ABOVE: © DUNG HOANG
År 1987 dokumenterade statsvetaren James Flynn från Otagouniversitetet i Nya Zeeland ett märkligt fenomen: en bred ökning av intelligensen i flera mänskliga populationer över tid. I 14 länder där man hade tillgång till årtionden av genomsnittliga IQ-poäng för stora delar av befolkningen, hade alla uppåtriktade svängningar – några av dem dramatiska. Barn i Japan, till exempel, ökade i genomsnitt med 20 poäng på ett test som kallas Wechsler Intelligence Scale for Children mellan 1951 och 1975. I Frankrike presterade en genomsnittlig 18-årig man 25 poäng bättre på ett resonemangstest 1974 än vad hans motsvarighet från 1949 gjorde.1
Flynn misstänkte till en början att trenden berodde på felaktiga tester. Men under de följande åren gav fler uppgifter och analyser stöd för idén att den mänskliga intelligensen ökade med tiden. Förslag till förklaringar till fenomenet, som nu är känt som Flynn-effekten, är bland annat ökad utbildning, bättre kost, ökad användning av teknik och minskad exponering för bly, för att nämna fyra exempel. Trenden, som började med personer födda på 1970-talet, har vänt i vissa västeuropeiska länder, vilket fördjupar mysteriet om vad som ligger bakom generationsväxlingarna. Men ingen konsensus har uppstått om den bakomliggande orsaken till dessa trender.
En grundläggande utmaning när det gäller att förstå Flynn-effekten är att definiera intelligens. I början av 1900-talet observerade den engelske psykologen Charles Spearman för första gången att människors genomsnittliga prestationer på en mängd till synes orelaterade mentala uppgifter – att bedöma om en vikt är tyngre än en annan, till exempel, eller att trycka på en knapp snabbt efter att en lampa tänds – förutsäger våra genomsnittliga prestationer på en helt annan uppsättning uppgifter. Spearman föreslog att ett enda mått på allmän intelligens, g, var ansvarigt för denna gemensamhet.
Vetenskapsmän har föreslagit biologiska mekanismer för variationer mellan individers g-nivåer som sträcker sig från hjärnans storlek och täthet till synkroniseringen av nervaktivitet till den övergripande konnektiviteten i hjärnbarken. Men det exakta fysiologiska ursprunget till g är långt ifrån fastställt, och en enkel förklaring till skillnader i intelligens mellan individer fortsätter att undgå forskarna. I en nyligen genomförd studie av 1 475 ungdomar i Europa rapporterades att intelligens, mätt med ett kognitivt test, var förknippad med en rad biologiska egenskaper, inklusive kända genetiska markörer, epigenetiska modifieringar av en gen som är involverad i dopaminsignalering, täthet av grå substans i striatum (en viktig aktör i motorisk kontroll och belöningsrespons) och striatums aktivering som svar på en överraskande belöningsindikation2 .
Förståelsen av människans intelligens har blivit ännu mer utmanande på grund av vissa försök inom och utanför området att införa pseudovetenskapliga begrepp. Studiet av intelligens har ibland smutsats ner av till exempel eugenik, ”vetenskaplig” rasism och sexism. Så sent som 2014 drog den tidigare vetenskapsskribenten Nicholas Wade från New York Times till sig skott för vad kritiker beskrev som att han misstolkade genetiska studier för att antyda att ras skulle kunna korrelera med genomsnittliga skillnader i intelligens och andra egenskaper. Bortsett från legitimiteten i sådana analyser är kategorisering inte slutmålet för dagens intelligensforskare.
”Anledningen till att jag är intresserad av tester av flytande intelligens” – som fokuserar på problemlösningsförmåga snarare än inlärd kunskap – ”är egentligen inte för att jag vill veta vad som gör att en person klarar sig bättre än en annan”, säger John Duncan, neurovetenskapsman vid University of Cambridge. ”Det är viktigt för alla eftersom dessa funktioner finns i allas medvetande, och det skulle vara väldigt trevligt att veta hur de fungerar.”
