Wie Gene, Hirneigenschaften und Intelligenz zusammenhängen
Die Gene beeinflussen unterschiedliche Strukturen und die Funktion des Gehirns. Diese wiederum erklären Unterschiede im Verhalten. Alle drei Aspekte auf einmal zu analysieren ist eine Herausforderung – aber nun gelungen.
Published: 04.04.2023
Die Ergebnisse beschreibt ein Team um Dorothea Metzen von der Arbeitseinheit Biopsychologie der Ruhr-Universität Bochum und Dr. Erhan Genç, früher an der Ruhr-Universität, heute am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung in Dortmund (IfADo), in der Zeitschrift „Human Brain Mapping“, online veröffentlicht am 4. April 2023.
Neben dem IfADo und verschiedenen Einrichtungen der Ruhr-Universität waren die Humboldt-Universität Berlin, das Zentralinstitut für Seelische Gesundheit in Mannheim, die Medical School Hamburg und die Universität Luxemburg beteiligt. An der Ruhr-Universität kooperierten die Teams der Biopsychologie, der Humangenetik und der Genetischen Psychologie.
Intelligenz
Intelligenz/-/intelligence
Sammelbegriff für die kognitive Leistungsfähigkeit des Menschen. Dem britischen Psychologen Charles Spearman zufolge sind kognitive Leistungen, die Menschen auf unterschiedlichen Gebieten erbringen, mit einem Generalfaktor (g-Faktor) der Intelligenz korreliert. Demnach lasse sich die Intelligenz durch einen einzigen Wert ausdrücken. Hierzu hat u.a. der US-Amerikaner Howard Gardner ein Gegenkonzept entwickelt, die „Theorie der multiplen Intelligenzen“. Dieser Theorie zufolge entfaltet sich die Intelligenz unabhängig voneinander auf folgenden acht Gebieten: sprachlich-linguistisch, logisch-mathematisch, musikalisch-rhythmisch, bildlich-räumlich, körperlich-kinästhetisch, naturalistisch, intrapersonal und interpersonal.
Gen
Gen/-/gene
Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.
Gen
Gen/-/gene
Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.
Gene, Gehirn, Verhalten – ein einzigartiger Datensatz
Das Team schloss 557 Probandinnen und Probanden im Alter zwischen 18 und 75 Jahren in die Studie ein. Mithilfe von Speichelproben analysierten sie, welche Personen wie viele Genvariationen besaßen, die mit hoher Intelligenz in Zusammenhang stehen. „Es gibt Tausende von Genen, die zur Intelligenz beitragen“, erklärt Dorothea Metzen. „Wir haben für jede Person einen summarischen Wert berechnet, der die genetische Veranlagung für eine hohe Intelligenz widerspiegelt.“
Außerdem nahmen alle Probandinnen und Probanden an Hirnscans teil, mit denen die Forschenden zum einen die Dicke und Oberfläche der Großhirnrinde ermittelten und zum anderen, wie effizient das Gehirn strukturell und funktionell vernetzt ist. Zusätzlich absolvierten alle Teilnehmenden einen Intelligenztest. „Die Breite und die detaillierte Erfassung verschiedener Daten in dieser Studie ist meines Erachtens einmalig“, hebt Erhan Genç hervor. „Zum ersten Mal haben wir uns die Triade aus Genen, unterschiedlicher Hirneigenschaften und Verhaltensmerkmalen gemeinsam angeschaut.“
Konkret analysierte die Gruppe, welche Unterschiede in den Genvariationen mit Unterschieden in den Hirneigenschaften sowie Unterschieden im Verhalten zusammenhängen.
Intelligenz
Intelligenz/-/intelligence
Sammelbegriff für die kognitive Leistungsfähigkeit des Menschen. Dem britischen Psychologen Charles Spearman zufolge sind kognitive Leistungen, die Menschen auf unterschiedlichen Gebieten erbringen, mit einem Generalfaktor (g-Faktor) der Intelligenz korreliert. Demnach lasse sich die Intelligenz durch einen einzigen Wert ausdrücken. Hierzu hat u.a. der US-Amerikaner Howard Gardner ein Gegenkonzept entwickelt, die „Theorie der multiplen Intelligenzen“. Dieser Theorie zufolge entfaltet sich die Intelligenz unabhängig voneinander auf folgenden acht Gebieten: sprachlich-linguistisch, logisch-mathematisch, musikalisch-rhythmisch, bildlich-räumlich, körperlich-kinästhetisch, naturalistisch, intrapersonal und interpersonal.
