Intelligence : de la génétique aux "fils" et "processeur" du cerveau humain

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Pourquoi certaines personnes sont plus intelligentes que d'autres? Depuis des temps immémoriaux, les scientifiques essaient de comprendre ce qu'il faut faire pour garder la tête froide. Se référant à un certain nombre d'études scientifiques, Spektrum discute des composants de l'intelligence - de la génétique aux "fils" et au "processeur" du cerveau humain.

Pourquoi certaines personnes sont plus intelligentes que d'autres? Depuis des temps immémoriaux, les scientifiques essaient de comprendre ce qui doit être fait pour que la tête réfléchisse bien. Mais maintenant c'est au moins clair: la liste des composants de l'intelligence est plus longue que prévu.

En octobre 2018, Wenzel Grüs a montré quelque chose d'incroyable à des millions de téléspectateurs: un étudiant de la petite ville allemande de Lastrut a frappé un ballon de football avec la tête plus de cinquante fois de suite, sans jamais le laisser tomber ou le ramasser avec ses mains. Mais le fait que le public de l'émission télévisée russe "Amazing People" l'ait applaudi avec enthousiasme ne s'expliquait pas seulement par la dextérité athlétique du jeune homme. Le fait est que, jouant le ballon, il a entre-temps élevé le nombre 67 à la cinquième puissance, après avoir reçu un résultat à dix chiffres en seulement 60 secondes.

Wenzel, qui a 17 ans aujourd'hui, a un don mathématique unique: il multiplie, divise et extrait les racines de nombres à douze chiffres sans stylo, papier ou autre aide. Au dernier championnat du monde de comptage oral, il a pris la troisième place. Comme il le dit lui-même, il lui faut de 50 à 60 minutes pour résoudre des problèmes mathématiques particulièrement difficiles: par exemple, lorsqu'il a besoin de factoriser un nombre à vingt chiffres en facteurs premiers. Comment fait-il? Probablement, sa mémoire à court terme joue ici le rôle principal.

Il est clair que le cerveau de Wenzel est quelque peu supérieur à l'organe pensant de ses pairs normalement doués. Du moins quand il s'agit de chiffres. Mais pourquoi, en général, certaines personnes ont-elles une plus grande capacité mentale que d'autres ? Cette question était encore dans l'esprit du chercheur britannique Francis Galton il y a 150 ans. Dans le même temps, il a attiré l'attention sur le fait que les différences d'intelligence sont souvent associées à l'origine d'une personne. Dans son ouvrage Hereditary Genius, il conclut que l'intelligence humaine peut être héritée.

Cocktail multi-ingrédients

Comme il s'est avéré plus tard, cette thèse était correcte - au moins en partie. Les psychologues américains Thomas Bouchard et Matthew McGue ont analysé plus de 100 études publiées sur la similitude de l'intelligence entre les membres d'une même famille. Dans certains travaux, des jumeaux identiques ont été décrits, séparés immédiatement après la naissance. Malgré cela, sur les tests d'intelligence, ils ont montré presque les mêmes résultats. Les jumeaux qui ont grandi ensemble étaient encore plus similaires en termes de capacités mentales. Probablement, l'environnement a également eu une influence importante sur eux.

Aujourd'hui, les scientifiques pensent que 50 à 60% de l'intelligence est héritée. En d'autres termes, la différence de QI entre deux personnes est une bonne moitié en raison de la structure de leur ADN reçu de leurs parents.

A la recherche des gènes de l'intelligence

Cependant, la recherche des matériaux héréditaires spécifiquement responsables de cela a jusqu'à présent abouti à peu de résultats. Certes, ils ont parfois trouvé des éléments qui, à première vue, étaient liés à l'intelligence. Mais à y regarder de plus près, cette relation s'est avérée fausse. Une situation paradoxale s'est présentée: d'une part, d'innombrables études ont prouvé une forte composante héréditaire de l'intelligence. D'un autre côté, personne ne pouvait dire quels gènes étaient spécifiquement responsables de cela.

