших полногеномных ассоциативных исследований интеллекта (GWAS), проведенных Savage et al. (2018).

Таким образом, генетические эффекты на когнитивные способности, скорее всего, не действуют независимо от факторов окружающей среды, а скорее проявляются через регулируемую сигналом транскрипцию, управляемую опытом.Это взаимодействие между эпигенетическими эффектами через регуляторные элементы и генетический состав также могло бы объяснить возрастающую наследуемость интеллекта с возрастом (Bergen et al., 2007; Davis et al., 2008; Plomin and Deary, 2015). Одни и те же регуляторные гены требуют правильного взаимодействия генов с окружающей средой, чтобы раскрыть их роль в когнитивных способностях. Другими словами, в процессе развития один и тот же набор генов приобретает все большее влияние на интеллект, поскольку ранние уровни когнитивных способностей усиливаются за счет выбора среды и образования, соответствующих этим уровням способностей (Briley and Tucker-Drob, 2013; Plomin and von Штумм, 2018).

Большинство генов активны во время нейроразвития

Многие результаты GWAS идентифицируют гены и биологические пути, которые в основном активны на различных стадиях пренатального развития мозга (Bergen et al., 2007; Okbay et al., 2016; Lam et al., 2017 ; Sniekers et al., 2017; Trampush et al., 2017). Некоторые из этих генов ранее были связаны с умственной отсталостью или задержкой развития (Coleman et al., 2019). В частности, некоторые гены с известными мутациями, оказывающими сильное влияние на психические заболевания, демонстрируют меньшее регулирующее воздействие на познание, что указывает на естественные кривые доза-ответ, касающиеся функции генов (Trampush et al., 2017; Coleman et al., 2019).

Объединение данных SNP с данными транскриптома показало, что гены-кандидаты демонстрируют экспрессию выше исходного уровня в мозге на протяжении всей жизни, но демонстрируют особенно более высокие уровни экспрессии в мозге во время пренатального развития (Okbay et al., 2016). Когда гены были сгруппированы в функциональные кластеры, многие такие кластеры, связанные с уровнем образования, в первую очередь участвуют в разных стадиях нервного развития: пролиферации нейронных клеток-предшественников и их специализации, миграции новых нейронов в разные слои коры, проекции аксонов от нейронов к их сигнальной мишени и прорастанию дендритов (Okbay et al., 2016). Также для интеллекта анализ набора генов определяет нейрогенез, дифференцировку нейронов и регуляцию развития нервной системы как основные функции идентифицированных SNP (Savage et al., 2018;).

Некоторые примеры из последнего GWAS интеллекта включают гены с известными функциями в пролиферации и митозе клеток: ген GNL3 участвует в пролиферации стволовых клеток, NCAPG стабилизирует хромосомы во время митоза, а DDX27 изменяет вторичную структуру РНК и участвует в эмбриогенезе, клеточном рост и разделение (координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018). Наконец, самый крупный и наиболее значительно обогащенный кластер генов, связанных с уровнем образования, содержит гены с активностью кофактора транскрипции (Okbay et al., 2016), подтверждающие роль генов-кандидатов в развитии нервной системы и регуляции экспрессии генов. Действительно, многие гены, кодирующие белок, идентифицированные в последнем GWAS интеллекта, производят продукты, которые содержат домены, взаимодействующие с ДНК и РНК, такие как домены Zink finger и RING finger (ZNF446, MZF1, ZNFX1, ZNF638, RNF123) или известные связывания с РНК. партнеры (RBFOX и CELF4; координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018).

