Журнал Cerebral Cortex опубликовал результаты крупного исследования, в котором ученые из Исследовательского центра Лейбница по производственной среде и человеческому фактору (Германия) попытались понять, как гены влияют на устройство мозга и уровень интеллекта. Команда под руководством нейробиолога Кристины Стаммен обнаружила, что связь между наследственностью и когнитивными способностями может объясняться плотностью нервных отростков — тончайших волокон, соединяющих участки мозга.
Когда строение мозга объясняет интеллект
Белое вещество мозга — это сеть коммуникационных путей, по которым нервные сигналы передаются между его областями. Именно от эффективности этих связей зависит, насколько быстро человек думает и как хорошо справляется с задачами.
Ранее для оценки структуры белого вещества применяли метод под названием фракционная анизотропия, позволяющий измерять движение молекул воды в тканях мозга. Более высокие показатели связывали с лучшими когнитивными функциями, но метод не показывал, что именно стоит за этим — плотность нейронных связей, их направление или миелиновая оболочка (обмотка вокруг наших нейронов), ускоряющая передачу сигналов.
Новое исследование пошло глубже. Ученые использовали современные методы нейровизуализации — NODDI (оценка плотности и ориентации нейритов) и карту миелиновой воды. Это позволило рассмотреть структуру мозга с беспрецедентной точностью.
500 участников и один общий фактор
В эксперименте участвовали более 500 здоровых молодых людей, в основном студенты. Все они прошли тесты на интеллект, измеряющие память, логику, скорость мышления и общий уровень знаний. На основе этих данных был рассчитан так называемый g-фактор, то есть интегральный показатель интеллекта.
Каждый участник также сдал образец ДНК — материал брали с внутренней поверхности щеки. По результатам анализа генетики определяли полигенный балл интеллекта, который отражает совокупное влияние тысяч небольших генетических вариаций. Затем данные МРТ сопоставили с генетическими и когнитивными показателями.
Что показали снимки мозга
Результаты оказались любопытными. Люди с более высокими генетическими показателями интеллекта имели большую плотность нейронных отростков в ряде зон белого вещества. При этом именно эта особенность — а не степень миелинизации или ориентация волокон — объясняла разницу в умственных способностях.
Наиболее важными оказались связи между областями, отвечающими за язык, память и когнитивный контроль — в частности, верхний продольный и крючковидный пучки, а также поясная извилина.
«Мы видим, что генетические различия могут влиять на то, насколько плотно организованы нейронные пути, по которым мозг обменивается информацией. Эта плотность, в свою очередь, связана с общим уровнем интеллекта», — пояснила Стаммен.
Иными словами, не скорость передачи сигналов, а число «проводов» между участками мозга может играть решающую роль. Чем их больше, тем больше возможных путей для обработки информации и тем гибче мышление.
Неожиданные выводы
Ученые ожидали, что важную роль сыграет миелин — вещество, которое изолирует нервные волокна и ускоряет передачу импульсов. Однако связи между степенью миелинизации и интеллектом в выборке молодых людей не выявлено.
«Этот результат нас удивил...считалось, что именно различия в миелинизации лежат в основе когнитивных различий. Но оказалось, что ключевое значение может иметь не скорость сигнала, а количество нейронных соединений», — призналась Стаммен.
Генетика, мозг и поведение
Исследователи отмечают, что найденный эффект хоть и невелик, но статистически значим. Он помогает лучше понять, как именно генетические различия влияют на архитектуру мозга и, в конечном счете, на умственные способности.
Важно, что речь идет не о «гене интеллекта», а о множестве генетических вариантов, каждый из которых вносит маленький вклад. Все вместе они формируют биологическую основу, на которой развиваются когнитивные функции.
«Наши данные показывают, что плотность нейритов в белом веществе частично объясняет связь между генами и интеллектом, — отмечает Стаммен.
Ученые надеются, что в будущем удастся построить более точные модели, связывающие гены, мозг и поведение в единую систему.
Ученые нашли у человека шестое чувство, выходящее за пределы осязания
Исследование «мозга» ИИ показало, что память и рассуждения в нем разделены
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram