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ABOVE: © DUNG HOANG

Nel 1987, lo scienziato politico James Flynn dell’Università di Otago in Nuova Zelanda ha documentato un fenomeno curioso: ampi aumenti di intelligenza in più popolazioni umane nel corso del tempo. In 14 paesi in cui erano disponibili per decenni i punteggi medi del QI di ampie fasce della popolazione, tutti avevano oscillazioni verso l’alto, alcune delle quali drammatiche. I bambini in Giappone, per esempio, hanno guadagnato una media di 20 punti in un test noto come Wechsler Intelligence Scale for Children tra il 1951 e il 1975. In Francia, un diciottenne medio ha ottenuto 25 punti in più in un test di ragionamento nel 1974 rispetto alla sua controparte del 1949.1

Flynn inizialmente sospettava che la tendenza riflettesse test difettosi. Tuttavia, negli anni successivi, più dati e analisi supportarono l’idea che l’intelligenza umana stesse aumentando nel tempo. Le spiegazioni proposte per il fenomeno, ora noto come effetto Flynn, includono l’aumento dell’istruzione, una migliore alimentazione, un maggiore uso della tecnologia e una ridotta esposizione al piombo, per citarne solo quattro. A partire dalle persone nate negli anni ’70, la tendenza si è invertita in alcuni paesi dell’Europa occidentale, approfondendo il mistero su cosa ci sia dietro le fluttuazioni generazionali. Ma nessun consenso è emerso sulla causa sottostante a queste tendenze.

Una sfida fondamentale nella comprensione dell’effetto Flynn è definire l’intelligenza. All’alba del 20° secolo, lo psicologo inglese Charles Spearman ha osservato per la prima volta che la performance media delle persone su una varietà di compiti mentali apparentemente non correlati – giudicare se un peso è più pesante di un altro, per esempio, o spingere un pulsante rapidamente dopo l’accensione di una luce – predice la nostra performance media su una serie di compiti completamente diversi. Spearman propose che una singola misura dell’intelligenza generale, g, fosse responsabile di questa comunanza.

Gli scienziati hanno proposto meccanismi biologici per le variazioni tra i livelli g degli individui che vanno dalla dimensione e dalla densità del cervello alla sincronia dell’attività neurale alla connettività complessiva all’interno della corteccia. Ma l’origine fisiologica precisa di g è lungi dall’essere risolta, e una spiegazione semplice per le differenze di intelligenza tra gli individui continua a sfuggire ai ricercatori. Un recente studio su 1.475 adolescenti in tutta Europa ha riportato che l’intelligenza, misurata da un test cognitivo, era associata a una panoplia di caratteristiche biologiche, tra cui marcatori genetici noti, modifiche epigenetiche di un gene coinvolto nella segnalazione della dopamina, densità di materia grigia nello striato (un attore importante nel controllo motorio e nella risposta alla ricompensa), e l’attivazione dello striato in risposta a un sorprendente segnale di ricompensa.2

La comprensione dell’intelligenza umana è stata resa ancora più difficile dagli sforzi di alcuni all’interno e all’esterno del campo per introdurre concetti pseudoscientifici nel mix. Lo studio dell’intelligenza è stato a volte contaminato da eugenetica, razzismo “scientifico” e sessismo, per esempio. Recentemente, nel 2014, l’ex scrittore scientifico del New York Times Nicholas Wade ha attirato il fuoco per quello che i critici hanno caratterizzato come un’errata interpretazione degli studi di genetica per suggerire che la razza potrebbe essere correlata con le differenze medie di intelligenza e altri tratti. La legittimità di tali analisi a parte, per i ricercatori di intelligenza di oggi, la categorizzazione non è l’obiettivo finale.

“La ragione per cui sono interessato ai test di intelligenza fluida” – che si concentrano sulla capacità di risolvere i problemi piuttosto che sulla conoscenza appresa – “non è davvero perché voglio sapere cosa rende una persona migliore di un’altra”, dice il neuroscienziato dell’Università di Cambridge John Duncan. “È importante per tutti perché queste funzioni sono presenti nella mente di tutti, e sarebbe molto bello sapere come funzionano.”

