هوش: از ژنتیک تا "سیم" و "پردازنده" مغز انسان

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

چرا بعضی مردم از بقیه باهوش ترند؟ از زمان های بسیار قدیم، دانشمندان در تلاش بوده اند تا بفهمند که برای تمیز نگه داشتن سر چه کاری باید انجام دهند. Spektrum با اشاره به تعدادی از مطالعات علمی، مولفه های هوش - از ژنتیک گرفته تا "سیم" و "پردازنده" مغز انسان را مورد بحث قرار می دهد.

چرا بعضی مردم از بقیه باهوش ترند؟ از زمان های بسیار قدیم، دانشمندان در تلاش بوده اند تا بفهمند که برای اینکه سر به خوبی فکر کند، چه کاری باید انجام شود. اما اکنون حداقل مشخص است: فهرست اجزای هوش طولانی تر از حد انتظار است.

در اکتبر 2018، ونزل گروس چیزی باورنکردنی را به میلیون ها بیننده تلویزیون نشان داد: دانش آموزی از شهر کوچک لاستروت آلمان بیش از پنجاه بار متوالی با سر خود به توپ فوتبال ضربه زد، هرگز آن را رها نکرد یا با دستانش بلند نکرد. اما این واقعیت که مخاطبان برنامه تلویزیونی روسی "مردم شگفت انگیز" او را با تشویق مشتاقانه اعطا کردند نه تنها با مهارت ورزشی این مرد جوان توضیح داده شد. واقعیت این است که او با بازی کردن توپ، در بین زمان ها عدد 67 را به قدرت پنجم رساند و تنها در 60 ثانیه یک نتیجه ده رقمی دریافت کرد.

ونزل که امروز 17 سال دارد، استعداد ریاضی منحصر به فردی دارد: او اعداد دوازده رقمی را ضرب، تقسیم، و بدون قلم، کاغذ یا وسایل کمکی دیگر ریشه می کند. وی در آخرین دوره مسابقات جهانی شمارش شفاهی به مقام سوم دست یافت. همانطور که خودش می گوید، حل مسائل ریاضی به خصوص دشوار از 50 تا 60 دقیقه طول می کشد: برای مثال، زمانی که باید یک عدد بیست رقمی را در ضرایب اول قرار دهد. او چطور اینکار را انجام میدهد؟ احتمالاً حافظه کوتاه مدت او در اینجا نقش اصلی را بازی می کند.

واضح است که مغز ونزل تا حدودی برتر از اندام فکری همسالان با استعداد معمولی خود است. حداقل در مورد اعداد. اما چرا به طور کلی، برخی از افراد ظرفیت ذهنی بیشتری نسبت به دیگران دارند؟ این سوال 150 سال پیش هنوز در ذهن فرانسیس گالتون، محقق بریتانیایی طبیعت بود. در همان زمان، او توجه خود را به این واقعیت جلب کرد که اغلب تفاوت در هوش با منشاء یک شخص مرتبط است. او در اثر نابغه موروثی به این نتیجه می رسد که هوش انسان را می توان به ارث برد.

کوکتل چند ماده ای

همانطور که بعداً معلوم شد، این تز او - حداقل تا حدی - صحیح بود. روانشناسان آمریکایی توماس بوچارد و متیو مک گو بیش از 100 مطالعه منتشر شده در مورد شباهت هوش در بین اعضای یک خانواده را تجزیه و تحلیل کردند. در برخی از آثار، دوقلوهای همسان توصیف شده است که بلافاصله پس از تولد از هم جدا شده اند. با وجود این، در تست های هوش، آنها تقریباً نتایج مشابهی را نشان دادند. دوقلوهایی که با هم بزرگ شدند از نظر توانایی های ذهنی حتی شباهت بیشتری داشتند. احتمالاً محیط نیز تأثیر مهمی روی آنها داشته است.

امروزه دانشمندان بر این باورند که 50 تا 60 درصد هوش ارثی است. به عبارت دیگر، تفاوت ضریب هوشی بین دو نفر به دلیل ساختار DNA دریافتی از والدینشان، نصف خوبی است.

