Mózg mordercą genów

Nasze całe życie zależy od pracy mózgu, a więc od aktywności i współdziałania około 100 mld komórek nerwowych przekazujących sobie sygnały, łączących się w funkcjonalne, współpracujące ze sobą sieci i tworzących ośrodki zarządzania poszczególnymi funkcjami organizmu. Wszystko po to, aby umożliwić jak najlepsze życie i doprowadzić do przekazania naszego materiału genetycznego dalej, by mógł funkcjonować długo po naszym nieuchronnym odejściu z tego świata. Mózg służy więc do unieśmiertelnienia naszych genów.

Drogą do osiągnięcia tego celu jest wypracowanie strategii przeżycia w zmiennym i w zasadzie wrogim nam otoczeniu, rojącym się od bezwzględnych konkurentów najróżnorodniejszej maści - od mikrobów, pasożytów czy drapieżników, aż po naszych współplemieńców, równie silnie jak my pragnących unieśmiertelnić własny materiał genetyczny.

W królestwie zwierząt, jednym z pięciu królestw, na które (według Whittakera) dzielimy świat żywy, ewolucyjnie najskuteczniejszą strategią przetrwania było wykształcenie specjalnego "organu przeżycia" - mózgu. Postęp w rozwoju tego narządu najlepiej prześledzić w grupie, do której należymy, a nawet uważamy, że jesteśmy jej ukoronowaniem - w podtypie kręgowców. W kolejno pojawiających się gromadach wymiary mózgu znacznie się zwiększały.

W przeciągu 400 mln lat ewolucji mózg powiększył się kilkadziesiąt razy - organ ten u półtonowego białego rekina waży 35 g, natomiast u człowieka około 1400 g. W toku ewolucji doskonaliły się funkcje poznawcze, takie jak pamięć i umiejętność rozwiązywania zagadnień (co doprowadziło do używania narzędzi), szczyt swój osiągając w rozwoju świadomości, zdolności do rozpoznania siebie jako odrębnego, autonomicznego bytu. Wykształciło ją niewiele gatunków: człowiek, wielkie małpy człekokształtne, słoń indyjski i delfiny. Wszystkie one żyją w uporządkowanych hierarchicznie grupach, mają wielkie mózgi i co ciekawe, wykazują empatię, czyli chęć pomocy osobnikom własnego, a często i innego gatunku, znajdującym się w niebezpieczeństwie.

Pojęcie świadomości łączy się z pojęciem inteligencji. Dla neurobiologa najwygodniej zdefiniować ją roboczo jako zdolność do aktywnego przetwarzania informacji w celu lepszego przystosowywania się do zmiennego środowiska. Oczywiście inteligencja ludzka jest zjawiskiem bardzo złożonym i może najwygodniej przyjąć pogląd amerykańskiego psychologa Howarda Gardnera, że występuje w niej wiele składowych - oryginalnie miało być ich siedem: inteligencja językowa, muzyczna, logiczno-matematyczna, przestrzenna, kinestetyczna (motoryczna), intrapersonalna i interpersonalna (np. umiejętności społeczne). Wobec tego nie można inteligencji oceniać wyłącznie na podstawie klasycznych testów IQ, mierzących jej poziom werbalny i logiczno-matematyczny.

Dla badania anatomii i dziedziczności inteligencji ważne było użycie odpowiedniej jej miary. Jest nią czynnik ogólny inteligencji g, czyli ogólna zdolność poznawcza. Pojęcie to wprowadził na początku XX wieku angielski psycholog Charles Spearman jako wartość statystyczną najsilniej korelującą z różnymi miarami sprawności poznawczej, takimi jak szybkość przetwarzania danych, pamięć czy orientacja przestrzenna. Kontynuując badania Spearmana po ponad 80 latach amerykański psycholog Raymond Cattell wprowadził pojęcia inteligencji płynnej i inteligencji skrystalizowanej. Obie są związane z różnymi strukturami mózgu.

Płynna inteligencja obejmuje takie zdolności jak: rozwiązywanie problemów, uczenie się i rozpoznawanie wzorców. Koreluje dobrze z myśleniem abstrakcyjnym i rozwiązywaniem zagadek. Urazy mózgu rzadko mają na nią wpływ. Z kolei inteligencja skrystalizowana jest związana ze zdolnościami zależnymi od wiedzy i doświadczenia: zasobem słownikowym, ogólną wiedzą i rozumieniem analogii. Jest bardziej podatna na zmiany, gdyż opiera się na zdobytych informacjach.