Гены, участвующие в межклеточных взаимодействиях

Многие из идентифицированных генов, которые играют роль в развитии нервной системы, могут вносить вклад в синаптическую функцию и пластичность. Функция мозга зависит от очень динамичных, зависимых от активности процессов, которые включают и выключают гены. Это может привести к глубоким структурным и функциональным изменениям, включая образование новых и устранение неиспользуемых синапсов, изменения цитоскелета, подвижности рецепторов и энергетического метаболизма. Когнитивные способности могут зависеть от того, насколько эффективно нейроны могут регулировать эти процессы.Взаимодействие клеток с их непосредственным окружением является фундаментальной функцией как нервного развития, так и синаптической функции. Многие из главных белков-кодирующих генов, связанных с когнитивными способностями, являются заякоренными в мембране белками, ответственными за межклеточную коммуникацию и межклеточную связь. Например, ген ITIh4, кодирующий белок, стабилизирующий внеклеточный матрикс. Другой пример — ген LAMB2, который кодирует ламинин, гликопротеин внеклеточного матрикса, который является основным компонентом базальных мембран.Также несколько генов кадгерина, от PCDHA1 до PCDHA7, CDHR4, которые участвуют в адгезии клеток, связаны с когнитивными способностями (координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018). Кроме того, в когорте с чрезвычайно высоким IQ ген, наиболее значительно обогащенный для ассоциации, — это ADAM12, закрепленный за мембраной белок, участвующий во взаимодействиях клетка-клетка и клетка-матрица (Zabaneh et al., 2018). Наконец, некоторые гены-кандидаты, которые кодируют молекулы клеточной адгезии (DCC и SEMA3F; Savage et al., 2018), специфически участвуют в управлении аксонами во время развития нейронов.

Некоторые гены-кандидаты участвуют в регуляции различных сигнальных путей через поверхностные рецепторы. Такие примеры включают DMXL2, который регулирует путь передачи сигналов Notch; Сигнальная пептидаза SPPL2C, такая как 2C, белок 43 безымянного пальца RNF43, который негативно регулирует пути передачи сигналов Wnt (Savage et al., 2018), и ген WNT4, который кодирует секретируемые сигнальные белки (Sniekers et al., 2017; Coleman et al., 2019) . Эти сигнальные пути играют важную роль в эмбриогенезе, клеточной пролиферации, миграции, а также в синаптической коммуникации на протяжении всего развития.

Примечательно, что недавнее крупномасштабное профилирование генов с клеточным разрешением выявило видоспецифические различия точно в тех же функциональных категориях генов, участвующих в межклеточной коммуникации (Zeng et al., 2012). Сравнивая профили экспрессии генов мыши и человека в неокортексе, межвидовые различия в экспрессии генов включали гены секретируемого белка (48%), внеклеточного матрикса (50%), клеточной адгезии (36%) и пептидного лиганда (31%). Эти результаты могут подчеркнуть важность взаимодействия клетки с окружающей средой не только для человеческого интеллекта, но и для эволюции человека в целом.

Гены синаптической функции и пластичности

Некоторые результаты GWAS интеллекта указывают непосредственно на гены с известными функциями в синаптической коммуникации, пластичности и возбудимости нейронов. Некоторые идентифицированные гены в первую очередь участвуют в пресинаптической организации и высвобождении пузырьков. Одним из них является TSNARE1, который кодирует домен t-SNARE, содержащий 1 (Savage et al., 2018). Основная роль белков SNARE заключается в обеспечении стыковки синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной в нейронах и слиянии пузырьков (NCBI Resource Coordinators, 2017).Более того, по крайней мере два других идентифицированных гена также участвуют в переносе везикул: GBF1 опосредует везикулярный транспорт в аппарате Гольджи, а ARHGAP27 играет роль в клатрин-опосредованном эндоцитозе. Наконец, ген BSN кодирует каркасный белок, участвующий в организации пресинаптического цитоскелета.

Одним из активаторов транскрипции, связанных с интеллектом, является цАМФ-чувствительный элемент, связывающий 3L4 (CREB3L4). Этот ген кодирует CREB — ядерный белок, который модулирует транскрипцию генов.Это важный компонент внутриклеточных сигнальных событий и имеет широко распространенные биологические функции. Однако в нейронах его наиболее документированные и хорошо изученные роли — это регуляция синаптической пластичности, обучения и формирования памяти (Silva et al., 1998).