I sökandet efter g
G, och IQ-testerna (eller intelligenstesterna) som syftar till att mäta det, har visat sig vara anmärkningsvärt hållbara sedan Spearmans tid. Flera studier har stött hans upptäckt av en mätbar korrelation mellan en individs prestationer på olika kognitiva tester. Och g intresserar forskare eftersom dess effekter sträcker sig långt bortom akademiska prestationer och arbetsprestationer. I studie efter studie har högre IQ kopplats samman med resultat som högre inkomst och utbildningsnivå samt lägre risker för kroniska sjukdomar, funktionshinder och tidig död.
I tidiga studier av personer med hjärnskador ansågs frontalloberna vara avgörande för problemlösning. I slutet av 1980-talet avbildade Richard Haier från University of California, Irvine, och hans kollegor hjärnan hos människor när de löste abstrakta resonemangspussel, vilket gav upphov till specifika områden i hjärnans frontala, parietala och occipitala lober, liksom kommunikationen mellan dem. Frontalloberna är förknippade med planering och uppmärksamhet, parietalloberna tolkar sensorisk information och occipitalloberna bearbetar visuell information – alla förmågor som är användbara vid pussellösning. Men mer aktivitet innebar inte större kognitiv förmåga, konstaterar Haier. ”De personer som hade de högsta testresultaten uppvisade faktiskt den lägsta hjärnaktiviteten, vilket tyder på att det inte var hur hårt hjärnan arbetade som gjorde dig smart, utan hur effektivt hjärnan arbetade.”
År 2007 föreslog Haier och Rex Jung från University of New Mexico, på grundval av denna och andra neuroimagingstudier, teorin om parieto-frontal integrering, där de hävdar att de hjärnområden som identifierats i Haiers och andras studier är centrala för intelligens.3 (Se infografik.) Men Haier och andra forskare har sedan dess funnit att aktiveringsmönstren varierar, även mellan personer med liknande intelligens, när de utför samma mentala uppgifter. Detta tyder enligt honom på att det finns olika vägar som hjärnan kan använda för att nå samma slutpunkt.
De personer med de högsta testresultaten uppvisade faktiskt den lägsta hjärnaktiviteten, vilket tyder på att det inte var hur hårt hjärnan arbetade som gjorde dig smart, utan hur effektivt din hjärna arbetade.
-Richard Haier, University of California, Irvine
Ett annat problem med att lokalisera g:s säte via hjärnavbildningar, menar vissa, är att våra instrument helt enkelt fortfarande är för grova för att ge tillfredsställande svar. Haiers PET-undersökningar på 1980-talet, till exempel, följde radiomärkt glukos genom hjärnan för att få en bild av den metaboliska aktiviteten under ett 30-minutersfönster i ett organ vars celler kommunicerar med varandra i storleksordningen av millisekunder. Moderna fMRI-undersökningar är visserligen mer tidsmässigt exakta, men de följer bara blodflödet genom hjärnan, inte den faktiska aktiviteten hos enskilda neuroner. ”Det är som om man försöker förstå principerna för mänskligt tal och allt man kan lyssna på är den ljudvolym som kommer från en hel stad”, säger Duncan.
Intelligensmodeller
Bortsett från att man helt enkelt inte har tillräckligt vassa verktyg börjar vissa forskare ifrågasätta premissen att nyckeln till intelligens kan ses i hjärnans anatomiska egenskaper. ”Den dominerande synen på hjärnan under 1900-talet var att anatomi är ödet”, säger neurofysiologen Earl Miller vid MIT:s Picower Institute for Learning and Memory, men under de senaste 10-15 åren har det blivit uppenbart att detta synsätt är alltför förenklat.
