신경과학과 지능

Neuroscience and intelligence

신경과학과 지능은 종 내 또는 다른 종들 사이의 지능의 변동에 부분적으로 책임이 있는 다양한 신경학적 요인을 말한다. 이 분야에서 다량의 연구가 인간 지능의 신경 기반에 집중되어 왔다. 지능의 신경과학을 연구하기 위한 역사적 접근법은 머리 둘레와 같은 외부 머리 매개변수를 지능과 연관시키는 것으로 구성되었다.[1] 뇌 무게와 뇌 용적의 사후 측정도 활용됐다.[1] 보다 최근의 방법론에서는 자기공명영상(MRI), 기능성 MRI(fMRI), 뇌전파검사(EEG), 양전자 방출단층촬영 및 기타 뇌구조와 활동의 비침습적 측정과 같은 기법을 사용하여 살아있는 뇌 내 지능의 상관관계를 조사하는 데 초점을 맞추고 있다.[1]

연구원들은 뇌 내부의 지능과 그 기능의 상관관계를 확인할 수 있었다. 여기에는 전체 뇌량,[2] 회백질량,[3] 백질량,[4] 백질 무결성,[5] 피질 두께[3] 및 신경 효율성이 포함된다.[6] 지난 30년 동안 인간 지능의 신경적 기초에 대한 우리의 이해를 위한 근거는 크게 증가했지만, 그것을 완전히 이해하기 위해서는 더욱 많은 연구가 필요하다.[1]

영장류, 고래류, 설치류 같은 동물에서도 지능의 신경적 기반이 조사되었다.[7]

인간

뇌량

지능과 두뇌의 관계를 확립하는 데 사용되는 주요 방법 중 하나는 뇌의 부피 측정법을 이용하는 것이다.[1] 뇌량을 추정하기 위한 가장 초기 시도는 머리 둘레와 같은 외부 머리 매개변수의 측정을 뇌 크기의 대용품으로 사용하여 수행되었다.[1] 이러한 관계를 연구하기 위해 채택된 보다 최근의 방법론에는 뇌 무게와 부피에 대한 사후 측정이 포함된다. 이것들은 그들만의 한계와 강점을 가지고 있다.[8] (fMRI를 사용하여) 살아있는 뇌 구조와 기능을 비침습적으로 고정확하게 측정하기 위한 MRI의 등장은 이것을 뇌 체적을 측정하기 위한 사전 우위적이고 선호되는 방법으로 만들었다.[1]

전반적으로, 더 큰 뇌 크기와 부피는 더 나은 인지 기능과 더 높은 지능과 관련이 있다.[1] 부피와 지능 사이의 가장 강력한 상관관계를 보여주는 특정 부위는 뇌의 전두엽, 측두엽, 두정엽이다.[9][10][11] 많은 수의 연구가 한결같이 긍정적인 상관관계로 수행되어, 더 큰 뇌가 더 큰 지능을 예측한다는 일반적으로 안전한 결론을 이끌어냈다.[12][13] 건강한 성인의 경우, 고품질 검사를 사용할 때 총 뇌 부피와 IQ의 상관관계는 대략 0.4이다.[14] 영국 바이오뱅크를 이용한 대규모 연구(n = 29k)에서 .275의 상관관계를 발견했다. 이 관계의 강도는 성에 의존하지 않았으며, 일부 초기 연구와 모순된다.[15] 두 개의 중간 크기의 표본에서 형제자매 디자인을 사용한 연구는 효과 크기가 .19인 인과관계의 증거를 발견했다.[16] 이 연구 설계는 가족 간에는 차이가 있지만 가족 간에는 차이가 없는 교란 요인을 배제한다.

