Intelligentie: van genetica tot "draden" en "processor" van het menselijk brein

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Waarom zijn sommige mensen slimmer dan anderen? Sinds onheuglijke tijden proberen wetenschappers erachter te komen wat ze moeten doen om het hoofd helder te houden. Verwijzend naar een aantal wetenschappelijke studies, bespreekt Spektrum de componenten van intelligentie - van genetica tot de "draden" en "processor" van het menselijk brein.

Waarom zijn sommige mensen slimmer dan anderen? Sinds onheuglijke tijden proberen wetenschappers erachter te komen wat er moet gebeuren om het hoofd goed te laten denken. Maar nu is het in ieder geval duidelijk: de lijst met componenten van intelligentie is langer dan verwacht.

In oktober 2018 liet Wenzel Grüs aan miljoenen tv-kijkers iets ongelooflijks zien: een student uit het kleine Duitse stadje Lastrut sloeg meer dan vijftig keer achter elkaar een voetbal met zijn hoofd, zonder hem met zijn handen te laten vallen of op te rapen. Maar het feit dat het publiek van het Russische tv-programma "Amazing People" hem een enthousiast applaus toekende, werd niet alleen verklaard door de atletische behendigheid van de jongeman. Feit is dat hij, terwijl hij de bal speelde, tussendoor het getal 67 tot de vijfde macht verhoogde, nadat hij in slechts 60 seconden een tiencijferig resultaat had behaald.

Wenzel, die vandaag 17 is, heeft een unieke wiskundige gave: hij vermenigvuldigt, deelt en haalt wortels uit twaalfcijferige getallen zonder pen, papier of andere hulpmiddelen. Op het laatste wereldkampioenschap mondeling tellen behaalde hij de derde plaats. Zoals hij zelf zegt, kost het hem 50 tot 60 minuten om bijzonder moeilijke wiskundige problemen op te lossen: bijvoorbeeld wanneer hij een getal van twintig cijfers in priemfactoren moet ontbinden. Hoe doet hij het? Waarschijnlijk speelt zijn kortetermijngeheugen hierbij de hoofdrol.

Het is duidelijk dat Wenzels brein enigszins superieur is aan het denkorgaan van zijn normaal begaafde leeftijdsgenoten. Tenminste, als het om cijfers gaat. Maar waarom hebben sommige mensen over het algemeen een grotere mentale capaciteit dan anderen? Deze vraag hield de Britse natuuronderzoeker Francis Galton 150 jaar geleden nog bezig. Tegelijkertijd vestigde hij de aandacht op het feit dat verschillen in intelligentie vaak worden geassocieerd met de afkomst van een persoon. In zijn werk Hereditary Genius concludeert hij dat menselijke intelligentie kan worden geërfd.

Cocktail met meerdere ingrediënten

Zoals later bleek, klopte deze stelling van hem - althans gedeeltelijk. De Amerikaanse psychologen Thomas Bouchard en Matthew McGue analyseerden meer dan 100 gepubliceerde onderzoeken naar de gelijkenis van intelligentie tussen leden van dezelfde familie. In sommige werken zijn identieke tweelingen beschreven, onmiddellijk na de geboorte gescheiden. Desondanks lieten ze bij intelligentietests bijna dezelfde resultaten zien. De tweelingen die samen opgroeiden, leken zelfs nog meer op elkaar wat betreft mentale vermogens. Waarschijnlijk had ook de omgeving een belangrijke invloed op hen.

Tegenwoordig geloven wetenschappers dat 50-60% van de intelligentie wordt geërfd. Met andere woorden, het verschil in IQ tussen twee mensen is een goede helft vanwege de structuur van hun DNA dat ze van hun ouders hebben gekregen.

Op zoek naar genen voor intelligentie

De zoektocht naar de erfelijke stoffen die hiervoor specifiek verantwoordelijk zijn, heeft tot nu toe weinig opgeleverd. Toegegeven, soms vonden ze enkele elementen die op het eerste gezicht verband hielden met intelligentie. Maar bij nader inzien bleek deze relatie niet waar te zijn. Er deed zich een paradoxale situatie voor: aan de ene kant bleek uit talloze onderzoeken een hoge erfelijke component van intelligentie. Aan de andere kant kon niemand zeggen welke genen hier specifiek verantwoordelijk voor waren.

