Intelligenz: Von der Genetik zu „Drähten“und „Prozessor“des menschlichen Gehirns

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Warum sind manche Menschen schlauer als andere? Seit jeher versuchen Wissenschaftler herauszufinden, was zu tun ist, um den Kopf frei zu halten. Anhand einer Reihe wissenschaftlicher Studien diskutiert Spektrum die Komponenten der Intelligenz – von der Genetik bis zu den „Drähten“und „Prozessoren“des menschlichen Gehirns.

Warum sind manche Menschen schlauer als andere? Seit jeher versuchen Wissenschaftler herauszufinden, was getan werden muss, damit der Kopf gut denken kann. Aber jetzt ist zumindest klar: Die Liste der Komponenten der Intelligenz ist länger als erwartet.

Im Oktober 2018 zeigte Wenzel Grüs Millionen von Fernsehzuschauern etwas Unglaubliches: Ein Student aus der deutschen Kleinstadt Lastrut schlug mehr als fünfzig Mal hintereinander mit dem Kopf auf einen Fußball, ließ ihn weder fallen noch hob er ihn mit den Händen auf. Dass ihn das Publikum der russischen TV-Show "Amazing People" mit begeistertem Applaus bedankte, erklärt sich aber nicht nur mit der sportlichen Geschicklichkeit des jungen Mannes. Fakt ist, dass er zwischendurch beim Ballspielen die Zahl 67 in die fünfte Potenz gehoben hat, nachdem er in nur 60 Sekunden ein zehnstelliges Ergebnis erzielt hatte.

Der heute 17-jährige Wenzel hat eine einzigartige mathematische Begabung: Er multipliziert, dividiert und zieht Wurzeln aus zwölfstelligen Zahlen ohne Stift, Papier oder andere Hilfsmittel. Bei der letzten Weltmeisterschaft im mündlichen Zählen belegte er den dritten Platz. Für besonders schwierige mathematische Aufgaben braucht er, wie er selbst sagt, zwischen 50 und 60 Minuten, etwa wenn er eine zwanzigstellige Zahl in Primfaktoren zerlegen muss. Wie macht er das? Vermutlich spielt hier sein Kurzzeitgedächtnis die Hauptrolle.

Es ist klar, dass Wenzels Gehirn dem Denkorgan seiner normal begabten Altersgenossen etwas überlegen ist. Zumindest wenn es um Zahlen geht. Aber warum haben manche Menschen im Allgemeinen eine größere geistige Leistungsfähigkeit als andere? Diese Frage beschäftigte den britischen Naturforscher Francis Galton noch vor 150 Jahren. Gleichzeitig machte er darauf aufmerksam, dass oft Intelligenzunterschiede mit der Herkunft einer Person in Verbindung gebracht werden. In seiner Arbeit Hereditary Genius kommt er zu dem Schluss, dass die menschliche Intelligenz vererbt werden kann.

Zutaten-Cocktail

Wie sich später herausstellte, war seine These – zumindest teilweise – richtig. Die amerikanischen Psychologen Thomas Bouchard und Matthew McGue haben mehr als 100 veröffentlichte Studien zur Ähnlichkeit der Intelligenz bei Mitgliedern derselben Familie analysiert. In einigen Werken wurden eineiige Zwillinge beschrieben, die unmittelbar nach der Geburt getrennt wurden. Trotzdem zeigten sie bei Intelligenztests fast die gleichen Ergebnisse. Die Zwillinge, die zusammen aufgewachsen sind, waren sich in Bezug auf die geistigen Fähigkeiten noch ähnlicher. Wahrscheinlich hatte auch die Umwelt einen wichtigen Einfluss auf sie.

Heute glauben Wissenschaftler, dass 50-60% der Intelligenz vererbt werden. Mit anderen Worten, der Unterschied im IQ zwischen zwei Menschen beträgt gut die Hälfte aufgrund der Struktur ihrer DNA, die sie von ihren Eltern erhalten haben.