Доступ к базам данных о лекарствах-мишенях и аннотациях к ним может пролить новый свет на ассоциации генов лекарств с фенотипом (Gaspar and Breen, 2017). Такой анализ лекарственных путей в сочетании с результатами исследования интеллекта GWAS показал, что генные мишени двух препаратов, участвующих в синаптической регуляции и возбудимости нейронов, были значительно обогащены: блокатор кальциевых каналов Т-типа и ингибитор калиевых каналов (Lam et al., 2017). В соответствующем анализе классов лекарств значительное обогащение также наблюдалось для субъединиц потенциалзависимых кальциевых каналов (Lam et al., 2017). В другом исследовании гены, участвующие в регуляции комплекса потенциал-управляемых кальциевых каналов, также были в значительной степени связаны с уровнем образования в предыдущем исследовании (Okbay et al., 2016). Оба типа ионных каналов играют решающую роль в синаптической коммуникации и возбуждении потенциала действия. Кальциевые каналы Т-типа участвуют в инициации потенциала действия и переключении между различными режимами возбуждения (Cain and Snutch, 2010).Калиевые каналы имеют решающее значение для быстрой реполяризации во время генерации AP и поддержания мембранного потенциала покоя (Hodgkin and Huxley, 1952).

Гены со вспомогательными функциями

Человеческий мозг использует не менее 20% энергии, потребляемой всем телом. Большая часть этой потребности в энергии идет на создание постсинаптических потенциалов (Attwell and Laughlin, 2001; Magistretti and Allaman, 2015). Примечательно, что появление у людей высших когнитивных функций в процессе эволюции также связано с повышенной экспрессией генов энергетического метаболизма (Magistretti and Allaman, 2015).Таким образом, гены, участвующие в энергоснабжении и метаболизме, могут влиять на поддержание высокочастотной активации во время когнитивных задач. Действительно, когнитивные способности связаны с генетической изменчивостью в нескольких генах, которые кодируют регуляторы митохондриальной функции — GPD2, NDUFS3, MTCh3 (координаторы ресурсов NCBI, 2017; Savage et al., 2018).

Митохондрии играют центральную роль в различных клеточных процессах, включая энергетический метаболизм, передачу сигналов внутриклеточного кальция и генерацию активных форм кислорода.Приспосабливая свои функции к требованиям нейрональной активности, они играют важную роль в сложном поведении нейронов (Kann and Kovács, 2007). Кроме того, гены, участвующие в метаболизме липидов (BTN2A1 и BTN1A1) и метаболизме глюкозы и аминокислот (GPT), входят в число генов-кандидатов интеллекта.

Другой замечательный кластер генов, кодирующих белок, участвующих в интеллекте, — это гены, кодирующие белки, связанные с микротрубочками. Микротрубочки являются важной частью цитоскелета и участвуют в поддержании клеточной структуры на протяжении всего развития.В то же время микротрубочки являются важными магистралями внутриклеточного транспорта и тем самым влияют на рециркуляцию синаптических рецепторов и высвобождение нейротрансмиттеров в нейронах (Hernández and Ávila, 2017). Ген MAPT, кодирующий белок, связанный с микротрубочками, был связан с интеллектом в нескольких исследованиях (Sniekers et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). MAPT также изменяется при многих заболеваниях головного мозга — болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и болезни Хантингтона (Hernández and Ávila, 2017).Помимо MAPT, было обнаружено, что некоторые другие гены, кодирующие белки, связанные с микротрубочками, в значительной степени связаны с интеллектом: серин / треонинкиназа 3, связанная с микротрубочками (MAST3), ALMS1 участвует в организации микротрубочек и SAXO2 (FAM154B) — белок, стабилизирующий микротрубочки (ресурс NCBI). Координаторы, 2017; Savage et al., 2018).

Выводы генетических исследований

В заключение, исследования близнецов показывают, что индивидуальные различия в человеческом интеллекте в значительной степени (50–80%) могут быть объяснены генетическими факторами, делающими интеллект одной из наиболее наследуемых черт.Однако настоящие исследования GWAS могут охватить менее половины этой наследуемости (21–22%; Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Кроме того, большое количество генов объясняет генетические влияния незначительными эффектами. Девяносто пять процентов этих генетических вариантов расположены в интронных и межгенных областях и могут выполнять функцию регуляции генов. Лишь очень небольшая часть ассоциированных SNP (1,4%) находится во фрагментах ДНК, которые транслируются в белок.