De laatste tijd is het beeld enigszins veranderd, vooral door technologische vooruitgang. Het bouwplan van elk individu zit vervat in zijn DNA - een soort gigantische encyclopedie, bestaande uit ongeveer 3 miljard letters. Helaas is het geschreven in een taal die we nauwelijks kennen. Hoewel we de brieven kunnen lezen, blijft de betekenis van de teksten van deze encyclopedie voor ons verborgen. Zelfs als wetenschappers erin slagen het hele DNA van een persoon te sequensen, weten ze niet welke delen ervan verantwoordelijk zijn voor zijn mentale vermogens.

Intelligentie en IQ

Het woord intellect komt van het Latijnse zelfstandig naamwoord intellectus, dat kan worden vertaald als "perceptie", "begrijpen", "begrijpen", "reden" of "geest". Psychologen begrijpen intelligentie als een algemene mentale vaardigheid die verschillende competenties omvat: bijvoorbeeld het vermogen om problemen op te lossen, complexe ideeën te begrijpen, abstract te denken en te leren van ervaring.

Intelligentie is meestal niet beperkt tot één onderwerp, zoals wiskunde. Iemand die goed is op één gebied blinkt vaak uit in andere. Talent dat duidelijk beperkt is tot één onderwerp is zeldzaam. Daarom gaan veel wetenschappers uit van het feit dat er een algemene factor van intelligentie is, de zogenaamde factor G.

Iedereen die intelligentie gaat bestuderen heeft een methode nodig om het objectief te meten. De eerste intelligentietest is ontwikkeld door de Franse psychologen Alfred Binet en Théodore Simon. Ze gebruikten het voor het eerst in 1904 om de intellectuele capaciteiten van schoolkinderen te beoordelen. Op basis van de hiervoor ontwikkelde taken creëerden ze de zogenaamde 'Binet-Simon schaal van mentale ontwikkeling'. Met zijn hulp bepaalden ze de leeftijd van de intellectuele ontwikkeling van het kind. Het kwam overeen met een getal op een schaal van problemen die het kind volledig kon oplossen.

In 1912 stelde de Duitse psycholoog William Stern een nieuwe methode voor waarbij de leeftijd van intellectuele ontwikkeling werd gedeeld door de chronologische leeftijd, en de resulterende waarde werd het intelligentiequotiënt (IQ) genoemd. En hoewel de naam tot op de dag van vandaag bewaard is gebleven, beschrijft IQ tegenwoordig niet langer leeftijdsverhoudingen. In plaats daarvan geeft IQ een idee van hoe het intelligentieniveau van een persoon correleert met het intelligentieniveau van de gemiddelde persoon.

Mensen verschillen van elkaar, en dienovereenkomstig verschillen hun DNA-sets. Personen met een hoog IQ moeten echter ten minste overeenkomen met die delen van het DNA die verband houden met intelligentie. Wetenschappers gaan vandaag uit van deze fundamentele stelling. Door het DNA van honderdduizenden proefpersonen in miljoenen delen te vergelijken, kunnen wetenschappers de erfelijke regio's identificeren die bijdragen aan de vorming van hogere intellectuele vermogens.

De afgelopen jaren zijn er een aantal vergelijkbare onderzoeken gepubliceerd. Dankzij deze analyses wordt het beeld steeds duidelijker: bijzondere mentale vermogens zijn niet alleen afhankelijk van erfelijke gegevens, maar van duizenden verschillende genen. En elk van hen levert slechts een kleine bijdrage aan het fenomeen intelligentie, soms slechts een paar honderdsten van een procent. "Er wordt nu aangenomen dat tweederde van alle menselijke variabele genen direct of indirect verband houdt met de ontwikkeling van de hersenen en dus mogelijk met intelligentie", benadrukt Lars Penke, hoogleraar biologische persoonlijkheidspsychologie aan de Georg August-universiteit in Göttingen.

Zeven verzegeld mysterie

Maar er is nog één groot probleem: vandaag zijn er 2000 bekende plaatsen (loci) in de structuur van DNA die worden geassocieerd met intelligentie. Maar in veel gevallen is nog niet duidelijk waar deze loci precies voor verantwoordelijk zijn. Om deze puzzel op te lossen, observeren intelligentieonderzoekers welke cellen meer dan andere reageren op nieuwe informatie. Dit kan betekenen dat deze cellen op de een of andere manier verband houden met denkvermogens.