Forskare har börjat föreslå alternativa egenskaper hos hjärnan som kan ligga till grund för intelligens. Miller har till exempel följt beteendet hos hjärnvågor, som uppstår när flera neuroner avfyras synkront, för att hitta ledtrådar om IQ. I en nyligen genomförd studie kopplade han och kollegor EEG-elektroder till huvudena på apor som hade lärt sig att släppa en stång om de såg samma sekvens av objekt som de hade sett en stund tidigare. Uppgiften förlitade sig på arbetsminnet, förmågan att få tillgång till och lagra bitar av relevant information, och den orsakade utbrott av högfrekventa γ- och lågfrekventa β-vågor. När utbrotten inte var synkroniserade vid de vanliga tillfällena under uppgiften gjorde djuren fel.4
Parsing Smartness
Den biologiska grunden för variationer i mänsklig intelligens är inte väl förstådd, men forskning inom neurovetenskap, psykologi och andra områden har börjat ge insikter om vad som kan ligga till grund för sådana skillnader. En välkänd hypotes, som stöds av bevis från hjärnskanningar och studier av personer med hjärnskador, föreslår att intelligens sitter i särskilda kluster av neuroner i hjärnan, många av dem belägna i de prefrontala och parietala hjärnbarken. Hypotesen, som kallas den fronto-parietala integrationen, innebär att strukturen i dessa områden, deras aktivitet och förbindelserna mellan dem varierar mellan individer och korrelerar med prestationer på kognitiva uppgifter.
Forskare har också föreslagit en mängd andra hypoteser för att förklara individuella variationer i mänsklig intelligens. Variationen av föreslagna mekanismer understryker den vetenskapliga osäkerheten om hur intelligens uppstår. Nedan presenteras tre av dessa hypoteser, som var och en stöds av experimentella bevis och beräkningsmodellering:
Det övergripande mönstret i hjärnans kommunikation är en annan kandidat för att förklara intelligens. Tidigare i år föreslog Aron Barbey, psykologiforskare vid University of Illinois at Urbana-Champaign, denna idé, som han kallar nätverksneurovetenskapsteorin,5 med hänvisning till studier där man använt tekniker som diffusionstensor-MRI för att spåra förbindelserna mellan hjärnans regioner. Barbey är långt ifrån den förste som föreslår att förmågan hos olika delar av hjärnan att kommunicera med varandra är central för intelligens, men nätverksneurovetenskapsteorins helhjärniga karaktär står i kontrast till mer etablerade modeller, t.ex. parieto-frontal integrationsteori, som fokuserar på specifika regioner. ”Allmän intelligens har sitt ursprung i individuella skillnader i den mänskliga hjärnans systemomfattande topologi och dynamik”, säger Barbey till The Scientist.
Allmän intelligens har sitt ursprung i individuella skillnader i den mänskliga hjärnans systemomfattande topologi och dynamik.
-Aron Barbey, University of Illinois at Urbana-Champaign
Emiliano Santarnecchi från Harvard University och Simone Rossi från University of Siena i Italien hävdar också att intelligens är en egenskap hos hela hjärnan, men de ser den övergripande plasticiteten som nyckeln till smarthet. Plasticitet, dvs. hjärnans förmåga att omorganisera sig, kan mätas genom den typ av hjärnaktivitet som genereras som svar på transkraniell magnetisk eller elektrisk stimulering, säger Santarnecchi. ”Det finns individer som genererar ett svar som bara är med de andra noderna i samma nätverk som vi riktar in oss på”, säger han, och sedan finns det personer i vars hjärnor ”signalen börjar sprida sig överallt”. Hans grupp har funnit att högre intelligens, mätt med IQ-tester, motsvarar ett mer nätverksspecifikt svar, vilket Santarnecchi antar ”återspeglar något slags. . högre effektivitet i mer intelligenta hjärnor.”