Большинство связанных генов участвуют в раннем, скорее всего, пренатальном развитии, при этом некоторые гены необходимы для синаптической функции и пластичности на протяжении всей жизни. Тот факт, что такие характеристики, как длина / вес при рождении и долголетие, демонстрируют устойчивые полигенные корреляции с когнитивными функциями (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017), подразумевает, что общее здоровое развитие является предпосылкой для оптимальной когнитивной функции.

GWAS проверяет возможные ассоциации между генами и фенотипом.Однако доступность данных о клеточном и тканеспецифическом транскриптоме из посмертного мозга человека (Ardlie et al., 2015) открыла новый горизонт для исследований GWAS. Связывание совпадений данных GWAS с клеточными и тканеспецифическими транскриптомными профилями (GTEx) может указывать, в какой области мозга и даже в каких типах клеток потенциально экспрессируются гены интеллекта. У этого подхода есть очевидные оговорки, поскольку гены, связанные с интеллектом, не обязательно должны экспрессироваться в одно и то же время развития, а поскольку локусы мозга, участвующие в интеллекте, широко распространены, не все гены должны экспрессироваться в одной и той же области мозга или в одном типе клеток.Тем не менее, с использованием этого подхода было обнаружено, что гены, связанные с уровнем образования и интеллектом, преимущественно экспрессируются вместе в нервной ткани (Okbay et al., 2016; Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017; Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). В частности, гиппокамп, средний мозг и в целом кортикальные и лобные области коры демонстрируют наибольшее обогащение экспрессии этих генов (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). За исключением среднего мозга, это области мозга, которые ранее участвовали в интеллекте при исследованиях изображений мозга.

Специфические профили экспрессии генов интеллекта для конкретных типов клеток подчеркивают роль типов нейрональных клеток. Хотя клетки глии являются наиболее распространенным типом клеток в головном мозге человека (Vasile et al., 2017), не было обнаружено никаких доказательств обогащения генов-кандидатов в олигодендроцитах или астроцитах (Lam et al., 2017; Trampush et al., 2017) оставляя нейроны основным носителем генетической изменчивости. Дальнейший углубленный анализ типов нейронов выявил значительное обогащение ассоциированных генов в пирамидных нейронах в области СА1 гиппокампа и кортикальных соматосенсорных областях.Кроме того, значимые ассоциации были обнаружены в основном типе клеток полосатого тела — средних шиповатых нейронах (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Пирамидные нейроны являются наиболее распространенными типами нейронов в неокортексе и гиппокампе, структурами, связанными с высшими исполнительными функциями, принятием решений, решением проблем и памятью. Средние шиповатые нейроны полосатого тела составляют 95% всех типов нейронов в полосатом теле, структуре, ответственной за мотивацию, вознаграждение, обучение привычкам и поведенческий результат (Volkow et al., 2017). Результаты исследований GWAS выдвинули гипотезу о том, что эти типы нейронов играют роль в поддержке интеллекта (Coleman et al., 2019). Есть ли доказательства того, что определенные свойства клеток мозга способствуют развитию интеллекта?

Клетки интеллекта

С тех пор, как Рамон-и-Кахаль постулировал свою нейронную доктрину обработки информации, назвав нейроны «бабочками души» (Cajal, 1893), нейробиология согласилась с тем, что основа человеческого интеллекта должна лежать в нейронах или сетях нейронов. .Однако нейробиологические поиски биологической основы интеллекта до сих пор были сосредоточены почти исключительно на макроскопическом уровне мозга и генетике интеллекта, оставляя большой пробел в знаниях на клеточном уровне.