در جستجوی ژن برای هوش

با این حال، جستجو برای مواد ارثی که به طور خاص مسئول این امر هستند، تاکنون به نتایج کمی منجر شده است. درست است، گاهی اوقات آنها عناصری پیدا می کردند که در نگاه اول به هوش مربوط می شد. اما با بررسی دقیق تر، این رابطه نادرست بود. یک وضعیت متناقض به وجود آمد: از یک طرف، مطالعات بی شماری مؤلفه ارثی بالای هوش را ثابت کردند. از سوی دیگر، هیچ کس نمی توانست بگوید کدام ژن به طور خاص مسئول این امر است.

اخیراً، این تصویر تا حدودی تغییر کرده است، در درجه اول به دلیل پیشرفت تکنولوژی. نقشه ساخت و ساز هر فرد در DNA او موجود است - نوعی دایره المعارف غول پیکر که از تقریباً 3 میلیارد حرف تشکیل شده است. متأسفانه به زبانی نوشته شده است که ما تقریباً نمی شناسیم. اگرچه می توانیم حروف را بخوانیم، اما معنای متون این دایره المعارف از ما پنهان مانده است. حتی اگر دانشمندان موفق به تعیین توالی کل DNA یک فرد شوند، نمی دانند که کدام بخش از آن مسئول توانایی های ذهنی او است.

هوش و IQ

کلمه عقل از اسم لاتین intellectus گرفته شده است که می توان آن را "ادراک"، "درک"، "درک"، "عقل" یا "ذهن" ترجمه کرد. روانشناسان هوش را یک توانایی ذهنی کلی می دانند که شایستگی های مختلفی را در بر می گیرد: به عنوان مثال، توانایی حل مسائل، درک ایده های پیچیده، تفکر انتزاعی و یادگیری از تجربه.

هوش معمولاً به یک موضوع محدود نمی شود، مانند ریاضیات. کسی که در یک زمینه خوب است اغلب در زمینه های دیگر برتر است. استعداد به وضوح محدود به یک موضوع نادر است. بنابراین، بسیاری از دانشمندان از این واقعیت نتیجه می گیرند که یک عامل کلی هوش وجود دارد، به اصطلاح عامل G.

هر کسی که قصد مطالعه هوش را دارد به روشی برای اندازه گیری عینی آن نیاز دارد. اولین تست هوش توسط روانشناسان فرانسوی آلفرد بینه و تئودور سیمون ساخته شد. آنها برای اولین بار در سال 1904 از آن برای ارزیابی توانایی های فکری دانش آموزان استفاده کردند. بر اساس وظایفی که برای این منظور توسعه داده شد، آنها به اصطلاح "مقیاس رشد ذهنی بینه-سایمون" را ایجاد کردند. آنها با کمک آن سن رشد فکری کودک را تعیین کردند. این با تعدادی در مقیاسی از مشکلات مطابقت دارد که کودک می تواند به طور کامل آنها را حل کند.

در سال 1912، ویلیام استرن، روانشناس آلمانی، روش جدیدی را پیشنهاد کرد که در آن سن رشد عقلی بر سن تقویمی تقسیم می‌شود و مقدار حاصل را ضریب هوشی (IQ) می‌نامند. و اگرچه این نام تا به امروز باقی مانده است، امروز IQ دیگر نسبت های سنی را توصیف نمی کند. در عوض، IQ ایده ای از ارتباط سطح هوش یک فرد با سطح هوش یک فرد معمولی را ارائه می دهد.

افراد با یکدیگر متفاوت هستند و بر این اساس مجموعه DNA آنها متفاوت است. با این حال، افراد با ضریب هوشی بالا باید حداقل با بخش هایی از DNA که با هوش مرتبط هستند مطابقت داشته باشند. امروزه دانشمندان از این تز بنیادی استفاده می کنند. با مقایسه DNA صدها هزار آزمودنی در میلیون‌ها قسمت، دانشمندان می‌توانند مناطق ارثی را که در شکل‌گیری توانایی‌های فکری بالاتر نقش دارند، شناسایی کنند.

