Intelligenz und Gehirnstruktur

Die allgemeine Intelligenz ist ein psychologisches Konstrukt, das in einer einzigen Maßzahl das Gesamtniveau der Verhaltens- und kognitiven Leistung eines Individuums erfasst. Während frühere Forschungen versucht haben, Intelligenz in umschriebenen Hirnregionen zu lokalisieren, konzentrieren sich neuere Arbeiten auf funktionelle Interaktionen zwischen den Regionen. Obwohl sich Hirnnetzwerke durch eine erhebliche Modularität auszeichnen, ist jedoch unklar, ob und wie die modulare Organisation des Gehirns mit der allgemeinen Intelligenz in Verbindung gebracht werden kann.

Hilger et al. (2017b) haben dabei charakteristische Verbindungen zwischen Intelligenz und Maßen der Konnektivität innerhalb und zwischen Gehirnarealen, insbesondere in frontalen und parietalen Hirnregionen, die mit Intelligenz in Verbindung stehen sollen, untersucht. Man hat mittels MRT-Hirnscans von mehr als 300 Probanden und moderne Verfahren der graphentheoretischen Netzwerkanalyse untersucht, ob damit bestimmte neurobiologischen Grundlagen menschlicher Intelligenz zu entdecken sind. Schon früher hatten Basten et al. (2015) und Hilger et al. (2017a) Gehirnareale identifiziert, darunter den Präfrontalcortex, in denen Aktivierungsveränderungen während kognitiver Herausforderungen einen zuverlässigen Zusammenhang mit Intelligenz zeigen. In der neuen Studie zeigte sich nun, dass bei intelligenteren Menschen zwei Areale, die mit der Verarbeitung aufgabenrelevanter Informationen in Verbindung gebracht werden (vorderer insulärer und cingulärer Cortex), über kürzere und somit effizientere Verbindungen mit dem Rest des Hirnnetzwerks verbunden sind. Eine weitere Region, die mit dem Ausblenden irrelevanter Informationen in Verbindung gebracht wird (die Übergangsregion zwischen Temporal- und Parietalcortex), ist hingegen weniger stark mit dem Rest des Netzwerks verbunden. Die unterschiedlich starke Einbettung dieser Regionen ins Gesamtnetzwerk des Gehirns könnte es intelligenteren Personen erleichtern, zwischen wichtigen und unwichtigen Informationen zu unterscheiden, was bei vielen kognitiven Herausforderungen einen Vorteil darstellt. In der letzten Studie zeigte sich nun, dass bei intelligenteren Menschen bestimmte Gehirnregionen deutlich stärker am Austausch von Informationen zwischen Subnetzwerken beteiligt sind, so dass bedeutsame Informationen schneller und effizienter übertragen werden können. Auch konnte man Regionen identifizieren, die bei intelligenteren Personen stärker vom restlichen Netzwerk abgekoppelt werden, wodurch Gedanken möglicherweise besser gegen störende Einflüsse abgeschirmt sind.

Man geht daher davon aus, dass Netzwerkmerkmale, die man bei intelligenteren Personen in stärkerer Ausprägung gefunden hat, es den Menschen erleichtern, sich gedanklich auf etwas zu konzentrieren und dabei irrelevante, möglicherweise störende Reize auszublenden. Das erlaubt zwei Interpretationen: Es scheint möglich, dass manche Menschen aufgrund einer biologischen Veranlagung Gehirnnetzwerke ausbilden, die intelligente Leistungen wahrscheinlicher machen, doch kann auch umgekehrt der häufigere Gebrauch des Gehirns für intelligentere Leistungen sich positiv auf die Ausformung dieser Netzwerke im Gehirn auswirken.

Literatur

Basten, Ulrike, Hilger, Kirsten & Fiebach, Christian J. (2015). Where smart brains are different: A quantitative meta-analysis of functional and structural brain imaging studies on intelligence. Intelligence, 51, 10-27.
Hilger, Kirsten,Ekman, Matthias, Fiebach, Christian J. & Basten, Ulrike (2017a). Efficient hubs in the intelligent brain: Nodal efficiency of hub regions in the salience network is associated with general intelligence. Intelligence 60, 10-25.
Hilger, Kirsten, Ekman, Matthias, Fiebach, Christian J. & Basten, Ulrike (2017b). Intelligence is associated with the modular structure of intrinsic brain networks. Scientific Reports, 7, doi:10.1038/s41598-017-15795-7.
https://aktuelles.uni-frankfurt.de/forschung/studie-kluge-koepfe-haben-die-besser-vernetzten-gehirne/ (17-12-30)