Мы предполагаем, что наш разум функционирует за счет активности 86 миллиардов нейронов (Herculano-Houzel, 2012) и их связей, которые образуют основные строительные блоки для кодирования, обработки и хранения информации в мозгу и в конечном итоге вызывают познание ( Салинас и Сейновски, 2001).Учитывая астрономическое количество нейронных связей (Drachman, 2005), даже малейшее изменение эффективности обработки информации нейронами может привести к большим различиям в когнитивных способностях. Действительно, одна из наиболее устойчивых и воспроизводимых ассоциаций в поведенческой психологии — это связь интеллекта со скоростью умственной обработки, измеряемой временем реакции испытуемых-людей (Vernon, 1983; Barrett et al., 1986). Однако очень немногие исследования пытались ответить на вопрос, поддерживает ли активность и структура отдельных человеческих нейронов человеческий интеллект и насколько быстрая обработка мыслей может быть вызвана свойствами клеток в нашем мозгу.

Этот пробел в знаниях неудивителен: доступ к нейронам в живом человеческом мозге очень ограничен, и большая часть того, что известно о функциях нейронов, получено в результате исследований на лабораторных животных. В течение последних десятилетий использование ткани головного мозга, удаленной во время нейрохирургического лечения эпилепсии или опухолей, открыло новые возможности для изучения человеческого мозга на клеточном уровне (Molnár et al., 2008; Testa-Silva et al., 2010, 2014; Verhoog et al., 2013, 2016). Чтобы получить доступ к пораженным глубоким структурам мозга, нейрохирурги иссекают перекрывающий непатологический неокортекс, который может быть доставлен в лабораторию для дальнейшего исследования.В сочетании с когнитивным тестированием перед операцией этот подход предлагает прекрасную возможность изучить функцию нейронов в отношении человеческого интеллекта. Такое использование живой ткани мозга человека из нейрохирургии не может быть заменено другими методами: посмертная ткань обычно не подходит для физиологических исследований (но см. Kramvis et al., 2018), в то время как исследованиям изображений мозга не хватает необходимой клеточной точности.

Ключевая роль пирамидных нейронов

Генетические исследования показывают, что экспрессия генов, связанных с интеллектом, накапливается в кортикальных пирамидных нейронах (Savage et al., 2018; Coleman et al., 2019). Сравнение ключевых клеточных свойств пирамидных нейронов разных видов может дать представление о функциональном значении таких различий для познания человека. Фактически, человеческая ткань, используемая в исследованиях, всегда происходит из ассоциативных областей более высокого порядка, обычно из височной коры, чтобы сохранить первичные сенсорные и языковые функции пациента. Это как раз те области, которые связаны с визуализацией мозга в человеческом интеллекте. Какие свойства пирамидных нейронов височной коры выделяются при сравнении разных видов?

Во-первых, структура пирамидных клеток иная (Elston and Fujita, 2014): по сравнению с грызунами и макаками пирамидные клетки 2/3 слоя человека имеют в три раза более крупные и сложные дендриты (Mohan et al., 2015). Более того, эти большие дендриты также получают в два раза больше синапсов, чем пирамидные нейроны грызунов (DeFelipe et al., 2002).

Помимо структурных различий, пирамидные нейроны человека обладают рядом уникальных функциональных свойств. Возбуждающие синапсы человека восстанавливаются в 3-4 раза быстрее после депрессии, чем синапсы в коре головного мозга грызунов, обладают более быстрым потенциалом действия и передают информацию до девяти раз быстрее, чем синапсы мыши (Testa-Silva et al., 2014). Кроме того, нейроны взрослого человека могут ассоциировать синаптические события в гораздо более широком временном окне пластичности (Testa-Silva et al., 2010; Verhoog et al., 2013). Эти различия между видами могут указывать на эволюционное давление как на дендритную структуру, так и на функцию нейронов в височной доле и подчеркивать специфическую адаптацию человеческих пирамидных клеток в когнитивных функциях, которые выполняют эти области мозга.