Récemment, la situation a quelque peu changé, principalement en raison des progrès technologiques. Le plan de construction de chaque individu est contenu dans son ADN - une sorte d'encyclopédie géante, composée d'environ 3 milliards de lettres. Malheureusement, il est écrit dans une langue que nous connaissons à peine. Bien que nous puissions lire les lettres, le sens des textes de cette encyclopédie nous reste caché. Même si les scientifiques réussissent à séquencer tout l'ADN d'une personne, ils ne savent pas quelles parties de celui-ci sont responsables de ses capacités mentales.

Intelligence et QI

Le mot intellect vient du nom latin intellectus, qui peut être traduit par « perception », « compréhension », « compréhension », « raison » ou « esprit ». Les psychologues comprennent l'intelligence comme une capacité mentale générale qui englobe diverses compétences: par exemple, la capacité de résoudre des problèmes, de comprendre des idées complexes, de penser de manière abstraite et d'apprendre de l'expérience.

L'intelligence n'est généralement pas limitée à un seul sujet, comme les mathématiques. Quelqu'un qui est bon dans un domaine excelle souvent dans d'autres. Les talents clairement limités à un sujet sont rares. Par conséquent, de nombreux scientifiques partent du fait qu'il existe un facteur général d'intelligence, le soi-disant facteur G.

Quiconque va étudier l'intelligence a besoin d'une méthode pour la mesurer objectivement. Le premier test d'intelligence a été développé par les psychologues français Alfred Binet et Théodore Simon. Ils l'ont utilisé pour la première fois en 1904 pour évaluer les capacités intellectuelles des écoliers. Sur la base des tâches développées à cet effet, ils ont créé la soi-disant "échelle Binet-Simon du développement mental". Avec son aide, ils ont déterminé l'âge du développement intellectuel de l'enfant. Il correspondait à un nombre sur une échelle de problèmes que l'enfant pouvait complètement résoudre.

En 1912, le psychologue allemand William Stern a proposé une nouvelle méthode dans laquelle l'âge du développement intellectuel était divisé par l'âge chronologique, et la valeur résultante s'appelait le quotient intellectuel (QI). Et bien que le nom ait survécu à ce jour, aujourd'hui, le QI ne décrit plus les rapports d'âge. Au lieu de cela, le QI donne une idée de la corrélation entre le niveau d'intelligence d'un individu et le niveau d'intelligence d'une personne moyenne.

Les gens diffèrent les uns des autres et, par conséquent, leurs ensembles d'ADN diffèrent. Cependant, les individus avec un QI élevé doivent correspondre au moins aux parties de l'ADN associées à l'intelligence. Les scientifiques d'aujourd'hui partent de cette thèse fondamentale. En comparant l'ADN de centaines de milliers de sujets de test en millions de parties, les scientifiques peuvent identifier les régions héréditaires qui contribuent à la formation de capacités intellectuelles supérieures.

Un certain nombre d'études similaires ont été publiées ces dernières années. Grâce à ces analyses, le tableau devient de plus en plus clair: des capacités mentales particulières dépendent non seulement de données héréditaires, mais de milliers de gènes différents. Et chacun d'eux n'apporte qu'une infime contribution au phénomène de l'intelligence, parfois seulement quelques centièmes de pour cent. « On pense maintenant que les deux tiers de tous les gènes variables humains sont directement ou indirectement associés au développement du cerveau et donc potentiellement à l'intelligence », souligne Lars Penke, professeur de psychologie biologique de la personnalité à l'université Georg August de Göttingen.

Le mystère des sept scellés

Mais il reste un gros problème: aujourd'hui, il y a 2 000 endroits connus (loci) dans la structure de l'ADN qui sont associés à l'intelligence. Mais dans de nombreux cas, on ne sait pas encore exactement de quoi ces loci sont responsables. Pour résoudre ce casse-tête, les chercheurs en renseignement observent quelles cellules sont plus susceptibles que d'autres de répondre à de nouvelles informations. Cela peut signifier que ces cellules sont en quelque sorte liées aux capacités de réflexion.

Dans le même temps, les scientifiques sont constamment confrontés à un certain groupe de neurones - les cellules dites pyramidales. Ils se développent dans le cortex cérébral, c'est-à-dire dans cette enveloppe externe du cerveau et du cervelet, que les experts appellent le cortex. Il contient principalement des cellules nerveuses qui lui donnent sa couleur grise caractéristique, c'est pourquoi on l'appelle « matière grise ».