Alla ricerca di g

G, e i test del QI (o quoziente di intelligenza) che mirano a misurarlo, si sono dimostrati notevolmente durevoli dai tempi di Spearman. Molteplici studi hanno confermato la sua scoperta di una correlazione misurabile tra le prestazioni di un individuo in diversi test cognitivi. E g interessa ai ricercatori perché i suoi effetti si estendono ben oltre le prestazioni accademiche e lavorative. In studio dopo studio, un QI più alto è legato a risultati come un maggiore reddito e il raggiungimento dell’istruzione, così come a minori rischi di malattie croniche, disabilità e morte precoce.

I primi studi su persone con lesioni cerebrali ponevano i lobi frontali come vitali per il problem solving. Alla fine degli anni ’80, Richard Haier dell’Università della California, Irvine, e colleghi hanno fotografato il cervello delle persone mentre risolvevano puzzle di ragionamento astratto, il che ha stimolato aree specifiche nei lobi frontali, parietali e occipitali del cervello, così come la comunicazione tra loro. I lobi frontali sono associati alla pianificazione e all’attenzione; i lobi parietali interpretano le informazioni sensoriali e il lobo occipitale elabora le informazioni visive, tutte abilità utili per risolvere i puzzle. Ma più attività non significava maggiore abilità cognitiva, nota Haier. “Le persone con i punteggi più alti nei test in realtà mostravano l’attività cerebrale più bassa, suggerendo che non era quanto duramente il tuo cervello stava lavorando che ti rendeva intelligente, ma quanto efficientemente il tuo cervello stava lavorando.”

Nel 2007, sulla base di questo e altri studi di neuroimaging, Haier e Rex Jung dell’Università del New Mexico hanno proposto la teoria dell’integrazione parieto-frontale, sostenendo che le aree del cervello identificate negli studi di Haier e altri sono centrali per l’intelligenza.3 (Ma Haier e altri ricercatori hanno scoperto che i modelli di attivazione variano, anche tra persone di intelligenza simile, quando si eseguono gli stessi compiti mentali. Questo suggerisce, dice, che ci sono diversi percorsi che il cervello può utilizzare per raggiungere lo stesso punto finale.

Le persone con i punteggi più alti dei test in realtà hanno mostrato la più bassa attività cerebrale, suggerendo che non era quanto duramente il tuo cervello stava lavorando che ti ha reso intelligente, ma quanto efficientemente il tuo cervello stava lavorando.

-Richard Haier, Università della California, Irvine

Un altro problema con la localizzazione della sede di g tramite imaging del cervello, alcuni sostengono, è che i nostri strumenti sono ancora semplicemente troppo grezzi per dare risposte soddisfacenti. Le scansioni PET di Haier negli anni ’80, per esempio, tracciavano il glucosio radiomarcato attraverso il cervello per ottenere un quadro dell’attività metabolica durante una finestra di 30 minuti in un organo le cui cellule comunicano tra loro nell’ordine dei millisecondi. E le moderne scansioni fMRI, anche se più precise dal punto di vista temporale, tracciano semplicemente il flusso di sangue attraverso il cervello, non l’attività effettiva dei singoli neuroni. “È come se si cercasse di capire i principi del discorso umano e tutto ciò che si può ascoltare è il volume del rumore che esce da un’intera città”, dice Duncan.

Modelli di intelligenza

Oltre a non avere semplicemente strumenti abbastanza affilati, alcuni ricercatori stanno cominciando a mettere in discussione la premessa che la chiave dell’intelligenza possa essere vista nelle caratteristiche anatomiche del cervello. “La visione dominante del cervello nel 20° secolo era che l’anatomia è il destino”, dice il neurofisiologo Earl Miller del Picower Institute for Learning and Memory del MIT; ma è diventato chiaro negli ultimi 10-15 anni che questa visione è troppo semplicistica.