Недавно эти различия в функции и структуре пирамидных нейронов человека были связаны с показателями интеллекта и анатомической структурой височных долей у одних и тех же субъектов (Goriounova et al., 2018;). Результаты показали, что высокие показатели IQ связаны с большей толщиной височной коры у нейрохирургических пациентов, как и у здоровых субъектов (Choi et al., 2008). Кроме того, более толстая височная кора связана с более крупными и сложными дендритами пирамидных нейронов человека. Включение этих реалистичных морфологий дендритов в вычислительную модель показало, что нейроны более крупных моделей способны обрабатывать синаптические входы с более высокой временной точностью. Улучшение передачи информации модельными нейронами было связано с более быстрыми потенциалами действия в более крупных клетках. Наконец, как и было предсказано моделью, экспериментальные записи скачков потенциала действия в пирамидных нейронах человека продемонстрировали, что люди с более высокими показателями IQ были способны поддерживать быстрые потенциалы действия во время нейрональной активности.Эти данные являются первым доказательством того, что человеческий интеллект связан с более крупными и сложными нейронами, более быстрыми потенциалами действия и более эффективной передачей синаптической информации (Goriounova et al., 2018).

Клеточная основа человеческого интеллекта. Более высокие показатели IQ связаны с более крупными дендритами, более быстрыми потенциалами действия во время нейрональной активности и более эффективным отслеживанием информации в пирамидных нейронах височной коры. Цифра основана на результатах Goriounova et al.(2018).

Уровни связи: гены, клетки, сети и области мозга

Пирамидные клетки, особенно в поверхностных слоях областей мультимодальной интеграции, таких как височная или лобная кора, являются основными интеграторами и накопителями синаптической информации. Более крупные дендриты могут физически содержать больше синаптических контактов и обрабатывать больше информации. Действительно, дендриты пирамидного нейрона человека получают в два раза больше синапсов, чем у грызунов (DeFelipe et al., 2002). Возрастающая способность этих областей мозга к интеграции информации также отражается в градиенте сложности пирамидных клеток по кортикальным областям — клетки имеют все более крупные дендриты в областях, участвующих в процессинге коры высшего порядка (Elston et al., 2001; Jacobs et al., 2001; Элстон, 2003; Элстон и Фуджита, 2014; van den Heuvel et al., 2015). Как у людей, так и у других приматов корково-корковые связи всего мозга положительно коррелируют с размером дендритов пирамидных клеток (Scholtens et al., 2014; van den Heuvel et al., 2015).

В целом, большая дендритная длина нейронов человека по сравнению с другими видами и, в частности, удлинение их базальных дендритных окончаний (Deitcher et al., 2017) позволит этим клеткам использовать ветви своего дендритного дерева в качестве независимых вычислительных компартментов.Недавно Eyal et al. (2016, 2018) предоставили новое понимание обработки сигналов и вычислительных возможностей пирамидных клеток человека, протестировав свои детальные модели, включая возбуждающие синапсы, дендритные шипы, дендритные NMDA- и соматические шипы (Eyal et al., 2018). Результаты показывают, что особенно большое количество базальных дендритов в пирамидных клетках человека и удлинение их окончаний по сравнению с другими видами приводит к электрическому разъединению базальных окончаний друг от друга.Аналогичные наблюдения были недавно сделаны с помощью дендритных записей пирамидных нейронов человеческого слоя 5 (Beaulieu-Laroche et al., 2018). Таким образом, дендриты человека могут функционировать как множественные полунезависимые субъединицы и генерировать больше дендритных NMDA-шипов независимо и одновременно по сравнению с височной корой головного мозга крыс (Eyal et al., 2014). Дендритные шипы через рецепторы NMDA являются важным компонентом поведенческих вычислений в нейронах. У мышей манипуляции с этими спайками приводят к снижению избирательности ориентации зрительных корковых нейронов, связывающих функцию дендритов с обработкой визуальной информации нейронами (Smith et al., 2013). Более того, более крупные дендриты влияют на возбудимость клеток (Vetter et al., 2001; Bekkers and Häusser, 2007) и определяют форму и скорость потенциалов действия (Eyal et al., 2014). Увеличение размера дендритных компартментов in silico приводит к ускорению возникновения потенциала действия и увеличению кодирующей способности нейронов (Eyal et al., 2014; Goriounova et al., 2018). Кроме того, по сравнению с мышами пирамидные нейроны человека в поверхностных слоях демонстрируют больше токов, активируемых гиперполяризацией, которые способствуют возбудимости этих клеток (Kalmbach et al., 2018).