تعدادی از مطالعات مشابه در سال های اخیر منتشر شده است. به لطف این تجزیه و تحلیل ها، تصویر به طور فزاینده ای روشن می شود: توانایی های ذهنی ویژه نه تنها به داده های ارثی، بلکه به هزاران ژن مختلف بستگی دارد. و هر یک از آنها فقط سهم کوچکی در پدیده هوش دارند، گاهی اوقات فقط چند صدم درصد. لارس پنکه، استاد روانشناسی شخصیت زیستی در دانشگاه گئورگ آگوست در گوتینگن تأکید می کند: «اکنون اعتقاد بر این است که دو سوم از کل ژن های متغیر انسانی به طور مستقیم یا غیرمستقیم با رشد مغز و در نتیجه به طور بالقوه با هوش مرتبط هستند.

رمز و راز هفت مهر و موم شده

اما هنوز یک مشکل بزرگ وجود دارد: امروزه 2000 مکان (مکان) شناخته شده در ساختار DNA وجود دارد که با هوش مرتبط هستند. اما در بسیاری از موارد هنوز مشخص نیست که این جایگاه ها دقیقاً مسئول چه هستند. برای حل این معما، محققان هوشی مشاهده می کنند که کدام سلول ها بیشتر از سایرین به اطلاعات جدید پاسخ می دهند. این ممکن است به این معنی باشد که این سلول ها به نوعی با توانایی های تفکر مرتبط هستند.

در همان زمان، دانشمندان به طور مداوم با گروه خاصی از نورون ها - به اصطلاح سلول های هرمی - مواجه می شوند. آنها در قشر مغز رشد می کنند، یعنی در آن پوسته بیرونی مغز و مخچه، که متخصصان به آن قشر می گویند. این عمدتا حاوی سلول های عصبی است که رنگ خاکستری مشخص آن را به آن می بخشد، به همین دلیل به آن "ماده خاکستری" می گویند.

شاید سلول های هرمی نقش کلیدی در شکل گیری هوش داشته باشند. در هر صورت، نتایج مطالعات انجام شده توسط ناتالیا گوریونوا، نوروبیولوژیست، استاد دانشگاه آزاد آمستردام، نشان می دهد.

اخیراً گوریونوا نتایج مطالعه ای را منتشر کرد که توجه همه را به خود جلب کرد: او سلول های هرمی را در افراد با توانایی های فکری متفاوت مقایسه کرد. نمونه‌های بافت عمدتاً از مواد به‌دست‌آمده در حین عمل بر روی بیماران مبتلا به صرع گرفته شد. در موارد شدید، جراحان مغز و اعصاب سعی می کنند کانون تشنج های خطرناک را از بین ببرند. با انجام این کار، آنها همیشه بخش هایی از مواد سالم مغز را حذف می کنند. این مطالبی بود که گوریونوا مطالعه کرد.

او ابتدا آزمایش کرد که سلول های هرمی موجود در آن چگونه به تکانه های الکتریکی واکنش نشان می دهند. سپس هر نمونه را به نازک‌ترین برش‌ها برش داد، از آن‌ها زیر میکروسکوپ عکس گرفت و دوباره آن‌ها را روی کامپیوتر به صورت یک تصویر سه‌بعدی مونتاژ کرد. بنابراین، او، برای مثال، طول دندریت ها را تعیین کرد - رشد شاخه های سلولی، که با کمک آنها سیگنال های الکتریکی را دریافت می کنند. گوریونوا توضیح می دهد: «در همان زمان، ما با ضریب هوشی بیماران ارتباط برقرار کردیم. "هر چه دندریت ها بلندتر و منشعب تر باشند، فرد باهوش تر است."

محقق این موضوع را خیلی ساده توضیح داد: دندریت های بلند و منشعب می توانند تماس های بیشتری با سلول های دیگر برقرار کنند، یعنی اطلاعات بیشتری را دریافت می کنند که می توانند پردازش کنند. گوریونوا تأکید می‌کند: «به دلیل انشعاب قوی، آنها می‌توانند به طور همزمان اطلاعات مختلفی را در شاخه‌های مختلف پردازش کنند.» با توجه به این پردازش موازی، سلول ها پتانسیل محاسباتی زیادی دارند. گوریونوا نتیجه می گیرد: "آنها سریعتر و با مولدتر کار می کنند."