I ricercatori hanno iniziato a proporre proprietà alternative del cervello che potrebbero essere alla base dell’intelligenza. Miller, per esempio, ha seguito il comportamento delle onde cerebrali, che nascono quando più neuroni sparano in sincronia, per trovare indizi sul QI. In uno studio recente, lui e i colleghi hanno collegato elettrodi EEG alla testa delle scimmie a cui era stato insegnato a rilasciare una barra se vedevano la stessa sequenza di oggetti che avevano visto un momento prima. Il compito si basava sulla memoria di lavoro, la capacità di accedere e memorizzare bit di informazioni rilevanti, e ha causato esplosioni di onde γ ad alta frequenza e β a bassa frequenza. Quando le esplosioni non erano sincronizzate nei punti abituali durante il compito, gli animali commettevano errori.4

Parlare di intelligenza

La base biologica delle variazioni nell’intelligenza umana non è ben compresa, ma la ricerca in neuroscienze, psicologia e altri campi ha iniziato a produrre intuizioni su ciò che può essere alla base di tali differenze. Un’ipotesi ben nota, sostenuta da prove di scansioni cerebrali e studi su persone con lesioni cerebrali, propone che l’intelligenza sia situata in particolari gruppi di neuroni nel cervello, molti dei quali si trovano nella corteccia prefrontale e parietale. Conosciuta come integrazione fronto-parietale, l’ipotesi sostiene che la struttura di queste aree, la loro attività e le connessioni tra loro variano tra gli individui e sono correlate con le prestazioni in compiti cognitivi.

I ricercatori hanno anche proposto una serie di altre ipotesi per spiegare la variazione individuale nell’intelligenza umana. La varietà dei meccanismi proposti sottolinea l’incertezza scientifica su come nasce l’intelligenza. Qui sotto ci sono tre di queste ipotesi, ognuna sostenuta da prove sperimentali e modellazione computazionale:

Miller sospetta che queste onde “dirigano il traffico” nel cervello, garantendo che i segnali neurali raggiungano i neuroni appropriati quando è necessario. “La gamma è dal basso verso l’alto: trasporta il contenuto di ciò che si sta pensando. E la beta è dall’alto verso il basso – trasporta i segnali di controllo che determinano ciò a cui si pensa”, dice. “Se la beta non è abbastanza forte da controllare la gamma, si ottiene un cervello che non può filtrare le distrazioni”.

Il modello generale delle comunicazioni del cervello è un altro candidato per spiegare l’intelligenza. All’inizio di quest’anno, Aron Barbey, un ricercatore di psicologia presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, ha proposto questa idea, che chiama la teoria delle neuroscienze di rete,5 citando studi che hanno utilizzato tecniche come la risonanza magnetica a tensore di diffusione per tracciare le connessioni tra regioni del cervello. Barbey non è certo il primo a suggerire che la capacità di diverse parti del cervello di comunicare tra loro sia centrale per l’intelligenza, ma la natura dell’intero cervello della teoria delle neuroscienze di rete contrasta con modelli più consolidati, come la teoria dell’integrazione parieto-frontale, che si concentrano su regioni specifiche. “L’intelligenza generale nasce dalle differenze individuali nella topologia e nelle dinamiche dell’intero sistema del cervello umano”, dice Barbey a The Scientist.

L’intelligenza generale nasce dalle differenze individuali nella topologia e nelle dinamiche dell’intero sistema del cervello umano.

-Aron Barbey, University of Illinois at Urbana-Champaign

Anche Emiliano Santarnecchi dell’Università di Harvard e Simone Rossi dell’Università di Siena in Italia sostengono che l’intelligenza è una proprietà di tutto il cervello, ma vedono la plasticità generale come la chiave dell’intelligenza. La plasticità, la capacità del cervello di riorganizzarsi, può essere misurata attraverso la natura dell’attività cerebrale generata in risposta alla stimolazione magnetica transcranica o elettrica, dice Santarnecchi. “Ci sono individui che generano una risposta che è solo con gli altri nodi della stessa rete a cui ci rivolgiamo”, dice, e poi ci sono persone nel cui cervello “il segnale inizia a propagarsi ovunque”. Il suo gruppo ha scoperto che una maggiore intelligenza, misurata dai test del QI, corrisponde a una risposta più specifica della rete, che Santarnecchi ipotizza “rifletta una sorta di.

Nonostante i suggerimenti scoperti su come nasce l’intelligenza, Santarnecchi si trova frustrato dal fatto che la ricerca non abbia dato risposte più concrete su quello che considera uno dei problemi centrali delle neuroscienze. Per affrontare questa lacuna, sta ora guidando un consorzio di neuroscienziati cognitivi, ingegneri, biologi evolutivi e ricercatori di altre discipline per discutere approcci per arrivare alla base biologica dell’intelligenza. Santarnecchi vorrebbe vedere manipolazioni del cervello – attraverso la stimolazione non invasiva, per esempio – per ottenere relazioni causali tra attività cerebrale e prestazioni cognitive. “Ora sappiamo molto sull’intelligenza”, dice, “ma penso che sia il momento di provare a rispondere alla domanda in modo diverso”.

