Белое вещество ведёт свою игру: плотная сеть нейритов становится тайным кодом интеллекта

Журнал Cerebral Cortex опубликовал результаты крупного исследования, проведённого учеными из Исследовательского центра Лейбница по производственной среде и человеческому фактору в Германии. Главная цель исследования заключалась в выяснении того, как гены могут влиять на структуру мозга и уровень интеллекта. Под руководством нейробиолога Кристины Стаммен исследователи обнаружили, что связь между генетикой и когнитивными способностями может зависеть от плотности нервных отростков — нейритов, которые соединяют различные участки мозга.

Как строение мозга влияет на интеллект

Мозг, как и любой другой орган, состоит из сложных сетей, через которые передаются сигналы, обеспечивающие когнитивную активность. Белое вещество мозга, которое состоит из нейритов, служит важнейшими коммуникационными путями между его областями. Именно от эффективности этих путей зависит, насколько быстро и чётко происходит обработка информации в мозге.

Ранее учёные использовали метод фракционной анизотропии для измерения движения молекул воды в тканях мозга, что позволяло оценить состояние белого вещества. Высокий уровень фракционной анизотропии связывался с лучшими когнитивными функциями, но этот метод не мог точно объяснить, что именно влияет на умственные способности: плотность нейронных связей, их направление или миелиновая оболочка, которая ускоряет передачу сигналов.

Новое исследование пошло глубже, используя более точные методы нейровизуализации — NODDI и карту миелиновой воды. Эти технологии позволяют исследовать структуру мозга с высочайшей точностью, выявляя тонкости, которые ранее были скрыты от учёных.

Сравнение старых и новых методов исследования

Эксперимент с участниками

В исследовании приняло участие более 500 здоровых молодых людей, в основном студентов. Всем им предложили пройти тесты на интеллект, измеряющие память, логику, скорость мышления и общий уровень знаний. На основе этих данных был определён так называемый g-фактор — интегральный показатель интеллекта. Каждый участник также сдавал образец ДНК для анализа генетических данных, чтобы вычислить полигенный балл интеллекта, который отражает влияние множества генетических вариаций.

Полученные данные о мозге и генетических показателях участников были сопоставлены с их когнитивными результатами.

Результаты исследования: что показали снимки мозга

Результаты показали интересную картину. У людей с высокими генетическими показателями интеллекта была обнаружена большая плотность нейронных отростков в нескольких зонах белого вещества. Это обстоятельство, а не степень миелинизации или ориентация волокон, объясняло различия в умственных способностях.

Наиболее важными оказались связи между областями мозга, которые отвечают за такие функции, как язык, память и когнитивный контроль. Особенно значимыми были верхний продольный и крючковидный пучки, а также поясная извилина.

"Наши исследования показывают, что плотность нейронных путей в белом веществе частично объясняет, почему некоторые люди обладают более высокими когнитивными способностями", — пояснила Кристина Стаммен.

Таким образом, не скорость передачи сигналов, а количество "проводов" между участками мозга, обеспечивающих обмен информацией, оказалось ключевым фактором для интеллектуальных различий. Чем больше этих связей, тем гибче и быстрее человек может обрабатывать информацию.

Неожиданные выводы

Исследователи ожидали, что миелин, который изолирует нервные волокна и ускоряет передачу сигналов, сыграет большую роль в различиях в интеллекте. Однако они не нашли связи между степенью миелинизации и когнитивными способностями у выборки молодых людей. Это стало неожиданным результатом.

"Мы думали, что различия в миелинизации будут определять когнитивные различия, но оказалось, что главное значение имеет не скорость передачи сигналов, а количество нейронных связей", — признаётся Кристина Стаммен.

Генетика, мозг и поведение

Этот вывод, хотя и невелик, имеет статистическое значение, подтверждая, что на архитектуру мозга и интеллект влияют генетические различия. Учёные объясняют, что связь между генами и интеллектом не определяется одним "геном интеллекта", а целым набором небольших генетических изменений. Эти вариации формируют основу для развития когнитивных функций.

"Плотность нейритов в белом веществе помогает объяснить, как генетические различия влияют на интеллект", — утверждает Кристина Стаммен.

Учёные надеются, что в будущем удастся создать более точные модели, которые помогут понять, как гены, мозг и поведение взаимосвязаны.

Ошибка-Последствие-Альтернатива

1. Ошибка: считать, что только миелинизация определяет интеллект.
   Последствие: недооценка других факторов, таких как плотность нейронных связей.
   Альтернатива: учесть комплекс факторов, влияющих на когнитивные способности, включая структуру нейритов.

2. Ошибка: не обращать внимание на генетические вариации.
   Последствие: упрощение модели интеллекта и неверная оценка факторов.
   Альтернатива: учитывать целый набор генетических изменений, влияющих на интеллект.

3. Ошибка: полагать, что единственный фактор, объясняющий интеллект, — это скорость передачи сигналов.
   Последствие: игнорирование роли нейронных связей и их плотности.
   Альтернатива: акцентировать внимание на взаимосвязях и плотности нейритов.

А что если нейропластичность важнее генов?

Нейропластичность — способность мозга изменяться и адаптироваться — может быть не менее важна, чем генетика. Исследования показывают, что опыт, обучение и окружение могут значимо повлиять на когнитивные способности, поэтому важно учитывать не только генетические данные, но и воздействие внешней среды на мозг.

Плюсы и минусы новых методов исследования

FAQ

Как влияет генетика на когнитивные способности?
Генетика определяет структуру мозга, плотность нейронных связей, что в свою очередь влияет на интеллект.

Можно ли улучшить когнитивные способности с помощью упражнений?
Да, нейропластичность позволяет улучшить когнитивные функции через регулярные тренировки и обучение.

Есть ли "ген интеллекта"?
Нет, интеллект зависит от множества генетических вариаций, а не от одного гена.

Миф и Правда

1. Миф: интеллект определяется только одним геном.
   Правда: множество генов влияет на когнитивные функции.

2. Миф: миелинизация важнее плотности нейронных связей.
   Правда: плотность связей играет ключевую роль в интеллекте.

3. Миф: быстрые сигналы в мозге всегда означают более высокий интеллект.
   Правда: количество нейронных связей может быть важнее скорости передачи сигналов.

Сон и психология

Недавние исследования показывают, что нейропластичность мозга активно поддерживает процесс засыпания и улучшает качество сна. Правильное функционирование нейронных путей способствует поддержанию когнитивных функций даже в ночное время. Здоровая структура мозга и активное обучение помогают человеку легче просыпаться и чувствовать себя бодрым.

Три интересных факта

1. Мозг может создавать новые нейронные связи даже в зрелом возрасте.

2. Плотность нейритов в мозге может предсказать, насколько эффективно человек решает задачи.

3. Генетические различия могут объяснять до 40% различий в когнитивных способностях.