Auf der Suche nach Genen für Intelligenz

Die Suche nach den eigens dafür verantwortlichen Erbstoffen hat jedoch bisher zu wenig geführt. Es stimmt, manchmal fanden sie Elemente, die auf den ersten Blick mit Intelligenz zu tun hatten. Doch bei näherer Betrachtung stellte sich dieser Zusammenhang als falsch heraus. Es ergab sich eine paradoxe Situation: Einerseits bewiesen unzählige Studien einen hohen erblichen Anteil der Intelligenz. Andererseits konnte niemand sagen, welche Gene dafür konkret verantwortlich waren.

In letzter Zeit hat sich das Bild vor allem aufgrund des technologischen Fortschritts etwas geändert. Der Bauplan jedes Einzelnen ist in seiner DNA enthalten – einer Art Riesenlexikon, bestehend aus ca. 3 Milliarden Buchstaben. Leider ist es in einer Sprache geschrieben, die wir kaum kennen. Obwohl wir die Briefe lesen können, bleibt uns die Bedeutung der Texte dieser Enzyklopädie verborgen. Auch wenn es Wissenschaftlern gelingt, die gesamte DNA eines Menschen zu sequenzieren, wissen sie nicht, welche Teile davon für seine geistigen Fähigkeiten verantwortlich sind.

Intelligenz und IQ

Das Wort Intellekt kommt vom lateinischen Substantiv intellectus, das mit „Wahrnehmung“, „Verstehen“, „Verstehen“, „Vernunft“oder „Geist“übersetzt werden kann. Psychologen verstehen unter Intelligenz eine allgemeine geistige Fähigkeit, die verschiedene Kompetenzen umfasst: beispielsweise die Fähigkeit, Probleme zu lösen, komplexe Ideen zu verstehen, abstrakt zu denken und aus Erfahrungen zu lernen.

Intelligenz ist in der Regel nicht auf ein Fach wie Mathematik beschränkt. Wer in einem Bereich gut ist, übertrifft sich oft in anderen. Talente, die eindeutig auf ein Fach beschränkt sind, sind selten. Daher gehen viele Wissenschaftler davon aus, dass es einen allgemeinen Intelligenzfaktor gibt, den sogenannten Faktor G.

Jeder, der Intelligenz studieren will, braucht eine Methode, um sie objektiv zu messen. Der erste Intelligenztest wurde von den französischen Psychologen Alfred Binet und Théodore Simon entwickelt. Sie verwendeten es erstmals 1904, um die intellektuellen Fähigkeiten von Schulkindern zu beurteilen. Auf Basis der dafür entwickelten Aufgabenstellungen erstellten sie die sogenannte „Binet-Simon-Skala der geistigen Entwicklung“. Mit ihrer Hilfe bestimmten sie das Alter der intellektuellen Entwicklung des Kindes. Es entsprach einer Reihe von Problemen, die das Kind vollständig lösen konnte.

1912 schlug der deutsche Psychologe William Stern eine neue Methode vor, bei der das Alter der intellektuellen Entwicklung durch das chronologische Alter geteilt und der resultierende Wert Intelligenzquotient (IQ) genannt wurde. Und obwohl der Name bis heute überlebt hat, beschreibt der IQ heute keine Altersverhältnisse mehr. Stattdessen gibt der IQ eine Vorstellung davon, wie das Intelligenzniveau einer Person mit dem Intelligenzniveau einer durchschnittlichen Person korreliert.

Menschen unterscheiden sich voneinander und dementsprechend unterscheiden sich auch ihre DNA-Sets. Personen mit hohem IQ müssen jedoch zumindest mit den Teilen der DNA übereinstimmen, die mit Intelligenz in Verbindung gebracht werden. Von dieser grundlegenden These gehen Wissenschaftler heute aus. Durch den Vergleich der DNA von Hunderttausenden von Testpersonen in Millionen von Teilen können Wissenschaftler die Erbregionen identifizieren, die zur Bildung höherer intellektueller Fähigkeiten beitragen.