Mettere la g nei geni

Come i neuroscienziati interrogano il cervello per capire come la sua struttura e attività siano legate all’intelligenza, i genetisti hanno affrontato l’intelligenza da un’angolazione diversa. Sulla base di ciò che hanno trovato finora, la ricercatrice di psicologia Sophie von Stumm della London School of Economics stima che circa il 25 per cento della variazione individuale nell’intelligenza sarà spiegata da polimorfismi a singolo nucleotide nel genoma.

Per trovare i geni in gioco nell’intelligenza, i ricercatori hanno analizzato i genomi di migliaia di persone. All’inizio di quest’anno, per esempio, l’economista Daniel Benjamin della University of Southern California e colleghi hanno analizzato i dati di oltre 1,1 milioni di soggetti di origine europea e hanno identificato più di 1.200 siti nel genoma associati al livello di istruzione, un indicatore comune dell’intelligenza.7 Poiché in molti tipi di studi medici in cui viene sequenziato il DNA, ai soggetti viene chiesto il loro livello di istruzione per controllare i fattori socioeconomici nelle analisi successive, questi dati sono abbondanti. E mentre la correlazione tra istruzione e intelligenza è imperfetta, “l’intelligenza e il rendimento scolastico sono altamente correlati, e geneticamente molto correlati”, dice von Stumm, che recentemente è stato coautore di una revisione sulla genetica dell’intelligenza.8 Complessivamente, i geni identificati finora rappresentavano circa l’11% della variazione individuale nel livello di istruzione nello studio di Benjamin; il reddito familiare, in confronto, spiegava il 7%.

Tali studi di associazione genome-wide (GWAS) sono stati limitati in ciò che rivelano sulla biologia al lavoro nell’intelligenza e nei risultati scolastici, poiché molto rimane da imparare sui geni finora identificati. Ma ci sono stati suggerimenti, dice Benjamin. Ad esempio, i geni con funzioni note che si sono rivelati nel suo recente studio “sembrano essere coinvolti in quasi tutti gli aspetti dello sviluppo del cervello e comunicazione neurone-neurone, ma non le cellule gliali,” dice Benjamin. Poiché le cellule gliali influenzano la velocità con cui i neuroni trasmettono i segnali l’uno all’altro, questo suggerisce che la velocità di sparo non è un fattore nelle differenze di rendimento scolastico.

Altri geni sembrano collegare l’intelligenza a varie malattie del cervello. Per esempio, in un GWAS preprint pubblicato l’anno scorso, Danielle Posthuma della VU University Amsterdam e colleghi hanno identificato associazioni tra punteggi di test cognitivi e varianti che sono negativamente correlati con la depressione, ADHD e schizofrenia, indicando un possibile meccanismo per le note correlazioni tra intelligenza e rischio inferiore per i disturbi mentali. I ricercatori hanno anche trovato varianti associate all’intelligenza che sono positivamente correlate con l’autismo.9

Von Stumm è scettico sul fatto che i dati genetici possano fornire informazioni utili a breve termine su come l’intelligenza derivi dalla struttura o dalla funzione del cervello. Ma il GWAS può produrre intuizioni sull’intelligenza in modi meno diretti. Sulla base dei loro risultati, Benjamin e colleghi hanno ideato un punteggio poligenico che correla con il livello di istruzione. Anche se non è abbastanza forte da essere usato per prevedere le abilità degli individui, Benjamin dice che il punteggio dovrebbe rivelarsi utile per i ricercatori, in quanto consente loro di controllare la genetica nelle analisi che mirano a identificare i fattori ambientali che influenzano l’intelligenza. “La nostra ricerca permetterà di dare risposte migliori alle domande su quali tipi di interventi ambientali migliorano i risultati degli studenti”, dice.