Klasyczny test IQ, w którym sprawność językowa odgrywa istotną rolę, opisuje bardziej inteligencję skrystalizowaną. Oba te składniki osobno mierzy test Wechslera (Wechsler Adult Intelligence Scale, WAIS).

Sprawą oczywistą, chociaż często uważaną za wstydliwą, jest fakt, że ludzie mogą się znacznie różnić między sobą poziomem inteligencji, w sensie umiejętności rozwiązywania problemów, uczenia się, adaptacji do środowiska. W tej sytuacji można zadać pytanie: czy to, że jesteś mniej inteligentny, to twoja własna wina czy też po prostu urodziłeś się głupszy? Obecnie uważa się za bardzo niepoprawne politycznie przyjmowanie, że różnice inteligencji są natury biologicznej (z wyjątkiem ewidentnych przypadków porażenia mózgowego, zespołu Downa itp.), a co gorzej - mogą być dziedziczone.

Jednak wyniki badań bliźniąt jednojajowych jednoznacznie wskazują, że wychowane w różnych rodzinach, genetycznie identyczne rodzeństwo wykazuje silne podobieństwo inteligencji. Wiele innych badań populacyjnych również dowodzi, że na inteligencję mają wpływ czynniki genetyczne.

Wyniki te budzą sprzeciw wielu uczonych, a przede wszystkim polityków i decydentów politycznych. Chodzi o względy ideologiczne. Częściowo odpowiedzialny za to jest Arthur Jensen, którego badania nad młodzieżą w USA, opublikowane w roku 1969, wykazały, że IQ czarnych uczniów jest przeciętnie niższe o jedno odchylenie standardowe od IQ uczniów białych. Rozpętało to potworną zawieruchę, oskarżenia o rasizm i faszyzm, i doprowadziło do tego, że zaprzestano finansowania badań nad neurobiologią inteligencji.

Debata nad rolą genów w inteligencji i publiczna dyskusja o ich roli w wyjaśnieniu indywidualnych różnic w zdolnościach intelektualnych przebiega czasami w atmosferze nie mniejszej furii niż debaty w polskim parlamencie.

O tym, że zachowanie inteligentne wymaga poprawnego funkcjonowania pewnych struktur nerwowych, przekonała neurologia. Już 125 lat temu badania pacjentów z uszkodzeniem mózgu wykazały, że dla myślenia abstrakcyjnego, funkcji silnie związanej z inteligencją, konieczne są sprawne płaty czołowe kory mózgowej. Badania współczesne poparły i doprecyzowały te wnioski. Grupa Johna Duncana z uniwersytetu w Cambridge stwierdziła, że płaty czołowe mają podstawowe znaczenie dla integracji związków abstrakcyjnych, służących rozwiązywaniu wielu problemów rozumowych, stąd są bardziej zaangażowane w inteligencję płynną i zachowanie celowe, a mniej w inteligencję skrystalizowaną.

Dlatego pacjenci z uszkodzeniami płatów czołowych często mają zachowany klasyczny współczynnik inteligencji IQ, mierzący przede wszystkim inteligencję skrystalizowaną.

Anatomicznie rzecz ujmując, inteligencja płynna jest związana z boczną korą przedczołową (LPC), chociaż niektórzy badacze nie wykluczają, że inne obszary mózgu także mają w niej udział. LPC wiąże się również z funkcjami wykonawczymi i uwagą. Badania anatomiczne wykazują, że geny mają wpływ zarówno na obszary w bocznej korze przedczołowej, jak i obszary tylne, dlatego u różnych osób są one inaczej wykształcone. Jednakże zmienność genetyczna może być modyfikowana przez takie czynniki, jak wykształcenie, rodzina i wpływy środowiskowe.

Do wiedzy o neurobiologii inteligencji bardzo przyczyniły się badania wykorzystujące obrazowanie mózgu. Za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI), pozwalającego otrzymać bardzo dokładny widok dowolnych obszarów mózgu, stwierdzono istnienie silnej zależności między inteligencją ogólną (czynnikiem g) a objętością istoty szarej w płatach czołowych. O jej wielkości decydują przede wszystkim geny, co wykazały badania na bliźniakach. Na strukturę mózgu mają jednak wpływ również inne rzeczy.

Przykładowo uczenie się trudnych czynności motoryczno-wzrokowych, takich jak żonglowanie, zwiększało pojemność kory mózgowej w okolicach związanych z uwagą wzrokową o 3 proc.. Taka plastyczność nie występuje we wszystkich częściach mózgu, ale przykład z żonglowaniem sugeruje, że zajmowanie się trudnymi problemami i rozwijanie zdolności psychicznych może wpływać na zwiększenie objętości istoty szarej.