Таким образом, более крупные дендриты снабжают клетки множеством вычислительных преимуществ, необходимых для быстрой и эффективной интеграции больших объемов информации. Тот факт, что более крупные и быстрые человеческие нейроны в височной коре связаны с интеллектом (Goriounova et al., 2018), свидетельствует о том, что существует континуум этих клеточных свойств в человеческой популяции. На верхнем уровне распределения оценок IQ пирамидные клетки людей с высоким IQ получают больше синаптических входов и могут достичь более высокого разрешения синаптической интеграции, обрабатывая эти множественные синаптические входы по отдельности и одновременно.Поскольку во время когнитивной деятельности клетки постоянно подвергаются бомбардировке большим количеством входящих сигналов, нейрон должен преобразовывать эти многочисленные входные данные в выходные. Человеческие нейроны людей с более высоким IQ способны переводить эти входные данные в потенциалы действия — выходной сигнал клетки — гораздо более эффективно, передавать больше информации и поддерживать быстрое возбуждение потенциала действия по сравнению с субъектами с более низким IQ. Эти результаты хорошо согласуются с генетическими и визуализационными исследованиями, в которых скорость метаболизма является важным коррелятом интеллекта (Haier et al., 1988; Savage et al., 2018).

Наконец, генетические исследования интеллекта также выявили гены, поддерживающие дендритную структуру в когнитивных способностях человека. Кластеризация генов-кандидатов из GWAS уровня образования в наборах генов с известной биологической функцией позволила идентифицировать наборы генов, участвующие в морфологии коры головного мозга и, в частности, в дендритах и ​​организации дендритных позвонков (Okbay et al., 2016). Кроме того, наиболее сильная возникающая генетическая связь с интеллектом, установленная Sniekers et al.(2017) и позже воспроизведен в гораздо большей выборке (Coleman et al., 2019), находится в интронной области гена FOXO3 и его промотора. Ген FOXO3 является частью сигнального пути инсулин / инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1) (Costales and Kolevzon, 2016). Примечательно, что IGF-I, как было показано, увеличивает разветвление и размер дендритов в первичной соматосенсорной коре крыс, особенно в пирамидных клетках в поверхностных кортикальных слоях (Niblock et al., 2000). Низкий уровень IGF-1 также был связан с плохой когнитивной функцией во время старения (Aleman et al., 1999; Tumati et al., 2016) и менее интегрированная функциональная сеть связанных областей мозга (Sorrentino et al., 2017). Таким образом, индивидуальные различия в развитии дендритов в пирамидных клетках подлежат генетическому контролю, сопровождаются функциональными адаптациями в этих клетках и лежат в основе изменчивости интеллекта человека.

Как эти данные на клеточном и генетическом уровне трансформируются в результаты макромасштабной визуализации мозга? Одним из наиболее убедительных результатов визуализации мозга является то, что толщина и объем коры головного мозга связаны с интеллектом (Haier et al., 2004; Колом и др., 2006, 2009; Нарр и др., 2007; Choi et al., 2008; Карама и др., 2009). Реконструкция кортикального столба при наноразмерном разрешении показывает, что объем коры состоит в основном из дендритных и аксональных отростков с в 7 раз большим количеством аксонов по сравнению с дендритами (Kasthuri et al., 2015), только небольшая часть этого объема занята телами клеток. Дендриты и аксоны — это структуры, которые обеспечивают синаптическую пластичность, хранят информацию и продолжают расти и изменяться в течение жизни.В самом деле, во время нормального постнатального развития области коры следуют аналогичной схеме: дендриты демонстрируют непрерывный рост, который сопровождается увеличением объема коры и снижением плотности нейронов (Huttenlocher, 1990). Кроме того, лобные области коры головного мозга, которые в большей степени формируются в зависимости от возраста и опыта, демонстрируют более медленный ход этих изменений по сравнению с первичными областями зрения, у которых более ранний критический период (Huttenlocher, 1990). В соответствии с этим продолжительным развитием дендритные деревья в височной доле человека продолжают расти на протяжении всей зрелости и до старости.У 80-летних дендритные деревья более обширны, чем в 50-летнем возрасте, при этом большая часть различий связана с увеличением количества и средней длины концевых сегментов дендритного дерева. Связь между размером дендритов и познанием подчеркивается тем фактом, что при старческом слабоумие дендритные деревья менее обширны, в основном потому, что их конечные сегменты меньше и короче (Buell and Coleman, 1979).