Tegelijkertijd worden wetenschappers voortdurend geconfronteerd met een bepaalde groep neuronen - de zogenaamde piramidale cellen. Ze groeien in de hersenschors, dat wil zeggen in die buitenste schil van de hersenen en het cerebellum, die experts de cortex noemen. Het bevat voornamelijk zenuwcellen die het zijn karakteristieke grijze kleur geven, daarom wordt het "grijze stof" genoemd.

Misschien spelen piramidale cellen een sleutelrol bij de vorming van intelligentie. Dat blijkt in ieder geval uit de resultaten van onderzoeken van neurobioloog Natalia Goryunova, hoogleraar aan de Vrije Universiteit van Amsterdam.

Onlangs publiceerde Goryunova de resultaten van een onderzoek dat ieders aandacht trok: ze vergeleek piramidale cellen bij proefpersonen met verschillende intellectuele vermogens. Weefselmonsters zijn voornamelijk genomen van materiaal dat is verkregen tijdens operaties bij patiënten met epilepsie. In ernstige gevallen proberen neurochirurgen de focus van gevaarlijke aanvallen te verwijderen. Daarbij verwijderen ze altijd delen van gezond hersenmateriaal. Het was dit materiaal dat Goryunova bestudeerde.

Ze testte eerst hoe de piramidecellen die erin zitten reageren op elektrische impulsen. Vervolgens sneed ze elk monster in de dunste plakjes, fotografeerde ze onder een microscoop en assembleerde ze opnieuw op de computer tot een driedimensionaal beeld. Zo stelde ze bijvoorbeeld de lengte vast van dendrieten - vertakte uitgroeisels van cellen, met behulp waarvan ze elektrische signalen opvangen. “Tegelijkertijd hebben we een verband gelegd met het IQ van de patiënten”, legt Goryunova uit. "Hoe langer en meer vertakt de dendrieten waren, hoe slimmer het individu was."

De onderzoeker legde dit heel eenvoudig uit: lange, vertakte dendrieten kunnen meer contact maken met andere cellen, dat wil zeggen dat ze meer informatie krijgen die ze kunnen verwerken. Daarbij komt nog een factor: “Door de sterke vertakking kunnen ze in verschillende branches tegelijkertijd verschillende informatie verwerken”, benadrukt Goryunova. Door deze parallelle verwerking hebben cellen een groot rekenpotentieel. “Ze werken sneller en productiever”, besluit Goryunova.

Slechts een deel van de waarheid

Hoe overtuigend deze stelling ook lijkt, ze kan niet als volledig bewezen worden beschouwd, zoals de onderzoeker zelf eerlijk toegeeft. Feit is dat de weefselmonsters die ze onderzocht voornamelijk afkomstig waren uit een zeer beperkt gebied in de slaapkwabben. De meeste epileptische aanvallen komen daar voor en daarom wordt in de regel in dit gebied een operatie voor epilepsie uitgevoerd. "We kunnen nog niet zeggen hoe het in andere delen van de hersenen gaat", geeft Goryunova toe. "Maar nieuwe, maar nog niet gepubliceerde onderzoeksresultaten van onze groep laten bijvoorbeeld zien dat de relatie tussen dendrietlengte en intelligentie sterker is in de linkerhersenhelft dan in de rechterhersenhelft."

Het is nog steeds onmogelijk om algemene conclusies te trekken uit de onderzoeksresultaten van de Amsterdamse wetenschappers. Bovendien is er bewijs dat van precies het tegenovergestelde spreekt. Ze werden verkregen door Erhan Genç, een biopsycholoog uit Bochum. In 2018 onderzocht hij met zijn collega's ook hoe de structuur van grijze stof verschilt tussen heel slimme en minder intelligente mensen. Tegelijkertijd kwam hij tot de conclusie dat de sterke vertakking van dendrieten eerder schadelijk dan bevorderlijk is voor het denkvermogen.

Toegegeven, Gench onderzocht geen individuele piramidecellen, maar plaatste zijn proefpersonen in een hersenscanner. In principe is magnetische resonantiebeeldvorming niet geschikt om de fijnste vezelstructuren te onderzoeken - de resolutie van de afbeeldingen blijkt in de regel onvoldoende te zijn. Maar de wetenschappers van Bochum gebruikten een speciale methode om de diffusierichting van weefselvloeistof te zien.