총 뇌량보다 적은 척도의 변화에 대해서는 알려져 있지 않다. McDaniel의 메타 분석적 검토 결과 지능과 생체내 뇌 크기의 상관관계가 암컷(0.40)의 경우 수컷(0.25)보다 더 큰 것으로 나타났다.[17] 같은 연구는 또한 나이가 들면서 뇌의 크기와 지능의 상관관계가 증가했고, 아이들은 더 작은 상관관계를 보인다는 것을 발견했다.[17] 더 큰 뇌 부피와 더 높은 지능 사이의 연관성은 특정 뇌 영역의 변동과 관련이 있다고 제안되었다. 즉, 전체 뇌 측정은 이러한 연관성을 낮게 추정할 것이다.[9] 일반 지능보다 더 구체적인 기능의 경우, 지역적 효과가 더 중요할 수 있다. 예를 들어, 새로운 단어를 배우는 청소년의 경우 어휘 증가는 양쪽 후두부 후두교에서 회백질 밀도와 관련이 있다는 증거가 있다.[18] 작은 연구들은 새로운 신체 기술(저글링) 후두피질-임시피질 발달과 관련된 회색 물질의 일시적인 변화를 보여주었다.

뇌 용적은 지능의 완벽한 계정은 아니다. 이 관계는 지능의 12%에서 36%까지 약간의 분산을 설명한다.[8][9] 뇌의 부피에 의해 설명되는 분산의 양은 또한 측정된 지능의 종류에 따라 달라질 수 있다.[8] 언어 지능의 분산의 최대 36%는 뇌 볼륨으로 설명할 수 있는 반면, 시각 공간 지능의 분산의 약 10%만 뇌 볼륨으로 설명할 수 있다.[8] 연구원 스튜어트 J. 리치의 2015년 연구는 뇌 크기가 개인들 사이의 지능의 12%를 설명한다는 것을 발견했다.[20] 이러한 주의사항들은 개인이 두뇌의 크기와 얼마나 다른 지성에 영향을 미치는 다른 주요 요소들이 있다는 것을 암시한다.[1] 88개 연구로 구성된 대규모 메타 분석에서 Pietschnig 등(2015년)은 뇌 부피와 지능 사이의 상관관계를 6% 분산에 해당하는 0.24의 상관 계수에 관한 것으로 추정했다.[21] 측정 품질과 샘플 유형 및 IQ 범위를 고려했을 때 의 뇌 용적의 메타 분석적 연관성은 정상 성인의 경우 ~ .4인 것으로 보인다.[14] Jakob Pietschnig 연구원은 뇌의 부피와 IQ의 긍정적인 연관성의 강도는 여전히 견실하지만 문헌에서 과대평가되어 왔다고 주장했다. 그는 "인간의 인지 진화와 뇌 크기와 인지 능력의 종 차이에서 이 연관성을 해석하는 것은 유혹적이지만, 우리는 뇌의 크기를 인간의 지능 차이의 이소모픽 대리인으로 해석하는 것이 정당화되지 않음을 보여준다"고 말했다.[21]

회백질

회색 물질은 지능의 차이에 대한 잠재적인 생물학적 기초로서 검토되어 왔다. 뇌의 부피와 유사하게, 전지구적 회백질 부피는 지성과 긍정적으로 연관되어 있다.[1] 좀 더 구체적으로 말하면, 높은 지능은 성인의 전두엽과 후두엽 피질에서 더 큰 피질 회백질과 연관되어 있다.[3] 게다가, 언어 지능과 비언어 지능 모두 건강한 젊은 성인의 두정, 측두엽, 후두엽에 걸친 회백질 용적과 긍정적으로 상관관계가 있는 것으로 나타나 지능이 뇌의 다양한 구조와 연관되어 있음을 암시하고 있다.[22]

남녀간의 지능에 대한 회색 물질의 관계와 성적인 차이가 있는 것으로 보인다.[23] 남성은 전두엽과 두정엽의 회백질 상관관계에 더 많은 지능을 보이는 것으로 보이는 반면 여성의 지능과 회백질 사이의 가장 강력한 상관관계는 전두엽과 브로카의 영역에서 찾을 수 있다.[23] 그러나 이러한 차이는 전체적인 인텔리전스에 영향을 미치지 않는 것으로 보이며, 이는 동일한 인지 능력 수준이 다른 방식으로 달성될 수 있음을 암시한다.[23]