Trots de antydningar som avslöjats om hur intelligens uppstår finner sig Santarnecchi frustrerad över att forskningen inte har gett mer konkreta svar på vad han anser vara ett av neurovetenskapens centrala problem. För att åtgärda denna brist leder han nu ett konsortium bestående av kognitiva neurovetare, ingenjörer, evolutionsbiologer och forskare från andra discipliner för att diskutera tillvägagångssätt för att ta reda på den biologiska grunden för intelligens. Santarnecchi skulle vilja se manipulationer av hjärnan – till exempel genom icke-invasiv stimulering – för att få fram orsakssamband mellan hjärnaktivitet och kognitiv förmåga. ”Vi vet nu mycket om intelligens”, säger han, ”men jag tror att det är dags att försöka besvara frågan på ett annat sätt.”
På ett annat sätt än genom generna
Sedan neurovetenskapsmännen förhörde hjärnan för att ta reda på hur dess struktur och aktivitet hänger samman med intelligens har genetiker närmat sig intelligens från en annan synvinkel. Baserat på vad de hittills har funnit uppskattar psykologiforskaren Sophie von Stumm vid London School of Economics att cirka 25 procent av den individuella variationen i intelligens kommer att visa sig kunna förklaras av enskilda nukleotidpolymorfismer i arvsmassan.
För att hitta gener som spelar in i intelligens har forskarna skannat arvsmassan hos tusentals människor. Tidigare i år har till exempel ekonomen Daniel Benjamin från University of Southern California och hans kollegor granskat uppgifter om mer än 1,1 miljoner personer av europeisk härkomst och identifierat mer än 1 200 platser i genomet som är förknippade med utbildningsnivå, vilket är ett vanligt mått på intelligens.7 Eftersom man i många typer av medicinska studier där DNA sekvenseras frågar om deras utbildningsnivå för att kunna kontrollera socioekonomiska faktorer i senare analyser, finns det gott om sådana uppgifter. Och även om korrelationen mellan utbildning och intelligens är ofullständig är ”intelligens och skolresultat starkt korrelerade, och genetiskt mycket starkt korrelerade”, säger von Stumm, som nyligen var medförfattare till en översikt om intelligensens genetik.8 Sammanlagt förklarade de gener som hittills identifierats cirka 11 procent av den individuella variationen i utbildningsnivå i Benjamins studie; hushållsinkomst förklarade i jämförelse 7 procent.
Dessa genome-wide association studies (GWAS) har varit begränsade i vad de avslöjar om den biologi som är inblandad i intelligens och utbildningsnivå, eftersom det återstår mycket att lära sig om de gener som hittills har identifierats. Men det har funnits antydningar, säger Benjamin. De gener med kända funktioner som dök upp i hans senaste studie ”verkar till exempel vara inblandade i i stort sett alla aspekter av hjärnans utveckling och kommunikation mellan neuronerna, men inte i gliaceller”, säger Benjamin. Eftersom gliaceller påverkar hur snabbt neuronerna överför signaler till varandra tyder detta på att avfyrningshastigheten inte är en faktor för skillnader i utbildningsnivå.
Andra gener verkar koppla intelligens till olika hjärnsjukdomar. I en GWAS-undersökning som publicerades förra året identifierade Danielle Posthuma från VU University Amsterdam och hennes kollegor till exempel associationer mellan kognitiva testresultat och varianter som är negativt korrelerade med depression, ADHD och schizofreni, vilket indikerar en möjlig mekanism för de kända sambanden mellan intelligens och lägre risk för psykiska störningar. Forskarna fann också intelligensassocierade varianter som är positivt korrelerade med autism.9
Von Stumm är skeptisk till att genetiska data kommer att ge användbar information på kort sikt om hur intelligens beror på hjärnans struktur eller funktion. Men GWAS kan ge insikter om intelligens på mindre direkta sätt. Baserat på sina resultat utformade Benjamin och kollegor en polygen poäng som korrelerar med utbildningsnivå. Även om den inte är tillräckligt stark för att användas för att förutsäga individers förmågor, säger Benjamin att poängen borde vara användbar för forskare, eftersom den gör det möjligt för dem att kontrollera genetik i analyser som syftar till att identifiera miljöfaktorer som påverkar intelligens. ”Vår forskning kommer att möjliggöra bättre svar på frågor om vilka typer av miljöåtgärder som förbättrar elevernas resultat”, säger han.