Dendrieten worden barrières voor vloeistof. Door diffusie te analyseren, is het mogelijk om te bepalen in welke richting de dendrieten zich bevinden, hoe vertakt ze zijn en hoe dicht ze bij elkaar liggen. Resultaat: bij slimmere mensen zijn de dendrieten van individuele zenuwcellen niet zo dicht en hebben ze niet de neiging om te desintegreren in dunne "draadjes". Deze observatie staat lijnrecht tegenover de conclusies van de neurowetenschapper Natalia Goryunova.

Maar hebben piramidale cellen niet een verscheidenheid aan externe informatie nodig om hun taken in de hersenen uit te voeren? Hoe is dit in overeenstemming met de lage mate van vertakking die is vastgesteld? Gench vindt de verbinding tussen cellen ook belangrijk, maar die verbinding moet naar zijn mening een doel hebben. "Als je wilt dat de boom meer vrucht draagt, knip dan de extra takken af", legt hij uit. - Hetzelfde geldt voor synaptische verbindingen tussen neuronen: als we worden geboren, hebben we er veel. Maar in de loop van ons leven dunnen we ze uit en laten we alleen die over die voor ons belangrijk zijn."

Vermoedelijk is het daardoor dat we informatie efficiënter kunnen verwerken.

De "levende rekenmachine" Wenzel Grüs doet hetzelfde, alles om hem heen uitschakelen bij het oplossen van een probleem. Het verwerken van achtergrondstimuli zou op dit moment contraproductief voor hem zijn.

Inderdaad, mensen met een rijke intelligentie vertonen meer gefocuste hersenactiviteit dan minder begaafde mensen wanneer ze een complex probleem moeten oplossen. Bovendien heeft hun denkorgaan minder energie nodig. Deze twee observaties leidden tot de zogenaamde neurale hypothese van intelligentie-efficiëntie, volgens welke niet de intensiteit van de hersenen bepalend is, maar de efficiëntie.

Te veel koks bederven de bouillon

Gench is van mening dat zijn bevindingen deze theorie ondersteunen: "Als je te maken hebt met een enorm aantal verbindingen, waarbij elk kan bijdragen aan de oplossing van een probleem, dan maakt het de zaak eerder gecompliceerd dan dat het hem helpt", zegt hij. Volgens hem is het hetzelfde als om advies vragen, zelfs aan die vrienden die geen tv's begrijpen voordat ze een tv kopen. Daarom is het zinvol om storende factoren te onderdrukken - dit is de mening van de neurowetenschapper uit Bochum. Waarschijnlijk doen slimme mensen het beter dan anderen.

Maar hoe verhoudt dit zich tot de resultaten van de Amsterdamse groep onder leiding van Natalia Goryunova? Erkhan Gench wijst erop dat het aan verschillende meettechnieken kan liggen. In tegenstelling tot de Nederlandse onderzoeker onderzocht hij geen individuele cellen onder een microscoop, maar mat hij de beweging van watermoleculen in weefsels. Hij wijst er ook op dat de mate van vertakking van piramidale cellen in verschillende hersengebieden kan verschillen. "We hebben te maken met een mozaïek waar nog veel stukjes ontbreken."

Meer vergelijkbare onderzoeksresultaten zijn elders te vinden: de dikte van de grijze-stoflaag is van cruciaal belang voor intelligentie - vermoedelijk omdat de omvangrijke cortex meer neuronen bevat, wat betekent dat deze meer 'computationeel potentieel' heeft. Tot op heden wordt dit verband als bewezen beschouwd en Natalia Goryunova bevestigde het opnieuw in haar werk. "Grootte is belangrijk" - dit werd 180 jaar geleden vastgesteld door de Duitse anatoom Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). "Er is onmiskenbaar een verband tussen hersengrootte en intellectuele energie", schreef hij in 1837. Om het volume van de hersenen te meten vulde hij de schedels van overleden mensen met droge gierst, maar dit verband wordt ook bevestigd door moderne meetmethoden met hersenscanners. Volgens verschillende schattingen hangt 6 tot 9% van de verschillen in IQ samen met het verschil in hersengrootte. En toch blijkt de dikte van de hersenschors kritiek te zijn.

Maar ook hier is veel mysterie. Dit geldt in gelijke mate voor mannen en vrouwen, omdat bij beide geslachten kleinere hersenen ook overeenkomen met kleinere mentale capaciteiten. Daarentegen hebben vrouwen gemiddeld 150 gram minder hersenen dan mannen, maar presteren ze vergelijkbaar met mannen op IQ-tests.