Peut-être que les cellules pyramidales jouent un rôle clé dans la formation de l'intelligence. C'est en tout cas ce qu'indiquent les résultats d'études menées par la neurobiologiste Natalia Goryunova, professeure à l'Université libre d'Amsterdam.

Récemment, Goryunova a publié les résultats d'une étude qui a attiré l'attention de tous: elle a comparé des cellules pyramidales chez des sujets aux capacités intellectuelles différentes. Les échantillons de tissus ont été prélevés principalement à partir de matériel obtenu lors d'opérations sur des patients épileptiques. Dans les cas graves, les neurochirurgiens tentent de supprimer le foyer de crises dangereuses. Ce faisant, ils enlèvent toujours des parties de matériel cérébral sain. C'est ce matériau que Goryunova a étudié.

Elle a d'abord testé comment les cellules pyramidales qu'il contient réagissent aux impulsions électriques. Elle a ensuite découpé chaque échantillon en tranches les plus fines, les a photographiés au microscope et les a assemblés à nouveau sur l'ordinateur en une image tridimensionnelle. Ainsi, elle a, par exemple, établi la longueur des dendrites - des excroissances ramifiées de cellules, à l'aide desquelles elles captent des signaux électriques. «En même temps, nous avons établi un lien avec le QI des patients», explique Goryunova. "Plus les dendrites étaient longues et ramifiées, plus l'individu était intelligent."

Le chercheur a expliqué cela très simplement: les dendrites longues et ramifiées peuvent établir plus de contacts avec d'autres cellules, c'est-à-dire qu'elles reçoivent plus d'informations qu'elles peuvent traiter. A cela s'ajoute un autre facteur: « En raison de la forte ramification, ils peuvent traiter simultanément différentes informations dans différentes branches », souligne Goryunova. En raison de ce traitement parallèle, les cellules ont un grand potentiel de calcul. « Ils travaillent plus rapidement et de manière plus productive », conclut Goryunova.

Seulement une partie de la vérité

Aussi convaincante que puisse paraître cette thèse, elle ne peut pas être considérée comme entièrement prouvée, comme l'admet franchement la chercheuse elle-même. Le fait est que les échantillons de tissus qu'elle a examinés provenaient principalement d'une zone très limitée des lobes temporaux. La plupart des crises d'épilepsie s'y produisent et, par conséquent, une intervention chirurgicale pour l'épilepsie est généralement pratiquée dans cette zone. "Nous ne pouvons pas encore dire comment les choses se passent dans d'autres parties du cerveau", admet Goryunova. "Mais de nouveaux résultats de recherche non publiés de notre groupe montrent, par exemple, que la relation entre la longueur des dendrites et l'intelligence est plus forte dans le côté gauche du cerveau que dans le droit."

Il est encore impossible de tirer des conclusions générales des résultats des recherches des scientifiques d'Amsterdam. De plus, il existe des preuves qui disent exactement le contraire. Ils ont été obtenus par Erhan Genç, un biopsychologue de Bochum. En 2018, lui et ses collègues ont également étudié comment la structure de la matière grise diffère entre les personnes très intelligentes et moins intelligentes. Dans le même temps, il est arrivé à la conclusion que la forte ramification des dendrites est plus nocive que propice à la capacité de réflexion.

Certes, Gench n'a pas examiné les cellules pyramidales individuelles, mais a placé ses sujets dans un scanner cérébral. En principe, l'imagerie par résonance magnétique ne convient pas pour examiner les structures de fibres les plus fines - la résolution des images s'avère généralement insuffisante. Mais les scientifiques de Bochum ont utilisé une méthode spéciale pour voir la direction de diffusion du fluide tissulaire.

Les dendrites deviennent des barrières aux fluides. En analysant la diffusion, il est possible de déterminer dans quelle direction se situent les dendrites, à quel point elles sont ramifiées et à quel point elles sont proches les unes des autres. Résultat: chez les personnes plus intelligentes, les dendrites des cellules nerveuses individuelles ne sont pas si denses et n'ont pas tendance à se désintégrer en de minces « fils ». Ce constat est diamétralement opposé aux conclusions de la neuroscientifique Natalia Goryunova.