Von Stumm prevede di utilizzare il punteggio poligenico di Benjamin per mettere insieme come interagiscono geni e ambiente. “Possiamo testare direttamente per la prima volta”, dice von Stumm, “se i bambini che crescono in famiglie impoverite. . con meno risorse, se le loro differenze genetiche sono così predittive dei loro risultati scolastici come i bambini che crescono in famiglie più ricche, che hanno tutte le possibilità del mondo per afferrare le opportunità di apprendimento che si adattano alle loro predisposizioni genetiche.”

Upping IQ

L’idea di manipolare l’intelligenza è allettante, e non sono mancati gli sforzi per fare proprio questo. Una tattica che una volta sembrava essere promettente per aumentare l’intelligenza è l’uso di giochi di allenamento del cervello. Con la pratica, i giocatori migliorano le loro prestazioni su questi semplici videogiochi, che si basano su abilità come il tempo di reazione rapida o la memorizzazione a breve termine. Ma le revisioni di numerosi studi non hanno trovato alcuna buona prova che tali giochi rafforzino le capacità cognitive complessive, e l’allenamento del cervello di questo tipo è ora generalmente considerato una delusione.
La stimolazione cerebrale transcranica, che invia lievi impulsi elettrici o magnetici attraverso il cranio, ha mostrato un certo potenziale negli ultimi decenni per migliorare l’intelligenza. Nel 2015, ad esempio, il neurologo Emiliano Santarnecchi della Harvard Medical School e colleghi hanno scoperto che i soggetti hanno risolto i puzzle più velocemente con un tipo di stimolazione transcranica a corrente alternata, mentre una meta-analisi del 2015 ha trovato “effetti significativi e affidabili” di un altro tipo di stimolazione elettrica, stimolazione transcranica a corrente diretta (Curr Biol, 23:1449-53).
Mentre la stimolazione magnetica ha dato risultati altrettanto allettanti, gli studi sulla stimolazione elettrica e magnetica hanno anche sollevato dubbi sull’efficacia di queste tecniche, e anche i ricercatori che credono che possano migliorare le prestazioni cognitive ammettono che siamo lontani dall’usarle clinicamente.

Vedi “Noninvasive Brain Stimulation Modulates Memory Networks”

Un modo provato che i ricercatori conoscono per aumentare l’intelligenza è la buona vecchia educazione. In una meta-analisi pubblicata all’inizio di quest’anno, un team guidato dall’allora neuropsicologo dell’Università di Edimburgo Stuart Ritchie (ora al King’s College di Londra) ha setacciato i fattori confondenti dai dati riportati in più studi e ha scoperto che la scuola – indipendentemente dall’età o dal livello di istruzione – aumenta il QI di una media di uno a cinque punti all’anno (Psychol Sci, 29:1358-69). I ricercatori, tra cui la neuroscienziata cognitiva dello sviluppo dell’Università della British Columbia Adele Diamond, stanno lavorando per capire quali elementi dell’educazione sono più benefici per il cervello.
“L’intelligenza è predittiva di tutta una serie di cose importanti”, come il conseguimento dell’istruzione, il successo nella carriera e la salute fisica e mentale, scrive Ritchie in una e-mail a The Scientist, “quindi sarebbe estremamente utile se avessimo modi affidabili per aumentarla.”

Pensare al pensiero

Non è solo la biologia dell’intelligenza che rimane una scatola nera; i ricercatori stanno ancora cercando di avvolgere la loro mente intorno al concetto stesso. Infatti, l’idea che g rappresenti una proprietà singolare del cervello è stata messa in discussione. Mentre l’utilità e il potere predittivo di g come indice è ampiamente accettato, i sostenitori di modelli alternativi lo vedono come una media o sommatoria di abilità cognitive, non una causa.

L’anno scorso, il neuro scienziato dell’Università di Cambridge Rogier Kievit e colleghi hanno pubblicato uno studio che suggerisce che il QI è un indice della forza collettiva di abilità cognitive più specializzate che si rafforzano a vicenda. I risultati si basavano sui punteggi dei test di vocabolario e ragionamento visivo per centinaia di residenti nel Regno Unito nella loro tarda adolescenza e nei primi 20 anni, e dagli stessi soggetti circa un anno e mezzo dopo. Con i dati sulle stesse persone in due momenti, dice Kievit, i ricercatori hanno potuto esaminare se le prestazioni su un’abilità cognitiva, come il vocabolario o il ragionamento, potrebbero prevedere il tasso di miglioramento in un altro dominio. Usando algoritmi per prevedere quali cambiamenti si sarebbero dovuti verificare sotto vari modelli di intelligenza, i ricercatori hanno concluso che il miglior adattamento era il mutualismo, l’idea che diverse abilità cognitive si sostengono a vicenda in anelli di feedback positivi.10