In den letzten Jahren wurden eine Reihe ähnlicher Studien veröffentlicht. Dank dieser Analysen wird das Bild immer klarer: Besondere geistige Fähigkeiten hängen nicht nur von Erbdaten ab, sondern von Tausenden verschiedener Gene. Und jeder von ihnen leistet nur einen winzigen Beitrag zum Phänomen der Intelligenz, manchmal nur wenige Hundertstel Prozent. „Man geht mittlerweile davon aus, dass zwei Drittel aller menschlichen variablen Gene direkt oder indirekt mit der Gehirnentwicklung und damit potenziell mit der Intelligenz in Zusammenhang stehen“, betont Lars Penke, Professor für biologische Persönlichkeitspsychologie an der Georg-August-Universität Göttingen.

Sieben versiegeltes Geheimnis

Ein großes Problem bleibt jedoch: Heute gibt es 2.000 bekannte Stellen (Loci) in der Struktur der DNA, die mit Intelligenz in Verbindung gebracht werden. Doch wofür genau diese Loci verantwortlich sind, ist in vielen Fällen noch nicht klar. Um dieses Rätsel zu lösen, beobachten Geheimdienstforscher, welche Zellen eher als andere auf neue Informationen reagieren. Dies kann bedeuten, dass diese Zellen in irgendeiner Weise mit Denkfähigkeiten verbunden sind.

Gleichzeitig sind Wissenschaftler ständig mit einer bestimmten Gruppe von Neuronen konfrontiert – den sogenannten Pyramidenzellen. Sie wachsen in der Großhirnrinde, also in der äußeren Hülle des Gehirns und Kleinhirns, die Experten als Kortex bezeichnen. Es enthält hauptsächlich Nervenzellen, die ihm seine charakteristische graue Farbe verleihen, weshalb es "graue Substanz" genannt wird.

Vielleicht spielen Pyramidenzellen eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Intelligenz. Darauf weisen jedenfalls die Ergebnisse von Studien der Neurobiologin Natalia Goryunova, Professorin an der Freien Universität Amsterdam, hin.

Vor kurzem veröffentlichte Goryunova die Ergebnisse einer Studie, die alle Aufmerksamkeit auf sich zog: Sie verglich Pyramidenzellen bei Probanden mit unterschiedlichen intellektuellen Fähigkeiten. Gewebeproben wurden hauptsächlich aus Material entnommen, das bei Operationen an Epilepsiepatienten gewonnen wurde. In schweren Fällen versuchen Neurochirurgen, den Fokus gefährlicher Anfälle zu entfernen. Dabei entfernen sie immer Teile von gesundem Hirnmaterial. Es war dieses Material, das Goryunova untersuchte.

Sie testete zunächst, wie die darin enthaltenen Pyramidenzellen auf elektrische Impulse reagieren. Anschließend schnitt sie jede Probe in dünnste Scheiben, fotografierte sie unter dem Mikroskop und setzte sie am Computer wieder zu einem dreidimensionalen Bild zusammen. So ermittelte sie beispielsweise die Länge von Dendriten - verzweigten Auswüchsen von Zellen, mit deren Hilfe sie elektrische Signale aufnehmen. „Gleichzeitig haben wir eine Verbindung zum IQ der Patienten hergestellt“, erklärt Goryunova. "Je länger und verzweigter die Dendriten waren, desto klüger war das Individuum."

Der Forscher erklärte das ganz einfach: Lange, verzweigte Dendriten können mehr Kontakte zu anderen Zellen aufnehmen, das heißt, sie erhalten mehr Informationen, die sie verarbeiten können. Dazu kommt noch ein weiterer Faktor: „Durch die starke Verzweigung können sie gleichzeitig unterschiedliche Informationen in verschiedenen Zweigen verarbeiten“, betont Goryunova. Aufgrund dieser parallelen Verarbeitung haben Zellen ein großes Rechenpotential. „Sie arbeiten schneller und produktiver“, schließt Goryunova.