Zusammenspiel von Genen, Hirneigenschaften und Intelligenz in wenigen Hirnregionen
Schaute das Team nur auf den Zusammenhang zwischen genetischen Variationen und Hirneigenschaften – also ohne Ergebnisse des Intelligenztests zu berücksichtigen –, fanden sich zahlreiche Zusammenhänge in vielen Regionen, die über das gesamte Gehirn verteilt waren. Wesentlich weniger Zusammenhänge waren sichtbar, wenn die Forschenden schauten, wo die Hirneigenschaften mit den Leistungen im Intelligenztest assoziiert waren. Berücksichtigten sie alle drei Parameter auf einmal – Gene, Hirneigenschaften und Intelligenztest-Leistungen – fand sich nur in spezifischen Hirnarealen im frontalen, parietalen und visuellen Kortex ein Zusammenhang. Es gibt also nur spezifische Bereiche im Gehirn, in denen die Genvariationen die Hirneigenschaften beeinflussen, und diese Eigenschaften sich gleichzeitig auf die Intelligenz auswirken. Die entscheidenden Hirneigenschaften waren dabei die Größe der Hirnoberfläche und die Effizienz der strukturellen Konnektivität. Solche Zusammenhänge zwischen Genen, Gehirn und Verhalten fanden sich kaum, wenn die Forschenden die Dicke der Hirnrinde und die Effizienz der funktionellen Konnektivität untersuchten.
Cortex
Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex
Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.
Intelligenz
Intelligenz/-/intelligence
Sammelbegriff für die kognitive Leistungsfähigkeit des Menschen. Dem britischen Psychologen Charles Spearman zufolge sind kognitive Leistungen, die Menschen auf unterschiedlichen Gebieten erbringen, mit einem Generalfaktor (g-Faktor) der Intelligenz korreliert. Demnach lasse sich die Intelligenz durch einen einzigen Wert ausdrücken. Hierzu hat u.a. der US-Amerikaner Howard Gardner ein Gegenkonzept entwickelt, die „Theorie der multiplen Intelligenzen“. Dieser Theorie zufolge entfaltet sich die Intelligenz unabhängig voneinander auf folgenden acht Gebieten: sprachlich-linguistisch, logisch-mathematisch, musikalisch-rhythmisch, bildlich-räumlich, körperlich-kinästhetisch, naturalistisch, intrapersonal und interpersonal.
Cortex
Großhirnrinde/Cortex cerebri/cerebral cortex
Der Cortex cerebri, kurz Cortex genannt, bezeichnet die äußerste Schicht des Großhirns. Sie ist 2,5 mm bis 5 mm dick und reich an Nervenzellen. Die Großhirnrinde ist stark gefaltet, vergleichbar einem Taschentuch in einem Becher. So entstehen zahlreiche Windungen (Gyri), Spalten (Fissurae) und Furchen (Sulci). Ausgefaltet beträgt die Oberfläche des Cortex ca 1.800 cm2.
Methode auch auf andere Bereiche übertragbar
Mit ihrer Studie hoffen die Forschenden, eine Methode vorgeschlagen zu haben, die auch auf andere Bereiche übertragbar ist. Denn sie erlaubt, das Zusammenspiel von Genen, Gehirn und Verhalten nicht nur für Intelligenz, sondern auch für andere Eigenschaften zu untersuchen. „Interessant wäre es auch, wenn solche Verfahren künftig bei größeren Kohorten von Tausenden oder Zehntausenden Probandinnen und Probanden eingesetzt würden“, sagt Erhan Genç, weil das die Qualität der Ergebnisse verbessern würde. „Auch den Einfluss des Alters zu untersuchen wäre ein interessantes künftiges Forschungsprojekt“, so Genç.
Originalpublikation
Erhan Genç, Dorothea Metzen, Christoph Fraenz, Caroline Schlüter, Manuel C. Voelkle, Larissa Arning, Fabian Streit, Huu Phuc Nguyen, Onur Güntürkün, Sebastian Ocklenburg, Robert Kumsta: Structural architecture and brain network efficiency links polygenic scores to intelligence, in: Human Brain Mapping, 2023, DOI: 10.1002/hbm.26286