تنها بخشی از حقیقت

مهم نیست که این پایان نامه چقدر قانع کننده به نظر می رسد، همانطور که خود محقق صراحتاً اذعان می کند، نمی توان آن را کاملاً ثابت کرد. واقعیت این است که نمونه‌های بافتی که او بررسی کرد عمدتاً از یک ناحیه بسیار محدود در لوب‌های تمپورال گرفته شده است. بیشتر حملات صرع در آنجا اتفاق می افتد و به همین دلیل قاعدتاً جراحی صرع در این ناحیه انجام می شود. گوریونوا اذعان می‌کند: «ما هنوز نمی‌توانیم بگوییم اوضاع در سایر بخش‌های مغز چگونه است. اما نتایج تحقیقات جدید و در عین حال منتشر نشده گروه ما نشان می‌دهد، برای مثال، رابطه بین طول دندریت و هوش در سمت چپ مغز قوی‌تر از سمت راست است.

نتیجه گیری کلی از نتایج تحقیقات دانشمندان آمستردام هنوز غیرممکن است. علاوه بر این، شواهدی وجود دارد که دقیقاً خلاف آن را نشان می دهد. آنها توسط Erhan Genç، روانشناس زیستی از بوخوم به دست آمد. در سال 2018، او و همکارانش همچنین بررسی کردند که چگونه ساختار ماده خاکستری بین افراد بسیار باهوش و کمتر باهوش متفاوت است. در همان زمان، او به این نتیجه رسید که انشعاب قوی دندریت ها بیش از آنکه برای توانایی تفکر مفید باشد مضر است.

درست است، گنچ تک تک سلول های هرمی را بررسی نکرد، اما سوژه های خود را در یک اسکنر مغز قرار داد. در اصل، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی برای بررسی بهترین ساختارهای فیبر مناسب نیست - وضوح تصاویر، به عنوان یک قاعده، ناکافی است. اما دانشمندان بوخوم از روش خاصی برای مشاهده جهت انتشار مایع بافتی استفاده کردند.

دندریت ها به سدی برای مایع تبدیل می شوند.با تجزیه و تحلیل انتشار، می توان تعیین کرد که دندریت ها در کدام جهت قرار دارند، چقدر منشعب هستند و چقدر به یکدیگر نزدیک هستند. نتیجه: در افراد باهوش تر، دندریت های سلول های عصبی منفرد آنقدر متراکم نیستند و تمایلی به متلاشی شدن به "سیم" های نازک ندارند. این مشاهدات کاملاً مخالف نتیجه گیری های ناتالیا گوریونوا، عصب شناس است.

اما آیا سلول های هرمی برای انجام وظایف خود در مغز به انواع اطلاعات خارجی نیاز ندارند؟ چگونه این با درجه پایین انشعاب مطابقت دارد؟ گنچ هم ارتباط بین سلول ها را مهم می داند اما به نظر او این ارتباط باید هدفی داشته باشد. او توضیح می دهد: "اگر می خواهید درخت میوه بیشتری بدهد، شاخه های اضافی را قطع کنید." - در مورد اتصالات سیناپسی بین نورون ها هم همینطور است: وقتی به دنیا می آییم تعداد زیادی از آنها داریم. اما در طول زندگی مان آنها را نازک می کنیم و فقط آنهایی را که برایمان مهم هستند رها می کنیم."

احتمالاً به لطف همین است که می‌توانیم اطلاعات را با کارایی بیشتری پردازش کنیم.

"ماشین حساب زنده" ونزل گروس نیز همین کار را می کند و هنگام حل یک مشکل همه چیز را در اطراف خود خاموش می کند. پردازش محرک های پس زمینه برای او در این مرحله معکوس خواهد بود.

در واقع، افراد با هوش غنی زمانی که باید یک مشکل پیچیده را حل کنند، فعالیت مغز متمرکزتری نسبت به افراد با استعداد کمتر نشان می دهند. علاوه بر این، اندام فکری آنها به انرژی کمتری نیاز دارد. این دو مشاهدات منجر به به اصطلاح فرضیه عصبی کارایی هوش شد که بر اساس آن، شدت مغز تعیین کننده نیست، بلکه کارایی آن است.