"Tegelijkertijd zijn de hersenstructuren van mannen en vrouwen verschillend", legt Lars Penke van de Universiteit van Göttingen uit. "Mannen hebben meer grijze stof, wat betekent dat hun hersenschors dikker is, terwijl vrouwen meer witte stof hebben." Maar het is ook uiterst belangrijk voor ons vermogen om problemen op te lossen. Tegelijkertijd speelt het op het eerste gezicht niet zo'n opvallende rol als grijze materie. De witte stof bestaat voornamelijk uit lange zenuwvezels. Ze kunnen elektrische impulsen over grote afstanden overbrengen, soms wel tien centimeter of meer. Dit is mogelijk omdat ze uitstekend geïsoleerd zijn van hun omgeving door een laag vetverzadigde stof - myeline. Het is de myelineschede en geeft de vezels een witte kleur. Het voorkomt spanningsverlies door kortsluiting en versnelt ook de informatieoverdracht.

Breuken in de "draden" in de hersenen

Als piramidecellen kunnen worden beschouwd als hersenprocessors, dan is de witte stof als een computerbus: dankzij deze kunnen hersencentra die zich op grote afstand van elkaar bevinden met elkaar communiceren en samenwerken bij het oplossen van problemen. Desondanks is witte stof lang onderschat door intelligentieonderzoekers.

Dat die houding nu veranderd is, is onder meer te danken aan Lars Penke. Enkele jaren geleden ontdekte hij dat witte stof er slechter aan toe is bij mensen met verminderde intelligentie. In hun hersenen lopen individuele communicatielijnen soms chaotisch, en niet netjes en evenwijdig aan elkaar, de myelineschede wordt niet optimaal gevormd en van tijd tot tijd treden er zelfs "draadbreuken" op. "Als er meer van dergelijke ongelukken zijn, leidt dit tot een vertraging van de informatieverwerking en uiteindelijk tot het feit dat het individu op intelligentietests slechtere resultaten laat zien dan anderen", legt persoonlijkheidspsycholoog Penke uit. Geschat wordt dat ongeveer 10% van de verschillen in IQ te wijten zijn aan de toestand van de witte stof.

Maar terug naar de verschillen tussen de seksen: Volgens Penke zijn vrouwen volgens sommige onderzoeken even succesvol in intellectuele taken als mannen, maar gebruiken ze soms andere hersengebieden. De redenen kunnen alleen worden geraden. Deze afwijkingen kunnen gedeeltelijk worden verklaard door het verschil in de structuur van de witte stof - een communicatiekanaal tussen verschillende centra van de hersenen. “Hoe het ook zij, op basis van deze gegevens kunnen we duidelijk zien dat er meer dan één mogelijkheid is om het intellect te gebruiken”, benadrukt de onderzoeker uit Bochum. "Verschillende combinaties van factoren kunnen leiden tot hetzelfde niveau van intelligentie."

Een "slimme kop" bestaat dus uit veel componenten en hun verhouding kan variëren. Piramidale cellen zijn ook belangrijk als efficiënte processors, en witte stof als systeem voor snelle communicatie en een goed werkend werkgeheugen. Daarbij komen nog een optimale cerebrale circulatie, sterke immuniteit, actief energiemetabolisme, enzovoort. Hoe meer de wetenschap leert over het fenomeen intelligentie, hoe duidelijker het wordt dat het niet kan worden geassocieerd met slechts één component en zelfs niet met één specifiek deel van de hersenen.

Maar als alles werkt zoals het zou moeten, dan is het menselijk brein in staat om verbazingwekkende dingen te doen. Dat is te zien aan het voorbeeld van de Zuid-Koreaanse kernfysicus Kim Un Young, die met een IQ van 210 wordt beschouwd als de slimste persoon op aarde. Op zevenjarige leeftijd loste hij complexe integraalvergelijkingen op in een Japanse televisieshow. Op achtjarige leeftijd werd hij uitgenodigd bij NASA in de Verenigde Staten, waar hij tien jaar werkte.

Toegegeven, Kim waarschuwt er zelf voor om niet te veel belang te hechten aan IQ. In een artikel uit 2010 in de Korea Herald schreef hij dat zeer intelligente mensen niet almachtig zijn. Net als wereldrecords voor atleten, zijn hoge IQ's slechts één uiting van menselijk talent. "Als er een breed scala aan geschenken is, dan is de mijne er maar een deel van."