Was steckt in einem Gehirn? Warum Verknüpfungen der Schlüssel zur Intelligenz sein könnten

Was macht manche Menschen cleverer als andere? Eines der zentralen Ziele der kognitiven Neurowissenschaft besteht darin, zu verstehen, wie sich der Aufbau unseres Gehirns auf unsere Intelligenz auswirkt – die allgemeinen geistigen Fähigkeiten, mit denen wir Schlussfolgerungen ziehen, abstrakt denken und aus Erfahrungen lernen. Jüngste Forschungsarbeiten zeigen, dass das Geheimnis in den Verbindungen zwischen den Hirnregionen liegen könnte.

Die menschliche Intelligenz korreliert stark mit dem Bildungsgrad, dem sozioökonomischen Status und der Gesundheit, und Unterschiede zwischen dem IQ verschiedener Personen wurden bisher eher strukturellen Variationen in bestimmten Hirnregionen zugeschrieben. Eine Studie, die von einem Forscherteam in Frankfurt durchgeführt wurde, legt allerdings nahe, dass es vielmehr die funktionellen Wechselwirkungen innerhalb sowie zwischen diesen Regionen sein könnten, die zu diesen individuellen Unterschieden bei der kognitiven Kapazität führen.

Die Auswirkungen des modularen Aufbaus auf die Informationsverarbeitung im Gehirn

In vorausgehenden Gehirnbildgebungsstudien wurde die allgemeine Intelligenz mit der Struktur und Funktion des frontalen und parietalen Cortex in Zusammenhang gebracht. Weniger Aufmerksamkeit wurde bislang aber der Unterteilung funktionaler Verbindungen in Unternetzwerke zuteil, die als Module bekannt sind und über dichte interne Verbindungen verfügen, jedoch weniger gut an das restliche Netzwerk des Gehirns angeschlossen sind.

Wir müssen verstehen, wie sich Unterschiede in dieser modularen Struktur auf die Informationsverarbeitung auswirken, um die neurobiologischen Mechanismen nachvollziehen zu können, die hinter den kognitiven Fähigkeiten stehen. Hirnnetzwerke zeichnen sich durch ihre Modularität aus, jedoch ist noch unklar, wie diese Gliederung mit der allgemeinen Intelligenz zusammenhängt.

Die Forschungsarbeiten des Projekts L POP wurden durch EU-Fördermittel unterstützt. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht und beschreiben die Hypothese der Wissenschaftler, dass das Konnektivitätsprofil der frontalen und parietalen Hirnregionen eine Aspekte der Informationsverarbeitung bestimmen, sodass Informationen schnell und effizient kommuniziert werden können.

Zur Überprüfung dieser These wandten sie Kurvenanalyse auf Daten an, die mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) von Personen gesammelt wurden, die zum Zeitpunkt der Aufzeichnung keine bestimmte Aufgabe ausführten. Die Forscher charakterisierten den Aufbau des modularen Hirnnetzwerks in einer großen, repräsentativen Gruppe von Erwachsenen. Die Intelligenz der Teilnehmer wurde anhand der „Wechsler Abbreviated Scale of Intelligence“ bewertet, einem Test zur Beurteilung der spezifischen und allgemeinen kognitiven Fähigkeiten.

Ihre Ergebnisse machen deutlich, dass die allgemeine Intelligenz mit der Konnektivität innerhalb sowie zwischen den Modulen im frontalen und parietalen Cortex sowie in anderen cortikalen und subcortikalen Regionen abhängig ist. Schon früher wurde vermutet, dass diese Regionen die neurale Grundlage der Intelligenz bilden. Die topologischen Eigenschaften der globalen modularen Netzwerkorganisation wirken sich allerdings nicht auf die Intelligenz aus. Die Forscher sind daher der Ansicht, dass die Vernetzung von Hirnregionen, die sich auf die Intelligenz auswirken, Vorteile für die Informationsverarbeitung bietet, wovon wiederum die kognitive Kapazität profitiert.

Das Team beobachtete überdies negative Assoziationen zwischen den Regionen, was bedeuten könnte, dass sich bestimmte Regionen auf eine Weise verhalten könnten, die kognitive Prozesse vor Störungen schützt. Dies steht mit früheren Erkenntnissen in Einklang, nach denen sowohl höhere als auch niedrigere Niveaus von Integration und Trennung die kognitive Leistung positiv beeinflussen können.

Der Zuschuss für das Projekt L POP (Language-Processing by Overlapping Predictions: A Predictive Coding Approach) unterstützt die Erforschung des Zusammenhangs zwischen grundlegenden neuralen Prozessen und der Verarbeitung von Sprache.

Weitere Informationen:
CORDIS-Projektwebseite