با دو تا آشپز آش یا شور میشه یا بینمک

گنچ معتقد است که یافته‌های او این نظریه را تأیید می‌کند: «اگر شما با تعداد زیادی از ارتباطات سر و کار دارید که هر کدام می‌توانند در حل یک مشکل مشارکت داشته باشند، به جای اینکه به او کمک کند، موضوع را پیچیده‌تر می‌کند. به گفته وی، قبل از خرید تلویزیون، مانند این است که حتی از آن دسته از دوستانی که تلویزیون را نمی فهمند، مشاوره بخواهیم. بنابراین، سرکوب عوامل مداخله گر منطقی است - این نظر عصب شناس از بوخوم است. احتمالاً افراد باهوش این کار را بهتر از دیگران انجام می دهند.

اما این چگونه با نتایج گروه آمستردام به رهبری ناتالیا گوریونوا مقایسه می شود؟ ارخان گنچ اشاره می کند که این موضوع ممکن است در تکنیک های اندازه گیری متفاوت باشد. برخلاف محقق هلندی، او سلول های فردی را زیر میکروسکوپ بررسی نکرد، بلکه حرکت مولکول های آب را در بافت ها اندازه گیری کرد. او همچنین اشاره می کند که درجه انشعاب سلول های هرمی در بخش های مختلف مغز ممکن است متفاوت باشد. ما با موزاییکی روبرو هستیم که هنوز قطعات زیادی کم است.»

نتایج تحقیقات مشابه بیشتری در جاهای دیگر یافت می‌شود: ضخامت لایه ماده خاکستری برای هوش بسیار مهم است - احتمالاً به این دلیل که قشر بزرگ حاوی نورون‌های بیشتری است، به این معنی که «پتانسیل محاسباتی» بیشتری دارد. تا به امروز ، این ارتباط ثابت شده تلقی می شود و ناتالیا گوریونوا یک بار دیگر آن را در کار خود تأیید کرد. "اندازه مهم است" - این 180 سال پیش توسط آناتومیست آلمانی فردریش تیدمان (فریدریش تیدمان) تأسیس شد. او در سال 1837 نوشت: "به طور غیرقابل انکاری بین اندازه مغز و انرژی فکری ارتباط وجود دارد." او برای اندازه گیری حجم مغز، جمجمه افراد متوفی را با ارزن خشک پر کرد، اما این ارتباط با روش های مدرن اندازه گیری با استفاده از اسکنرهای مغزی نیز تایید می شود. بر اساس تخمین های مختلف، از 6 تا 9 درصد از تفاوت های IQ با تفاوت در اندازه مغز مرتبط است. و با این حال ضخامت قشر مغز بسیار مهم به نظر می رسد.

با این حال، در اینجا نیز رمز و راز زیادی وجود دارد. این امر به طور یکسان در مورد مردان و زنان صدق می کند، زیرا در هر دو جنس، مغزهای کوچکتر با ظرفیت های ذهنی کوچکتر نیز مطابقت دارد.از سوی دیگر، زنان به طور متوسط 150 گرم مغز کمتری نسبت به مردان دارند، اما عملکردی مشابه مردان در تست هوش دارند.

لارس پنکه از دانشگاه گوتینگن توضیح می دهد: «در عین حال، ساختار مغز مردان و زنان متفاوت است. مردان دارای ماده خاکستری بیشتری هستند، به این معنی که قشر مغز آنها ضخیم تر است، در حالی که زنان دارای ماده سفید بیشتری هستند. اما برای توانایی ما در حل مشکلات نیز بسیار مهم است. در عین حال، در نگاه اول، نقش قابل توجهی مانند ماده خاکستری ندارد. ماده سفید عمدتاً از رشته های عصبی بلند تشکیل شده است. آنها می توانند تکانه های الکتریکی را در فواصل طولانی، گاهی اوقات ده سانتی متر یا بیشتر منتقل کنند. این امکان پذیر است زیرا آنها به طور فوق العاده ای از محیط اطراف خود توسط لایه ای از ماده اشباع شده از چربی - میلین - جدا شده اند. این غلاف میلین است و به الیاف رنگ سفید می دهد. از افت ولتاژ در اثر اتصال کوتاه جلوگیری می کند و همچنین انتقال اطلاعات را سرعت می بخشد.