Nur ein Teil der Wahrheit

So überzeugend diese These auch erscheinen mag, sie kann nicht als vollständig bewiesen gelten, wie die Forscherin selbst offen zugibt. Tatsache ist, dass die von ihr untersuchten Gewebeproben hauptsächlich aus einem sehr begrenzten Bereich des Schläfenlappens entnommen wurden. Die meisten epileptischen Anfälle treten dort auf, daher wird in der Regel in diesem Bereich eine Epilepsieoperation durchgeführt. „Wir können noch nicht sagen, wie es in anderen Teilen des Gehirns aussieht“, gibt Goryunova zu. „Aber neue, noch unveröffentlichte Forschungsergebnisse unserer Gruppe zeigen zum Beispiel, dass der Zusammenhang zwischen Dendritenlänge und Intelligenz in der linken Gehirnhälfte stärker ist als in der rechten.“

Aus den Forschungsergebnissen der Amsterdamer Wissenschaftler lassen sich noch keine allgemeingültigen Schlüsse ziehen. Darüber hinaus gibt es Hinweise, die vom genauen Gegenteil sprechen. Sie wurden von Erhan Genç, einem Biopsychologen aus Bochum, eingeholt. 2018 untersuchten er und seine Kollegen außerdem, wie sich die Struktur der grauen Substanz zwischen sehr intelligenten und weniger intelligenten Menschen unterscheidet. Gleichzeitig kam er zu dem Schluss, dass die starke Verzweigung der Dendriten eher schädlich als förderlich für das Denkvermögen ist.

Gench untersuchte zwar keine einzelnen Pyramidenzellen, sondern platzierte seine Probanden in einem Gehirnscanner. Grundsätzlich ist die Magnetresonanztomographie nicht geeignet, feinste Faserstrukturen zu untersuchen – die Auflösung der Bilder erweist sich in der Regel als unzureichend. Doch die Bochumer Wissenschaftler nutzten eine spezielle Methode, um die Diffusionsrichtung von Gewebeflüssigkeit zu erkennen.

Dendriten werden zu Flüssigkeitsbarrieren. Durch Diffusionsanalysen lässt sich feststellen, in welcher Richtung sich die Dendriten befinden, wie verzweigt sie sind und wie nah sie beieinander liegen. Ergebnis: Bei schlaueren Menschen sind die Dendriten einzelner Nervenzellen nicht so dicht und neigen nicht dazu, sich in dünne „Drähte“aufzulösen. Diese Beobachtung steht im diametralen Gegensatz zu den Schlussfolgerungen der Neurowissenschaftlerin Natalia Goryunova.

Aber brauchen Pyramidenzellen nicht eine Vielzahl von externen Informationen, um ihre Aufgaben im Gehirn zu erfüllen? Inwiefern ist dies mit dem identifizierten geringen Verzweigungsgrad vereinbar? Gench hält auch die Verbindung zwischen Zellen für wichtig, doch sollte diese Verbindung seiner Meinung nach einen Sinn haben. „Wenn Sie möchten, dass der Baum mehr Früchte trägt, schneiden Sie die zusätzlichen Zweige ab“, erklärt er. - Das gleiche ist bei synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen der Fall: Wenn wir geboren werden, haben wir viele davon. Aber im Laufe unseres Lebens lichten wir sie aus und lassen nur die übrig, die uns wichtig sind.“

Vermutlich ist es so, dass wir Informationen effizienter verarbeiten können.

Der "lebende Rechner" Wenzel Grüs macht es ihm gleich und schaltet beim Lösen eines Problems alles um ihn herum aus. Hintergrundreize zu verarbeiten wäre für ihn an dieser Stelle kontraproduktiv.

Tatsächlich zeigen Menschen mit hoher Intelligenz eine fokussiertere Gehirnaktivität als weniger begabte Menschen, wenn sie ein komplexes Problem lösen müssen. Außerdem benötigt ihr Denkorgan weniger Energie. Diese beiden Beobachtungen führten zur sogenannten neuronalen Hypothese der Intelligenzeffizienz, nach der nicht die Intensität des Gehirns entscheidend ist, sondern die Effizienz.