Von Stumm planerar att använda Benjamins polygena poäng för att sätta ihop hur gener och miljö samverkar. ”Vi kan för första gången testa direkt om barn som växer upp i fattiga familjer”, säger von Stumm. . med färre resurser, om deras genetiska skillnader är lika förutsägande för deras skolresultat som barn som växer upp i rikare familjer, som har alla möjligheter i världen att ta till sig inlärningsmöjligheter som passar deras genetiska förutsättningar.”
Uppdatering av IQ
Tanken på att manipulera intelligens är lockande, och det har inte saknats några försök att göra just det. En taktik som en gång verkade vara lovande för att öka intelligensen är användningen av hjärnträningsspel. Med övning förbättrar spelarna sina prestationer i dessa enkla videospel, som bygger på färdigheter som snabb reaktionstid eller korttidsmemorering. Men vid genomgång av ett stort antal studier fann man inga goda bevis för att sådana spel stärker den allmänna kognitiva förmågan, och hjärnträning av det här slaget betraktas nu allmänt som en besvikelse.
Transkraniell hjärnstimulering, som sänder milda elektriska eller magnetiska pulser genom skallen, har under de senaste årtiondena visat sig ha en viss potential för att öka intelligensen. År 2015 fann till exempel neurologen Emiliano Santarnecchi från Harvard Medical School och kollegor att försökspersoner löste pussel snabbare med en typ av transkraniell växelströmsstimulering, medan en metaanalys från 2015 fann ”signifikanta och tillförlitliga effekter” av en annan typ av elektrisk stimulering, transkraniell direktströmsstimulering (Curr Biol, 23:1449-53).
Medans magnetisk stimulering har gett liknande lockande resultat har studier av både elektrisk och magnetisk stimulering också väckt tvivel om effektiviteten hos dessa tekniker, och även forskare som tror att de kan förbättra den kognitiva prestandan medger att vi är långt ifrån att använda dem kliniskt.
Se ”Noninvasiv hjärnstimulering modulerar minnesnätverk”
Ett beprövat sätt som forskarna vet för att öka intelligensen är god gammalmodig utbildning. I en metaanalys som publicerades tidigare i år har en grupp under ledning av den dåvarande neuropsykologen Stuart Ritchie från University of Edinburgh (numera vid King’s College London) sållat bort förväxlingsfaktorer från data som rapporterats i flera studier och funnit att skolning – oavsett ålder eller utbildningsnivå – höjer IQ med i genomsnitt en till fem poäng per år (Psychol Sci, 29:1358-69). Forskare, däribland Adele Diamond, som är forskare i kognitiv neurovetenskap vid University of British Columbia, arbetar för att förstå vilka delar av utbildningen som är mest gynnsamma för hjärnan.
”Intelligens förutsäger en mängd viktiga saker”, som utbildningsnivå, karriärframgång och fysisk och psykisk hälsa, skriver Ritchie i ett mejl till The Scientist, ”så det skulle vara extremt användbart om vi hade tillförlitliga sätt att höja den.”
Tänka om att tänka
Det är inte bara intelligensens biologi som förblir en svart låda; forskarna försöker fortfarande att förstå sig på själva begreppet. Tanken att g representerar en unik egenskap hos hjärnan har faktiskt ifrågasatts. Medan g:s användbarhet och förutsägbarhet som index är allmänt accepterad, ser förespråkare för alternativa modeller det som ett genomsnitt eller en summering av kognitiva förmågor, inte som en orsak.