Bardzo wiele w poznanie neurobiologii inteligencji wniosły badania dynamicznie obrazujące mózg: tomografia emisji pozytonowej PET (pomiar szybkości metabolizmu komórek nerwowych) oraz rezonans magnetyczny fMRI. Wykonywane w czasie rozwiązywania testów inteligencji wykazały wzrost aktywności niektórych obszarów mózgu. Zespół Duncana wykrył, że chociaż we wszystkich obszarach kory mózgowej trudniejsze testy powodowały silniejsze pobudzenie niż łatwiejsze (do których wysoka inteligencja ogólna nie była konieczna), to tylko jeden obszar mózgu, a mianowicie boczna kora przedczołowa, był regularnie pobudzany przez trzy różne testy na inteligencję. Późniejsze badania wykazały, że rozwiązywanie testów może powodować aktywację wielu obszarów mózgu, co sugeruje, że "jednostki funkcjonalne" wyższych funkcji poznawczych są raczej sieciami neuronalnymi, a nie pojedynczymi strukturami.

Obszary czołowe i ciemieniowe aktywne podczas testów na inteligencję są też "uruchamiane" podczas zadań na "pamięć roboczą", czyli utrzymywanie i manipulowanie informacjami, np. podczas rozwiązywania skomplikowanego problemu. Badania, m.in. EEG, wykazały, że wyższa inteligencja jest związana z tym, jak szybko i wiarygodnie neurony mogą przenosić informację.

Z badań wynika jasno, że inteligencja jest determinowana zarówno przez geny, jak i środowisko, a udział składowej genetycznej szacuje się na około 50 proc. W jaki sposób geny odziedziczone od rodziców wpływają na inteligencję? Sprawdzano to, porównując wyniki testów IQ osób spokrewnionych. Stwierdzono, że czynnik g jest jedną z najsilniej dziedziczonych cech w neurobiologii. Wpływ na niego ma wiele genów, prawdopodobnie licznie znajdujących się w każdym chromosomie.

Wszystkie różnice w dziedziczonych cechach behawioralnych wynikają z tego, że poszczególne geny, w tym i te, które mogłyby podczas rozwoju wpłynąć na inteligencję, nie są identyczne. Ich DNA mogą się różnić w drobnych szczegółach. Te odmiany DNA, popularnie nazywane polimorfizmami, mogą kodować nieco odmienne białka, czego konsekwencją jest zmiana sprawności pewnych funkcji neuronów, a w konsekwencji nieco odmienne zachowanie. Przeciętnie w genomach dwóch osobników tego samego gatunku 0,1-0,2 proc. nukleotydów jest różnych. Blisko 85 proc. z tych różnic sekwencji to polimorfizmy pojedynczego nukleotydu. Około połowa z nich występuje w regionach regulatorowych lub kodujących białka i prawdopodobnie odpowiadają one za prawie całą ludzką zmienność dziedziczną. Zmieniając sekwencje aminokwasów lub wzorzec ekspresji białka, modyfikują cechy behawioralne, podatność na choroby i odpowiedź na leki.

Chociaż dziedziczność implikuje istnienie określonych genów bezpośrednio wpływających na inteligencję, są one trudne do identyfikacji, ponieważ wszelkie znane cechy behawioralne są określone nie przez jeden silnie działający gen, ale przez liczne geny oddziałujące na siebie wzajemnie, z których każdy pojedynczo wywiera tylko niewielki efekt, chociaż sumaryczny może być znaczny. Udział czynnika dziedzicznego wzrasta z wiekiem, co przeczy teorii zakładającej, że inteligencję formuje wyłącznie środowisko.

Wielkim nieporozumieniem jest jednak założenie, że edukacja jest bezprzedmiotowa, bo inteligencję się dziedziczy. Tymczasem istotne dla jej rozwoju są niegenetyczne wpływy prenatalne (odżywianie matki, narkotyki) i perinatalne (karmienie piersią). Zmuszanie dzieci do wysiłku intelektualnego przez obowiązek szkolny ma również kapitalne znaczenie i zapewne wpływa bezpośrednio na rozwój mózgu: badania na kobietach w Portugalii wykazały znacznie mniejszą liczbę połączeń nerwowych między półkulami mózgowymi u analfabetek niż u kobiet umiejących pisać i czytać. Wzrost średniego IQ w ciągu jednego pokolenia, obserwowany obecnie we wszystkich badanych krajach (tzw. efekt Flynna), można przypisać tylko czynnikom środowiskowym. Wzrost ten widać wyraźnie zwłaszcza w testach mierzących inteligencję płynną, niezależną od systemów edukacji.