Zu viele Köche verderben den Brei

Gench glaubt, dass seine Erkenntnisse diese Theorie stützen: „Wenn man es mit einer Vielzahl von Verbindungen zu tun hat, von denen jede zur Lösung eines Problems beitragen kann, dann verkompliziert das die Sache eher, als dass sie ihm hilft“, sagt er. Seiner Meinung nach ist es dasselbe, als ob man vor dem Kauf eines Fernsehers selbst Freunde um Rat fragen würde, die kein Fernsehgerät verstehen. Daher ist es sinnvoll, Störfaktoren zu unterdrücken – so die Meinung des Bochumer Neurowissenschaftlers. Wahrscheinlich machen es kluge Leute besser als andere.

Aber wie sieht es mit den Ergebnissen der Amsterdamer Gruppe um Natalia Goryunova aus? Erkhan Gench weist darauf hin, dass es sich um unterschiedliche Messtechniken handeln kann. Anders als der niederländische Forscher untersuchte er nicht einzelne Zellen unter dem Mikroskop, sondern maß die Bewegung von Wassermolekülen in Geweben. Er weist auch darauf hin, dass der Verzweigungsgrad von Pyramidenzellen in verschiedenen Bereichen des Gehirns unterschiedlich sein kann. "Wir haben es mit einem Mosaik zu tun, dem noch viele Teile fehlen."

Ähnliche Forschungsergebnisse finden sich an anderer Stelle: Die Dicke der Schicht der grauen Substanz ist entscheidend für die Intelligenz - vermutlich, weil der sperrige Kortex mehr Neuronen enthält und damit mehr "Rechenpotential" hat. Bis heute gilt dieser Zusammenhang als erwiesen, und Natalia Goryunova hat ihn in ihrer Arbeit erneut bestätigt. „Size matters“– das begründete vor 180 Jahren der deutsche Anatom Friedrich Tiedemann (Friedrich Tiedemann). „Es besteht unbestreitbar ein Zusammenhang zwischen Gehirngröße und intellektueller Energie“, schrieb er 1837. Um das Volumen des Gehirns zu messen, füllte er die Schädel von Verstorbenen mit Trockenhirse, aber dieser Zusammenhang wird auch durch moderne Messmethoden mit Gehirnscannern bestätigt. Verschiedenen Schätzungen zufolge sind 6 bis 9 % der Unterschiede im IQ mit der unterschiedlichen Gehirngröße verbunden. Und doch scheint die Dicke der Großhirnrinde entscheidend zu sein.

Allerdings gibt es auch hier viele Geheimnisse. Dies gilt für Männer und Frauen gleichermaßen, denn bei beiden Geschlechtern entsprechen kleinere Gehirne auch kleineren geistigen Fähigkeiten. Auf der anderen Seite haben Frauen durchschnittlich 150 Gramm weniger Gehirn als Männer, schneiden aber bei IQ-Tests ähnlich ab wie Männer.

„Gleichzeitig sind die Gehirnstrukturen von Männern und Frauen unterschiedlich“, erklärt Lars Penke von der Universität Göttingen. "Männer haben mehr graue Substanz, was bedeutet, dass ihre Großhirnrinde dicker ist, während Frauen mehr weiße Substanz haben." Aber auch für unsere Fähigkeit, Probleme zu lösen, ist es extrem wichtig. Gleichzeitig spielt es auf den ersten Blick keine so auffällige Rolle wie die graue Substanz. Die weiße Substanz besteht hauptsächlich aus langen Nervenfasern. Sie können elektrische Impulse über weite Strecken übertragen, manchmal zehn Zentimeter oder mehr. Dies ist möglich, weil sie durch eine Schicht aus fettgesättigter Substanz - Myelin - hervorragend von ihrer Umgebung isoliert sind. Es ist die Myelinscheide und verleiht den Fasern eine weiße Farbe. Es verhindert Spannungsverluste durch Kurzschlüsse und beschleunigt zudem die Informationsübertragung.