Nel 2016, Andrew Conway della Claremont Graduate University in California e Kristóf Kovács, ora della Eötvös Loránd University in Ungheria, hanno fatto un argomento diverso per il coinvolgimento di più processi cognitivi nell’intelligenza.11 Nel loro modello, le reti neurali specifiche dell’applicazione – quelle necessarie per fare semplici calcoli o per navigare in un ambiente, per esempio – e i processi esecutivi di alto livello e di uso generale, come la scomposizione di un problema in una serie di piccoli blocchi gestibili, giocano tutti un ruolo nell’aiutare una persona a completare i compiti cognitivi. È il fatto che una varietà di compiti attinge agli stessi processi esecutivi che spiega perché le prestazioni degli individui su compiti disparati sono correlate, ed è la forza media di questi processi di ordine superiore, non una capacità singolare, che è misurata da g, i ricercatori sostengono. I neuroscienziati potrebbero fare più progressi nella comprensione dell’intelligenza cercando le caratteristiche del cervello che svolgono particolari processi esecutivi, piuttosto che la sede di un singolo fattore g, dice Kovács.

Come i ricercatori alle prese con l’intrattabile fenomeno dell’intelligenza, sorge una domanda filosofica: La nostra specie è abbastanza intelligente da comprendere le basi della nostra stessa intelligenza? Mentre gli addetti ai lavori sono generalmente d’accordo sul fatto che la scienza ha ancora molta strada da fare per dare un senso al nostro modo di pensare, la maggior parte esprime un cauto ottimismo sul fatto che i prossimi decenni produrranno importanti intuizioni.

“Ora vediamo lo sviluppo, non solo della mappatura delle connessioni cerebrali negli esseri umani… stiamo anche iniziando a vedere la mappatura delle sinapsi”, dice Haier. “Questo porterà la nostra comprensione dei meccanismi biologici di base di cose come l’intelligenza… a un livello completamente nuovo”.

1. J. Flynn, “Massicci guadagni di QI in 14 nazioni: What IQ tests really measure,” Psychol Bull, 101:171-91, 1987.
2. J.A. Kaminski et al., “Epigenetic variance in dopamine D2 receptor: Un marcatore di malleabilità del QI?” Transl Psychiat, 8:169, 2018.
3. R.E. Jung, R.J. Haier, “The parieto-frontal integration theory (P-FIT) of intelligence: Converging neuroimaging evidence,” Behav Brain Sci, 30:135-87, 2007.
4. M. Lundqvist et al., “Gamma and beta bursts during working memory readout suggest roles in its volitional control,” Nat Comm, 9:394, 2018.
5. A.K. Barbey, “Network neuroscience theory of human intelligence,” Trends Cogn Sci, 22:8-20, 2018.
6. E. Santarnecchi, S. Rossi, “Progressi nelle neuroscienze dell’intelligenza: From brain connectivity to brain perturbation”, Span J Psychol, 19:E94, 2016.
7. J.J. Lee et al., “Gene discovery and polygenic prediction from a genome-wide association study of educational attainment in 1.1 million individuals”, Nat Genet, 50:1112-21, 2018.
8. R. Plomin, S. von Stumm, “The new genetics of intelligence,” Nat Rev Genet, 19:148-59, 2018.
9. J.E. Savage et al., “Genome-wide association meta-analysis in 269.867 individuals identifies new genetic and functional links to intelligence,” Nat Genet, 50:912-19, 2018.
10. R.A. Kievit et al, “L’accoppiamento mutualistico tra vocabolario e ragionamento supporta lo sviluppo cognitivo durante la tarda adolescenza e la prima età adulta”, Psychol Sci, 28:1419-31, 2017.
11. K. Kovács, A.R.A. Conway, “Teoria della sovrapposizione dei processi: Un conto unificato del fattore generale dell’intelligenza”, Psychol Inq, 27:151-177, 2016.