Stwierdzenie, że inteligencja ma silne podłoże neurobiologiczne i w dodatku w dużej mierze zależy od genów, może budzić kontrowersje. Najgorzej, jeśli do interpretacji danych naukowych zabierają się ideolodzy społeczni. Reprezentują oni dwie orientacje. Pierwsza grupa uważa, że człowiek rodzi się jako tabula rasa, ale z pełnym potencjałem intelektualnym, którego rozwój zależy wyłącznie od wpływów środowiskowych, druga natomiast zakłada, że całość możliwości intelektualnych człowieka jest zawarta w naszym genomie i bardzo trudno cokolwiek w tym zmienić, a w każdym razie nie można poprawić inteligencji ponad genetycznie wyznaczony poziom maksymalny.

Stanowiska te, jak zauważył dr Bogusław Habrat z warszawskiego Instytutu Psychiatrii i Neurologii, zostały przejęte przez ideologie totalitarne: komuniści uważali, że każdego można całkowicie wymodelować ("w komunizmie każda sprzątaczka będzie mogła rządzić państwem" - powiedział Lenin), naziści głosili, że rasa, czyli zestaw genów, absolutnie wyznacza wszystko i jedyny sposób poprawy biologicznej i intelektualnej społeczeństwa to konsekwentnie stosowana eugenika, eliminująca z rozrodu jednostki o mniejszym potencjale.

Jeżeli założyć, że inteligencja jest zmienną, podobną do innych cech badanych w medycynie i dodać do tego, że starożytne pochodzenie geograficzne ("rasa") coraz częściej jest uważane również za istotny czynnik medyczny, to badania nad intelektem mogą się znaleźć na kursie kolizyjnym z badaniami nad różnicami rasowymi. Nie można po prostu ignorować tej możliwości i założyć, że wszystko w końcu jakoś się ułoży, ponieważ niewłaściwe interpretacje wyników neurobiologicznych mogą w konsekwencji zwiększać poparcie dla ideologii głoszących wyższość pewnych ras nad innymi.

Katastrofalne skutki takich interpretacji mieliśmy w niedalekiej przeszłości, a pamięć o nich spowodowała, że temat swoistych różnic rasowych w inteligencji wywarł nieproporcjonalnie wielki i negatywny wpływ na stosunek opinii publicznej do badań nad inteligencją. Byłoby nieszczęściem, gdyby te ciemne strony interpretacji wyników na tym polu wstrzymały uprawnione testy, tak ważne dla wiedzy i postępu medycyny w służbie ludzkości. Dotychczasowe doświadczenia wskazują, że o wyższości lub niższości ras wnioskować nie można, a najprawdopodobniej samo takie pojęcie jest nieuprawnione.

Na zakończenie trzeba dodać, że zebrana wiedza o neurobiologii nastraja optymistycznie. Dowiodła ona, że inteligencję można kształtować i wzmacniać przez odpowiednie zmiany środowiskowe. Wspomniane badania wykazujące większą komunikację między półkulami osób piśmiennych niż niepiśmiennych wskazują, że wprowadzenie przymusu edukacyjnego może zmieniać neuroanatomię, a w konsekwencji inteligencję społeczeństw. Ostatnie badania konsorcjum DANA, amerykańskiej organizacji zajmującej się mózgiem, dowiodły, że dla rozwoju ogólnej inteligencji szczególnie korzystne jest szkolenie artystyczne, zwłaszcza w sztuce aktorskiej, tańcu i muzyce. Wspomniany efekt Flynna - zwiększanie się inteligencji społeczeństw z pokolenia na pokolenia o kilka punktów IQ - wskazuje, że mózg dobrze dostraja się do wzrastających wymagań środowiskowych.

Dla dalszego rozwoju ludzkości, przy założeniu, że ważną rolę będzie w nim odgrywać intelekt, ważne jest opracowanie systemów edukacji społecznej prowadzących do maksymalnego wykorzystania wciąż rosnącego potencjału intelektualnego ludzkiego umysłu.

Prof. dr hab. Jerzy Vetulani, członek czynny PAU, członek korespondent PAN, Instytut Farmakologii PAN w Krakowie, Małopolska Wyższa Szkoła Zawodowa