Förra året publicerade Rogier Kievit, neuroforskare vid University of Cambridge, och hans kollegor en studie som tyder på att IQ är ett index för den kollektiva styrkan hos mer specialiserade kognitiva förmågor som förstärker varandra. Resultaten baserades på testresultat för ordförråd och visuellt resonemang för hundratals invånare i Storbritannien i slutet av tonåren och början av 20-årsåldern, och från samma personer ungefär ett och ett halvt år senare. Med uppgifter om samma personer vid två tidpunkter, säger Kievit, kunde forskarna undersöka om prestationer i en kognitiv färdighet, t.ex. ordförråd eller resonemang, kunde förutsäga förbättringstakten inom ett annat område. Med hjälp av algoritmer för att förutsäga vilka förändringar som borde ha inträffat enligt olika intelligensmodeller kom forskarna fram till att den bästa passformen var mutualism, dvs. idén att olika kognitiva förmågor stödjer varandra i positiva återkopplingsslingor.10
År 2016 framförde Andrew Conway vid Claremont Graduate University i Kalifornien och Kristóf Kovács, numera vid Eötvös Loránd-universitetet i Ungern, ett annat argument för att flera kognitiva processer är inblandade i intelligens.11 I deras modell spelar tillämpningsspecifika neurala nätverk – de som behövs för att till exempel göra enkel matematik eller navigera i en miljö – och exekutiva processer på hög nivå med allmänna syften, till exempel att bryta ner ett problem i en serie små, hanterbara block, var och en av dem spelar en roll när det gäller att hjälpa en person att slutföra kognitiva uppgifter. Det är det faktum att en mängd olika uppgifter utnyttjar samma exekutiva processer som förklarar varför individers prestationer på olika uppgifter korrelerar, och det är den genomsnittliga styrkan hos dessa högre ordningsprocesser, inte en enskild förmåga, som mäts med g, menar forskarna. Neurovetare kan göra större framsteg när det gäller att förstå intelligens genom att leta efter de funktioner i hjärnan som utför särskilda exekutiva processer, snarare än att leta efter platsen för en enskild g-faktor, säger Kovács.
När forskarna kämpar med intelligens som ett svårlöst fenomen uppstår en filosofisk fråga: Är vår art tillräckligt smart för att förstå grunden för vår egen intelligens? Även om de som arbetar inom området i allmänhet är överens om att vetenskapen har en lång väg att gå för att förstå hur vi tänker, uttrycker de flesta en försiktig optimism om att de kommande årtiondena kommer att ge viktiga insikter.
”Vi ser nu utvecklingen, inte bara när det gäller att kartlägga hjärnans kopplingar hos människor… vi börjar också se synapskartläggning”, säger Haier. ”Detta kommer att föra vår förståelse av de grundläggande biologiska mekanismerna för saker som intelligens … till en helt ny nivå.”
- J. Flynn, ”Massive IQ gains in 14 nations: What IQ tests really measure,” Psychol Bull, 101:171-91, 1987.
- J.A. Kaminski et al., ”Epigenetic variance in dopamine D2 receptor: A marker of IQ malleability?” Transl Psychiat, 8:169, 2018.
- 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.
- M. Lundqvist et al., ”Gamma and beta bursts during working memory readout suggest roles in its volitional control,” Nat Comm, 9:394, 2018.
- A.K. Barbey, ”Network neuroscience theory of human intelligence,” Trends Cogn Sci, 22:8-20, 2018.
- E. Santarnecchi, S. Rossi, ”Advances in the neuroscience of intelligence: From brain connectivity to brain perturbation,” Span J Psychol, 19:E94, 2016.
- 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.
- R. Plomin, S. von Stumm, ”The new genetics of intelligence”, Nat Rev Genet, 19:148-59, 2018.
- 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.
- R.A. Kievit et al, ”Mutualistic coupling between vocabulary and reasoning supports cognitive development during late adolescence and early adulthood,” Psychol Sci, 28:1419-31, 2017.
- K. Kovács, A.R.A. Conway, ”Process overlap theory: A unified account of the general factor of intelligence,” Psychol Inq, 27:151-177, 2016.