Ученые десятилетиями трудились, чтобы понять, как структура мозга и функциональные связи управляют интеллектом. Исследователи сообщают, что новый анализ дает самую четкую картину того, как различные области мозга и нейронные сети влияют на способность человека решать проблемы в различных контекстах - черта, известная как общий интеллект.

Они подробно описывают свои выводы в журнале Human Brain Mapping.

В исследовании использовалось "прогностическое моделирование на основе коннектома" для сравнения пяти теорий о том, как мозг порождает интеллект, сказал Арон Барби, профессор психологии, биоинженерии и неврологии в Университете Иллинойса Урбана-Шампейн, который руководил новой работой вместе с первым автором Эваном Андерсоном, ныне исследователем Ball Aerospace. и Technologies Corp., работающая в исследовательской лаборатории ВВС.

"Чтобы понять замечательные когнитивные способности, лежащие в основе интеллекта, нейробиологи обращаются к их биологическим основам в мозге", - сказал Барби. "Современные теории пытаются объяснить, как наша способность к решению проблем обеспечивается архитектурой обработки информации мозга".

Биологическое понимание этих когнитивных способностей требует "характеристики того, как индивидуальные различия в интеллекте и способности решать проблемы соотносятся с лежащей в основе архитектурой и нейронными механизмами мозговых сетей", - сказал Андерсон.

Исторически теории интеллекта фокусировались на локализованных областях мозга, таких как префронтальная кора, которая играет ключевую роль в когнитивных процессах, таких как планирование, решение проблем и принятие решений. По словам Барби, более поздние теории подчеркивают специфические сети мозга, в то время как другие исследуют, как различные сети накладываются друг на друга и взаимодействуют друг с другом. Он и Андерсон проверили эти устоявшиеся теории на основе своей собственной "теории сетевой неврологии", которая утверждает, что интеллект возникает из глобальной архитектуры мозга, включая как сильные, так и слабые связи.

"Прочные связи предполагают наличие высокосвязанных узлов обработки информации, которые создаются, когда мы узнаем о мире и становимся искусными в решении знакомых проблем", - сказал Андерсон. "Слабые соединения имеют меньше нейронных связей, но обеспечивают гибкость и адаптивное решение проблем". Вместе эти соединения "обеспечивают сетевую архитектуру, необходимую для решения разнообразных проблем, с которыми мы сталкиваемся в жизни".

Чтобы проверить свои идеи, команда набрала демографически разнообразную группу из 297 студентов бакалавриата, сначала попросив каждого участника пройти комплекс тестов, предназначенных для измерения навыков решения проблем и адаптивности в различных контекстах. По словам Барби, эти и аналогичные разнообразные тесты обычно используются для измерения общего интеллекта.

Затем исследователи собрали функциональные МРТ-снимки каждого участника в состоянии покоя.

"Одно из действительно интересных свойств человеческого мозга заключается в том, что он воплощает в себе богатое созвездие сетей, которые активны даже тогда, когда мы находимся в состоянии покоя", - сказал Барби. "Эти сети создают биологическую инфраструктуру разума и считаются неотъемлемыми свойствами мозга".

К ним относятся лобно-теменная сеть, которая обеспечивает когнитивный контроль и целенаправленное принятие решений; дорсальная сеть внимания, которая помогает в визуальном и пространственном восприятии; и сеть заметности, которая направляет внимание на наиболее релевантные стимулы. Предыдущие исследования показали, что активность этих и других сетей, когда человек бодрствует, но не занят какой-либо задачей или не обращает внимания на внешние события, "надежно предсказывает наши когнитивные навыки и способности", - сказал Барби.

С помощью когнитивных тестов и данных ФМРТ исследователи смогли оценить, какие теории лучше всего предсказывали, как участники справлялись с тестами на интеллект.

"Мы можем систематически исследовать, насколько хорошо теория предсказывает общий интеллект, основываясь на связности областей мозга или сетей, которые предполагает теория", - сказал Андерсон. "Этот подход позволил нам напрямую сравнить доказательства предсказаний нейробиологии, сделанных современными теориями".

Исследователи обнаружили, что учет особенностей всего мозга дает наиболее точные прогнозы способности человека к решению проблем и адаптивности. Это оставалось верным даже при учете количества областей мозга, включенных в анализ.

По словам исследователей, другие теории также предсказывали интеллект, но теория сетевой нейробиологии в ряде аспектов превзошла те, которые ограничивались локализованными областями мозга или сетями.

Полученные результаты показывают, что "глобальная обработка информации" в мозге имеет основополагающее значение для того, насколько хорошо человек преодолевает когнитивные проблемы, сказал Барби.

"Вместо того, чтобы исходить из определенного региона или сети, интеллект, по-видимому, возникает из глобальной архитектуры мозга и отражает эффективность и гибкость функционирования общесистемной сети", - сказал он.

Барби также является преподавателем в Институте передовых наук и технологий Бекмана, Институте геномной биологии имени Карла Р. Везе, профессором наук о речи и слухе и участником программы неврологии в Университете Калифорнии.