뇌 영역에서 지능의 상관관계를 연구하는 데 사용되는 한 가지 구체적인 방법론은 복셀 기반 형태측정학(VBM)으로 알려져 있다. VBM은 연구자들이 공간 분해능이 뛰어난 관심 영역을 지정하여 지능과 상관된 회색 물질 영역을 더 큰 특수 분해능으로 조사할 수 있게 해준다. VBM은 건강한 성인의 전두엽, 측두엽, 후두엽의 지능과 회백질을 긍정적으로 연관시키는 데 이용되어 왔다.[24] VBM은 또한 55명의 건강한 성인으로 구성된 그룹에서 전두엽 피질과 등심방 전전뇌 피질의 내측 부위의 회백질 부피가 지능과 긍정적인 상관관계를 갖는다는 것을 보여주기 위해 사용되었다.[25] VBM은 또한 전방의 회색 물질 용적과 5세에서 18세 사이의 어린이들의 지능 사이의 긍정적인 상관관계를 확립하는데 성공적으로 사용되었다.[26]

회색 물질은 또한 어린이들의 지능과 긍정적인 상관관계가 있는 것으로 나타났다.[26][27][28] Reis와 동료들은[28] 전두엽 피질의 회색 물질이 5세에서 17세 사이의 아이들의 지능 분산에 가장 강하게 기여하는 반면, 구질구질한 회색 물질은 지능과 덜 관련이 있다는 것을 발견했다. Frangou과 colleagues[27]는 미상 핵에 회백질이 부정적으로 지..지 관계라는 그 안 와 전두 피질로서,cingulate 측 중전두엽회, 소뇌 시상에 회백질이 긍정적으로 지성에, 관련이 있다는 것을 발견했다 회색 물질과 정보 사이에 아이들과 청소년들 12,21세 사이의 관계를 조사했다ith 지성의 그러나 회백질 부피와 지능의 관계는 시간이 지나면서만 발전하는데, 11세 이하 어린이의 경우 회백질 부피와 지능 사이에 유의미한 긍정적인 관계를 발견할 수 없기 때문이다.[26]

회백질 부피와 지능의 관계를 연구하기 위한 기초적인 주의사항은 신경 효율성의 가설에 의해 증명된다.[6][29] 더 많은 지능이 있는 개인이 뉴런을 사용하는 데 더 효율적이라는 연구 결과는 회색 물질과 지능의 상관관계가 사용되지 않는 시냅스의 선택적 제거를 반영하고, 따라서 더 나은 뇌 회로를 반영한다는 것을 나타낼 수 있다.[30]

백질

회색 물질과 비슷하게, 백색 물질은 인간의 지능과 긍정적인 상관관계가 있는 것으로 나타났다.[1][4] 백색 물질은 주로 골수성 뉴런 축으로 구성되어 뉴런들 사이에 신호를 전달하는 역할을 한다. 흰색의 분홍빛과 흰색의 물질은 사실 다른 뉴런으로 신호를 전달하고 있는 뉴런들을 전기적으로 절연시키는 이러한 미엘린 피복의 결과물이다. 백색 물질은 대뇌의 다른 회색 물질 영역을 서로 연결한다. 이러한 상호연결은 교통을 더욱 원활히 하고 우리가 작업을 더 쉽게 수행할 수 있게 해준다. 더 큰 뇌수막 부위가 인지 성과와 긍정적인 상관관계가 있었기 때문에 지능과 말뭉치 사이의 유의미한 상관관계가 발견되었다.[1] 그러나 언어 지능과 비언어 지능 사이에는 백색 물질의 중요도에 차이가 있는 것으로 보이는데, 지능의 언어적 및 비언어적 척도는 모두 말뭉치의 크기와 긍정적으로 상관되지만, 지능과 말뭉치 크기의 상관관계는 v의 그것보다 더 컸다(.47)에르발 측정치(. 18).[31] 해부학적 망사 기반의 기하학적 모델링은[32][33][34] 건강한 성인의 말뭉치의 두께와 지능 사이의 긍정적인 상관관계를 보여주었다.[35]