Brüche in den "Drähten" im Gehirn

Wenn Pyramidenzellen als Gehirnprozessoren angesehen werden können, dann ist die weiße Substanz wie ein Computerbus: Dank ihr können weit voneinander entfernte Gehirnzentren miteinander kommunizieren und bei der Lösung von Problemen kooperieren. Trotzdem wurde die weiße Substanz von Geheimdienstforschern lange unterschätzt.

Dass sich diese Haltung nun geändert hat, liegt unter anderem an Lars Penke. Vor einigen Jahren fand er heraus, dass sich die weiße Substanz bei Menschen mit verminderter Intelligenz in einem schlechteren Zustand befindet. In ihren Gehirnen verlaufen einzelne Kommunikationslinien manchmal chaotisch, und nicht sauber und parallel zueinander, die Myelinscheide ist nicht optimal ausgebildet und ab und zu kommt es sogar zu „Drahtbrüchen“. „Wenn es mehr solcher Unfälle gibt, dann führt dies zu einer Verlangsamung der Informationsverarbeitung und letztendlich dazu, dass der Einzelne bei Intelligenztests schlechter abschneidet als andere“, erklärt die Persönlichkeitspsychologin Penke. Es wird geschätzt, dass etwa 10 % der Unterschiede im IQ auf den Zustand der weißen Substanz zurückzuführen sind.

Aber zurück zu den Unterschieden zwischen den Geschlechtern: Laut Penke sind Frauen einigen Studien zufolge bei intellektuellen Aufgaben genauso erfolgreich wie Männer, nutzen aber manchmal andere Hirnareale. Die Gründe können nur vermutet werden. Zum Teil können diese Abweichungen durch die unterschiedliche Struktur der weißen Substanz erklärt werden - ein Kommunikationskanal zwischen verschiedenen Gehirnzentren. „Wie dem auch sei, anhand dieser Daten können wir deutlich erkennen, dass es mehr als eine einzige Möglichkeit gibt, den Intellekt zu nutzen“, betont der Bochumer Forscher. "Verschiedene Kombinationen von Faktoren können zu derselben Intelligenz führen."

Ein „intelligenter Kopf“besteht also aus vielen Komponenten, deren Verhältnis variieren kann. Wichtig sind auch Pyramidenzellen als effiziente Prozessoren und weiße Substanz als System schneller Kommunikation und eines gut funktionierenden Arbeitsspeichers. Dazu kommen eine optimale Hirndurchblutung, eine starke Immunität, ein aktiver Energiestoffwechsel und so weiter. Je mehr die Wissenschaft über das Phänomen der Intelligenz erfährt, desto klarer wird, dass es nicht nur einer Komponente und nicht einmal einem bestimmten Teil des Gehirns zugeordnet werden kann.

Aber wenn alles so funktioniert, wie es soll, dann ist das menschliche Gehirn in der Lage, erstaunliche Dinge zu tun. Dies zeigt sich am Beispiel des südkoreanischen Atomphysikers Kim Un Young, der mit einem IQ von 210 als der klügste Mensch der Erde gilt. Im Alter von sieben Jahren löste er in einer japanischen Fernsehsendung komplexe Integralgleichungen. Im Alter von acht Jahren wurde er zur NASA in die USA eingeladen, wo er zehn Jahre lang arbeitete.

Kim selbst warnt zwar davor, dem IQ zu viel Bedeutung beizumessen. In einem Artikel des Korea Herald aus dem Jahr 2010 schrieb er, dass hochintelligente Menschen nicht allmächtig sind. Wie Weltrekorde für Sportler sind hohe IQs nur eine Manifestation menschlichen Talents. "Wenn es eine große Bandbreite an Geschenken gibt, dann ist meine nur ein Teil davon."