Sprache und Musik

Sprache und Musik sind im Gehirn eng miteinander verbunden, wobei die Prozesse von Sprache und Musik im Gehirn offenbar denselben Mustern folgen, wie zahlreiche Experimente gezeigt haben. Sprache spielt sich in der linken, rationalen Gehirnhälfte ab, während Musik vor allem für die rechte, emotionale relevant ist. Allerdings findet Sprache überall im Gehirn statt, denn obwohl die Schädigung von Gehirnregionen wie dem Broca-Areal und Wernicke-Areal spezifische Effekte auf die Produktion und das Verständnis von Sprache haben, gibt es kein Areal, von der man sagen kann, dass Sprache allein dort produziert wird. Demnach ist das menschliche Gehirn viel komplexer, als alte Stereotypen diesem das zugestehen, wobei in beiden Gehirnhälften, und zwar sowohl vorne als auch hinten, viele verschiedene für Sprache wichtige Regionen liegen, und erst die Interaktion zwischen diesen macht Sprache möglich. Auch Musik funktioniert durch im Gehirn miteinander verbundene Netzwerke und nicht in säuberlich voneinander getrennten Regionen, wobei sich die neuronalen Netzwerke für Sprache und Musik überlappen. Musik gehört nämlich zu einer der zentralen Behandlungsmethoden für Aphasie, also Sprachverlust, denn wenn jemand etwa aufgrund eines Schlaganfalls an Aphasie leidet, kann diese Mensch zwar nicht sprechen, behält dafür aber oft ihre Fähigkeit zu singen. Diesen Umstand kann man in der Therapie nutzen, um die Betroffenen wieder zum Sprechen zu bringen, und zwar indem man deren musikalische Fähigkeiten etwa im Rahmen der Musikalischen Intonationstherapie trainiert.

Im Clusterprojekt “Sprach- und Musikressourcen des Gehirns” wird im Institut für Verhaltens- und Kognitionsbiologie der Universität Wien genauer untersucht, inwiefern die Prozesse von Sprache und Musik im Gehirn denselben Mustern folgen. Dafür arbeitet man sowohl mit Menschen, die unter Aphasie leiden, als auch mit gesunden Personen, wobei dies vor allem in der ersten Phase des Projekts eine wichtige Rolle spielen, denn bei ihnen untersucht man mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie und dem Brain Imaging verschiedene Aspekte von Musik im Gehirn, etwa in welchem Ausmaß ein Pfeifen, Summen oder Sprechen die gleichen Areale des Gehirns aktiviert. Mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie will man schließlich herausfinden, welche Bereiche in die Produktion von Musik und Sprache involviert sind, und damit die Funktionen dieser Bereiche während eines Trainings verstärken.

Literatur

https://news.univie.ac.at/uniview/forschung/detailansicht/artikel/singend-die-sprache-finden/ (20-04-23)



Kleinkinder schlafen anders als Erwachsene

Langsame Wellen im Schlaf verhalten sich wie Wanderwellen und sind daher auch ein Marker für die Konnektivität des Gehirns, wobei sich diese während des Tiefschlafs über den Cortex ausbreiten und einen Zusammenhang mit dem Alter zeigen, denn beim Schlaf von Erwachsenen ist diese Wellenausbreitung reduziert und wird lokaler. Schoch et al. (2018) haben nun im Detail gezeigt, dass es bei Kindern eine Verringerung der Distanz der Tiefschlaf-Wellen über die Nacht hin, die besonders bei den jüngsten Kindern auftritt. Man beobachtete dabei eine interessante Wechselwirkung der Dynamik der langsamen Wellenausbreitung (Propagation) über die Nacht hinweg mit dem. Beim Vergleich des ersten und letzten Quintils ergab sich ein Trendniveauunterschied zwischen den Altersgruppen: 2- bis 4,9-jährige Kinder zeigten eine Abnahme der langsamen Wellenausbreitungsdistanz über die Nacht um 11 Prozent, die in den beiden älteren Altersgruppen nicht beobachtet wurde. Unabhängig vom Alter nahm die cortikale Beteiligung über eine Nacht um 10,4-23,7 Prozent ab. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die nächtliche Dynamik bei der langsamen Wellenausbreitungsdistanz eine erhöhte Plastizität in den zugrunde liegenden cerebralen Netzwerken widerspiegelt, die spezifisch für diese frühen Entwicklungsperioden sind. Man vermutet, dass die Aktivitätsmuster nicht passive Spuren von Gehirnprozessen sind, sondern dass sie eine aktive Rolle bei der Gehirnentwicklung spielen. Möglicherweise werden die Gehirnzellen von den Wellen angeregt, was dann zu Veränderungen im Gehirn führen kann. Vielleicht unterstützen die langsamen Wellen Gedächtnisprozesse und helfen den kindlichen Gehirnen dynamisch zu bleiben, damit sie sich an Veränderungen in ihrer Umwelt gut anpassen können.

Literatur

Schoch, Sarah, Riedner, Brady, Deoni, Sean, Huber, Reto, LeBourgeois, Monique & Kurth, Salome (2018). Across-night dynamics in traveling sleep slow waves throughout childhood. Sleep, 41, doi:0.1093/sleep/zsy165.



Diese Seiten sind Bestandteil der Domain www.stangl.eu

© Werner Stangl Linz 2020