백질 무결성도 인텔리전스와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[5] 정보처리 속도에 있어 백질 트랙스의 무결성은 중요하므로 백질 무결성의 감소는 지능 저하에 관련된다.[5] 백질 무결성의 효과는 전적으로 정보처리 속도를 통해 조정된다.[5] 이러한 발견은 뇌가 구조적으로 상호연결되어 있고, 빠른 정보처리, 즉 일반적인 지능을 위해 축섬유들이 통합적으로 중요하다는 것을 나타낸다.[5]

위에서 설명한 연구 결과와 대조적으로, VBM은 건강한 성인의 말뭉치와 지능 사이의 관계를 찾지 못했다.[24] 이러한 모순은 백질 부피와 지성의 관계가 회백질이나 지성의 관계만큼 견고하지 않음을 나타내는 것으로 볼 수 있다.[1]

피질두께

피질 두께는 또한 인간의 지능과 긍정적인 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다.[3] 그러나 피질두께의 성장속도는 지능과도 관련이 있다.[30] 초기 유년기에는 피질 두께가 지능과 부정적인 상관관계를 보이는 반면, 늦은 유년기에는 이러한 상관관계가 긍정적인 관계로 바뀌었다.[30] 더 똑똑한 아이들은 덜 밝은 아이들보다 피질 두께가 더 꾸준하고 더 긴 시간에 걸쳐 발달하는 것으로 밝혀졌다.[30] 연구 결과 피질 두께는 개인 간 지능 분산의 5%를 설명할 수 있는 것으로 밝혀졌다.[20] 피질 두께와 서로 다른 그룹의 사람들 사이의 일반적인 지능 사이의 연관성을 찾기 위해 실시된 연구에서 성은 지능에서 역할을 하지 않았다.[36] 사회경제적 상황과 교육수준이 달라 피질두께를 기준으로 연령에 지능을 매기기 어렵지만 나이 든 과목(17~24)은 젊은 과목(19~17)에 비해 지능면에서 편차가 적은 경향이 있었다.[36][dubious – discuss]

피질 콘볼루션

피질성 경련은 인간의 진화 과정에 걸쳐 뇌의 표면의 접힘을 증가시켰다. 높은 수준의 피질 경련이 인간의 뇌에서 가장 두드러진 인지 능력 중 일부를 지탱하는 신경학적 기질일 수 있다는 가설이 제기되어 왔다. 결과적으로, 인간 종 내의 개별적인 지능은 피질적 경련 정도에 의해 조절될 수 있다.[37]

2019년에 발표된 분석 결과, 677명의 어린이와 청소년(평균 나이 12.72세) 뇌의 윤곽선이 뇌의 좌측에 있는 초암검정회(supramarginal gyrus)의 IQ와 표면적 사이에 거의 1의 유전적 상관관계를 가지고 있는 것으로 나타났다.[38][39]

신경 효율

신경 효율 가설은 보다 많은 지능이 있는 개인이 포도당 신진대사에 의해 측정된 인지 작업 중에 뇌의 활성화 정도를 덜 나타낸다고 가정한다.[6] 참가자의 작은 표본(N=8)은 PET 스캔에 의해 측정된 -0.48부터 -0.84까지의 지능과 절대 지역 대사율 사이에 부정적인 상관관계를 보였는데, 이는 밝은 개인이 에너지를 덜 사용하기 때문에 더 효과적인 정보 처리자라는 것을 보여준다.[6] Neubauer & Fink의[40] 광범위한 검토에 따르면 많은 수의 연구(N=27)가 PET 스캔,[41] EEG[42], fMRI와 같은 방법을 사용하여 이 발견을 확인했다.[43]

fMRI와 EEG 연구는 과제 난이도가 신경 효율에 영향을 미치는 중요한 요소라는 것을 밝혀냈다.[40] 보다 지능이 높은 개인은 주관적으로 쉽게 중간 정도의 난이도의 과제에 직면했을 때만 신경효율을 보이는 반면, 어려운 과업 중에는 신경효율을 찾아볼 수 없다.[44] 사실, 더 유능한 개인들은 더 많은 피질 자원을 고도로 어려운 일에 투자하는 것처럼 보인다.[40] 지능이 높은 개인들은 지능이 낮은 개인들에 비해 어려운 작업 중에 이 영역의 활성화가 증가하였기 때문에 전전두엽 피질에는 특히 이러한 현상이 나타나는 것으로 보인다.[45][46] 신경효율현상의 주요 원인은 지능이 높은 개인이 지능이 낮은 개인보다 간섭정보를 잘 차단하기 때문일 수 있다는 제안이 나왔다.[47]

