Теория сетевой нейробиологии лучше всего предсказала интеллект

Ученые десятилетиями работали над тем, чтобы понять, как структура мозга и функциональные связи управляют интеллектом. Новый анализ предлагает наиболее четкую картину того, как различные области мозга и нейронные сети влияют на способность человека решать проблемы в различных контекстах, черта, известная как общий интеллект. В исследовании использовалось «предсказательное моделирование на основе коннектома» для сравнения пяти теорий о том, как мозг порождает интеллект.

Чтобы понять замечательные когнитивные способности, лежащие в основе интеллекта, нейробиологи обращаются к их биологическим основам в мозгу. Современные теории пытаются объяснить, как наша способность решать проблемы обеспечивается архитектурой обработки информации мозгом,

сказал Арон Барби, профессор психологии, биоинженерии и неврологии в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, который руководил новой работой с первым. автор Эван Андерсон, ныне научный сотрудник Ball Aerospace and Technologies Corp., работающий в Исследовательской лаборатории ВВС. 

Биологическое понимание этих когнитивных способностей требует характеристики того, как индивидуальные различия в интеллекте и способности решать проблемы связаны с базовой архитектурой и нейронными механизмами мозговых сетей.

Исторически сложилось так, что теории интеллекта были сосредоточены 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 делают упор на определенные сети мозга, в то время как другие исследуют, как разные сети перекрываются и взаимодействуют друг с другом. Он и Андерсон сравнили эти устоявшиеся теории с их собственной «сетевой нейробиологической теорией», которая утверждает, что интеллект возникает из глобальной архитектуры мозга, включая как сильные, так и слабые связи.

К прочным связям относятся высокосвязанные центры обработки информации, которые устанавливаются, когда мы изучаем мир и становимся экспертами в решении знакомых проблем. Слабые связи 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,

сказал Андерсон. 

Чтобы проверить свои идеи, команда набрала демографически разнообразную группу из 297 студентов бакалавриата, сначала попросив каждого участника пройти комплексный набор тестов, предназначенных для измерения навыков решения проблем и адаптации в различных контекстах. По словам Барби, эти и подобные разнообразные тесты обычно используются для измерения общего интеллекта. Затем исследователи собрали функциональные МРТ-сканы каждого участника в состоянии покоя.

Одним из действительно интересных свойств человеческого мозга является то, что он воплощает в себе богатое созвездие сетей, которые активны, даже когда мы отдыхаем. Эти сети создают биологическую инфраструктуру разума и считаются неотъемлемыми свойствами мозга,

сказал Барби. 

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

С помощью когнитивных тестов и данных МРТ исследователи смогли оценить, какие теории лучше всего предсказывали, как участники выполняли тесты интеллекта.

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

сказал Андерсон.

Исследователи обнаружили, что учет особенностей всего мозга дает наиболее точные прогнозы способности человека решать проблемы и приспособляемости. Это справедливо даже при учете количества областей мозга, включенных в анализ. По словам исследователей, другие теории также предсказывали интеллект, но теория сетевой нейробиологии превзошла теории, ограниченные локализованными областями или сетями мозга, по ряду аспектов.

Полученные данные показывают, что «глобальная обработка информации» в мозге имеет основополагающее значение для того, насколько хорошо человек преодолевает когнитивные проблемы.

Вместо того, чтобы исходить из определенного региона или сети, разум, по-видимому, возникает из глобальной архитектуры мозга и отражает эффективность и гибкость общесистемной сетевой функции,

сказал он.