Mais les cellules pyramidales n'ont-elles pas besoin d'une variété d'informations externes pour effectuer leurs tâches dans le cerveau ? En quoi cela est-il cohérent avec le faible degré de ramification identifié ? Gench considère également que la connexion entre les cellules est importante, mais à son avis, cette connexion devrait avoir un but. « Si vous voulez que l'arbre porte plus de fruits, coupez les branches supplémentaires », explique-t-il. - Il en est de même des connexions synaptiques entre neurones: à la naissance, nous en avons beaucoup. Mais au cours de notre vie, nous les amincissons et ne laissons que celles qui sont importantes pour nous. »

Vraisemblablement, c'est grâce à cela que nous pouvons traiter l'information plus efficacement.

Le "calculateur vivant" Wenzel Grüs fait de même, en éteignant tout ce qui l'entoure lorsqu'il résout un problème. Le traitement des stimuli de fond serait contre-productif pour lui à ce stade.

En effet, les personnes dotées d'une intelligence riche montrent une activité cérébrale plus ciblée que les personnes moins douées lorsqu'elles doivent résoudre un problème complexe. De plus, leur organe pensant nécessite moins d'énergie. Ces deux observations ont conduit à l'hypothèse dite neuronale de l'efficacité de l'intelligence, selon laquelle ce n'est pas l'intensité du cerveau qui est décisive, mais l'efficacité.

Trop de cuisiniers gâtent la sauce

Gench pense que ses découvertes soutiennent cette théorie: « Si vous avez affaire à un grand nombre de connexions, où chacune peut contribuer à la solution d'un problème, cela complique les choses plutôt que de l'aider », dit-il. Selon lui, c'est la même chose que de demander conseil même à ces amis qui ne comprennent pas les téléviseurs avant d'acheter un téléviseur. Par conséquent, il est logique de supprimer les facteurs perturbateurs - c'est l'opinion du neuroscientifique de Bochum. Les gens intelligents le font probablement mieux que les autres.

Mais comment cela se compare-t-il avec les résultats du groupe d'Amsterdam dirigé par Natalia Goryunova ? Erkhan Gench souligne que la question peut être dans différentes techniques de mesure. Contrairement au chercheur néerlandais, il n'a pas examiné les cellules individuelles au microscope, mais a mesuré le mouvement des molécules d'eau dans les tissus. Il souligne également que le degré de ramification des cellules pyramidales dans différents secteurs du cerveau peut être différent. "Nous avons affaire à une mosaïque qui manque encore de nombreuses pièces."

Des résultats de recherche plus similaires se trouvent ailleurs: l'épaisseur de la couche de matière grise est essentielle à l'intelligence - probablement parce que le cortex volumineux contient plus de neurones, ce qui signifie qu'il a plus de « potentiel de calcul ». À ce jour, ce lien est considéré comme prouvé, et Natalia Goryunova l'a encore une fois confirmé dans son travail. "La taille compte" - cela a été établi il y a 180 ans par l'anatomiste allemand Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). « Il existe indéniablement un lien entre la taille du cerveau et l'énergie intellectuelle », écrivait-il en 1837. Pour mesurer le volume du cerveau, il a rempli les crânes de personnes décédées avec du mil sec, mais cette connexion est également confirmée par les méthodes modernes de mesure utilisant des scanners cérébraux. Selon diverses estimations, de 6 à 9 % des différences de QI sont associées à la différence de taille du cerveau. Et pourtant, l'épaisseur du cortex cérébral semble être critique.

Cependant, il y a aussi beaucoup de mystère ici. Cela s'applique également aux hommes et aux femmes, car dans les deux sexes, des cerveaux plus petits correspondent également à des capacités mentales plus petites. D'un autre côté, les femmes ont en moyenne 150 grammes de cerveau en moins que les hommes, mais elles obtiennent les mêmes résultats que les hommes aux tests de QI.