Кроме того, в коре головного мозга человека существует градиент дендритной сложности по кортикальным областям.Области ассоциации более высокого порядка, которые хранят и обрабатывают более сложную информацию, содержат нейроны с более крупными и более сложными дендритами по сравнению с первичными сенсорными областями. В то же время плотность тела нейрональных клеток ниже в ассоциативных областях коры по сравнению с первичными сенсорными областями (Buell and Coleman, 1979; DeFelipe et al., 2002; Elston, 2003).

Недавнее исследование Genç et al. (2018) использовали мультиоболочечную диффузионную тензорную визуализацию для оценки теменно-лобной кортикальной дендритной плотности в зависимости от познания человека.Это исследование показало, что более высокие баллы в когнитивных тестах коррелируют с более низкими значениями плотности нейритов (Genç et al., 2018). По мере того, как плотность нейритов уменьшается вместе с увеличением длины дендритов (Huttenlocher, 1990), результаты, полученные Genç et al. (2018) могут указывать на то, что теменно-лобные области коры у людей с более высоким интеллектом имеют менее плотно упакованные нейроны, и подразумевают, что эти нейроны имеют более крупные дендриты. Принимая во внимание результаты Genç et al. (2018) и Горюнова и др.(2018) вместе предполагают, что нейронные цепи, связанные с высшим интеллектом, организованы редко и эффективно. Более крупные и сложные пирамидные нейроны более рассредоточены в корковом пространстве и занимают больший объем коры.

Выводы и перспективы на будущее

Визуализация мозга послужила основой для исследований в области нейробиологии интеллекта, указав важные функциональные и структурные грубые анатомические области, связанные с интеллектом — общий объем и толщину серого вещества, целостность белого вещества и функцию во временном лобная и теменная кора.Однако очевидно, что нейровизуализация в нынешней форме не может обеспечить временное и пространственное разрешение, достаточное для изучения вычислительных строительных блоков мозга — нейронов и синаптических контактов.

С другой стороны, исследования GWAS сосредоточились на другой крайности этого спектра — генах интеллекта. Большой прогресс был достигнут за счет увеличения размеров выборки и объединения нескольких когорт. Результаты показывают, что 98% связанных генетических вариантов не кодируются в функциональный белок и, вероятно, выполняют регуляторную функцию на разных стадиях нервного развития.Однако небольшой процент генов, которые действительно продуцируют функциональные белки, вовлечен в различные нейрональные функции, включая синаптическую функцию и пластичность, межклеточные взаимодействия и энергетический метаболизм. Важно отметить, что растущая база данных профилей экспрессии генов позволила точно определить экспрессию ассоциированных генов в основных нейронах коры и среднего мозга — пирамидных и средних шиповатых нейронах.

Клеточная нейробиология резецированной ткани головного мозга человека может предложить новые перспективы. Интересные первоначальные результаты уже связали функцию и структуру пирамидных клеток с интеллектом человека, выявив положительную корреляцию между размером дендритов, скоростью потенциала действия и IQ.Однако многие вопросы до сих пор остаются без ответа.

Какие типы нейронов участвуют в человеческом интеллекте? Недавние достижения в профилировании генов нейронов с разрешением отдельных клеток показывают, что существует около 50 типов транскриптомных пирамидных клеток у мышей, а различные области мозга содержат еще новые наборы транскриптомных типов (Tasic et al., 2018). Информация, содержащаяся в транскриптомах, связывает типы с их региональной специфичностью к дальнодействующим целям.