"سیم ها" در مغز می شکند

اگر بتوان سلول های هرمی را پردازشگر مغز در نظر گرفت، پس ماده سفید مانند اتوبوس کامپیوتری است: به لطف آن، مراکز مغزی که در فواصل بسیار زیادی از یکدیگر قرار دارند می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و در حل مشکلات همکاری کنند. با وجود این، ماده سفید برای مدت طولانی توسط محققان اطلاعاتی دست کم گرفته شده است.

این واقعیت که اکنون این نگرش تغییر کرده است، از جمله به دلیل لارس پنکه است. چندین سال پیش، او دریافت که ماده سفید در افراد با هوش ضعیف در وضعیت بدتری قرار دارد. در مغز آنها، خطوط ارتباطی منفرد گاهی اوقات به طور هرج و مرج اجرا می شود، و نه منظم و موازی با یکدیگر، غلاف میلین به طور مطلوب تشکیل نمی شود و هر از گاهی حتی "شکستن سیم" رخ می دهد. روانشناس شخصیت پنکه توضیح می دهد: "اگر چنین حوادثی بیشتر باشد، این منجر به کندی در پردازش اطلاعات و در نهایت به این واقعیت می شود که فرد در تست های هوش نتایج بدتری نسبت به دیگران نشان می دهد." تخمین زده می شود که حدود 10 درصد از تفاوت های IQ به دلیل وضعیت ماده سفید است.

اما برگردیم به تفاوت‌های بین جنسیت‌ها: به گفته پنکه، طبق برخی مطالعات، زنان در کارهای فکری به اندازه مردان موفق هستند، اما گاهی اوقات از سایر بخش‌های مغز استفاده می‌کنند. دلایل را فقط می توان حدس زد. تا حدی، این انحرافات را می توان با تفاوت در ساختار ماده سفید - یک کانال ارتباطی بین مراکز مختلف مغز - توضیح داد. محقق بوخوم تأکید می‌کند: «به هر حال، بر اساس این داده‌ها، می‌توانیم به وضوح ببینیم که بیش از یک و تنها فرصت برای استفاده از عقل وجود دارد». "ترکیب مختلف عوامل می تواند به همان سطح هوش منجر شود."

بنابراین، یک "سر هوشمند" از اجزای بسیاری تشکیل شده است و نسبت آنها می تواند متفاوت باشد. سلول های هرمی همچنین به عنوان پردازنده های کارآمد و ماده سفید به عنوان یک سیستم ارتباط سریع و یک حافظه کاری با عملکرد خوب مهم هستند. گردش خون بهینه مغز، ایمنی قوی، متابولیسم انرژی فعال و غیره به این موارد اضافه شده است. هر چه علم بیشتر در مورد پدیده هوش بیاموزد، واضح تر می شود که نمی توان آن را فقط با یک جزء و حتی با یک بخش خاص از مغز مرتبط کرد.

اما اگر همه چیز همانطور که باید کار کند، مغز انسان قادر به انجام کارهای شگفت انگیز است. این را می توان در مثال کیم اون یانگ، فیزیکدان هسته ای کره جنوبی دید که با بهره هوشی 210، باهوش ترین فرد روی زمین به شمار می رود. او در هفت سالگی در یک برنامه تلویزیونی ژاپنی معادلات انتگرال پیچیده را حل می کرد. در هشت سالگی به ناسا در آمریکا دعوت شد و ده سال در آنجا کار کرد.

درست است، خود کیم در مورد اهمیت دادن بیش از حد به IQ هشدار می دهد. او در مقاله ای در سال 2010 در کره هرالد نوشت که افراد بسیار باهوش قادر مطلق نیستند.مانند رکوردهای جهانی برای ورزشکاران، ضریب هوشی بالا تنها یکی از مظاهر استعداد انسان است. "اگر طیف گسترده ای از هدایا وجود دارد، پس کادو من تنها بخشی از آنها است."