« En même temps, les structures cérébrales des hommes et des femmes sont différentes », explique Lars Penke de l'Université de Göttingen. "Les hommes ont plus de matière grise, ce qui signifie que leur cortex cérébral est plus épais, tandis que les femmes ont plus de matière blanche." Mais c'est aussi extrêmement important pour notre capacité à résoudre les problèmes. En même temps, à première vue, il ne joue pas un rôle aussi notable que la matière grise. La substance blanche est principalement composée de longues fibres nerveuses. Ils peuvent transmettre des impulsions électriques sur de longues distances, parfois dix centimètres ou plus. Ceci est possible car ils sont superbement isolés de leur environnement par une couche de substance saturée en graisses - la myéline. C'est la gaine de myéline et donne aux fibres une couleur blanche. Il évite les pertes de tension dues aux courts-circuits et accélère également le transfert d'informations.

Rupture des « fils » dans le cerveau

Si les cellules pyramidales peuvent être considérées comme des processeurs cérébraux, alors la matière blanche est comme un bus informatique: grâce à elle, des centres cérébraux situés à de grandes distances les uns des autres peuvent communiquer entre eux et coopérer pour résoudre des problèmes. Malgré cela, la matière blanche a longtemps été sous-estimée par les chercheurs en renseignement.

Le fait que cette attitude ait maintenant changé est dû, entre autres, à Lars Penke. Il y a plusieurs années, il a découvert que la substance blanche était dans un état pire chez les personnes à intelligence réduite. Dans leur cerveau, les lignes de communication individuelles fonctionnent parfois de manière chaotique, et pas parfaitement et parallèlement les unes aux autres, la gaine de myéline n'est pas formée de manière optimale et, de temps en temps, même des "ruptures de fil" se produisent. "S'il y a plus d'accidents de ce type, cela conduit à un ralentissement du traitement de l'information et finalement au fait que l'individu aux tests d'intelligence montre des résultats pires que les autres", explique le psychologue de la personnalité Penke. On estime qu'environ 10 % des différences de QI sont dues à l'état de la substance blanche.

Mais revenons aux différences entre les sexes: selon Penke, selon certaines études, les femmes réussissent aussi bien que les hommes dans les tâches intellectuelles, mais elles utilisent parfois d'autres zones du cerveau. Les raisons ne peuvent être que devinées. En partie, ces écarts peuvent s'expliquer par la différence dans la structure de la substance blanche - un canal de communication entre différents centres du cerveau. « Quoi qu'il en soit, sur la base de ces données, on voit bien qu'il y a plus d'une et unique possibilité d'utiliser l'intellect », souligne le chercheur de Bochum. "Différentes combinaisons de facteurs peuvent conduire au même niveau d'intelligence."

Ainsi, une « tête intelligente » est constituée de nombreux composants, et leur rapport peut varier. Les cellules pyramidales sont également importantes en tant que processeurs efficaces et la matière blanche en tant que système de communication rapide et mémoire de travail qui fonctionne bien. A cela s'ajoutent une circulation cérébrale optimale, une forte immunité, un métabolisme énergétique actif, etc. Plus la science en apprend sur le phénomène de l'intelligence, plus il devient clair qu'il ne peut pas être associé à un seul composant et même à une partie spécifique du cerveau.

Mais si tout fonctionne comme il se doit, alors le cerveau humain est capable de faire des choses incroyables. Cela peut être vu dans l'exemple du physicien nucléaire sud-coréen Kim Un Young, qui, avec un QI de 210, est considéré comme la personne la plus intelligente sur Terre. À l'âge de sept ans, il résolvait des équations intégrales complexes dans une émission de télévision japonaise. À l'âge de huit ans, il est invité à la NASA aux États-Unis, où il travaille pendant dix ans.

Certes, Kim lui-même met en garde contre le fait d'attacher trop d'importance au QI. Dans un article paru en 2010 dans le Korea Herald, il a écrit que les personnes très intelligentes ne sont pas omnipotentes. Comme les records du monde pour les athlètes, les QI élevés ne sont qu'une manifestation du talent humain. "S'il existe un large éventail de cadeaux, alors le mien n'en est qu'une partie."