추가 연구

일부 과학자들은 알려진 함수의 측정 가능한 영역의 크기와 관련시키기 위해 더 많은 질적 변수를 보는 것을 선호한다. 예를 들어, 1차 시각 피질의 크기를 해당 함수와 관련된 것, 즉 시각적 성능의 크기와 연관시킨다.[48][49]

부모와 자녀 코호트의 아본 종방향 연구에서 633명의 기간제 출생 아동의 머리 성장에 관한 연구에서, 유아기의 태아 성장과 성장은 후속 IQ와 관련이 있는 것으로 나타났다. 이 연구의 결론은 아이가 1살까지 달성하는 두뇌 볼륨이 나중의 지능을 결정하는 데 도움이 된다는 것이었다. 유아기 이후의 뇌 부피의 성장은 더 가난한 초기 성장을 보상하지 못할 수도 있다.[50]

IQ와 근시 사이에는 연관성이 있다. 한 가지 제안된 설명은 하나 또는 여러 개의 플리튬 유전자가 뇌와 눈의 신피질 부분의 크기에 동시에 영향을 미친다는 것이다.[51]

양면-전면 통합 이론

주요기사 : Parieto-Frontal 통합이론

2007년에 행동과학과 뇌과학은 37개의 동료 검토 신경영상 연구(Jung & Haier, 2007)를 바탕으로 지능의 생물학적 모델을 제시한 목표 기사를 발표했다. 기능적 자기공명영상촬영(기능적 자기공명영상 및 양전자 방출단층촬영)과 구조영상(확장 MRI, 복셀 기반 형태측정, 생체내 자기공명분광학)의 풍부한 데이터를 검토한 결과 인간의 지능은 뇌영역 i를 구성하는 분산되고 통합된 신경망에서 발생한다고 주장한다.전두엽과 두정엽.[52]

바비큐와 동료들이 실시한 최근의 병변 지도 연구는 P-FIT 지능 이론을 뒷받침하는 증거를 제공한다.[53][54][55]

뇌의 한쪽에 격리된 어린 나이에 뇌 손상은 일반적으로 지능 기능을 상대적으로 덜 유지하고 IQ는 정상 범위에 있게 된다.[56]

영장류

뇌크기

척추동물의 뇌 크기에 대한 또 다른 이론은 그것이 기계적인 기술보다는 사회적 기술과 관련이 있을 수 있다는 것이다. 피질 크기는 쌍체 결합 생활 양식과 직접 관련되며 영장류 대뇌피질 사이즈는 대규모의 복잡한 사회관계망에서 생활하는 수요에 따라 직접적으로 달라진다. 다른 포유류에 비해 영장류는 뇌 크기가 현저히 크다. 게다가, 대부분의 영장류는 다육강인 것으로 밝혀져 다른 동물들과 많은 사회적 관계를 맺고 있다. 결론은 나지 않았지만, 일부 연구들은 이 다육상 조각상이 뇌의 크기와 상관관계가 있다는 것을 보여주었다.[57]

침팬지의 지능은 인간과 마찬가지로 뇌 크기, 회백질량, 피질 두께와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[58]

건강

주요 기사: 건강이 지능에 미치는 영향
주요기사 : 인지역학

건강과 관련된 몇 가지 환경적 요인들이 유의미한 인지장애로 이어질 수 있는데, 특히 그것들이 뇌가 성장하고 있고 혈액-뇌 장벽이 덜 효과적인 임신과 유년기에 발생하는 경우 더욱 그러하다. 선진국들은 인지 기능에 영향을 미치는 것으로 알려진 영양소와 독소에 관한 몇 가지 건강 정책을 시행해 왔다. 여기에는 특정 식품의 강화가 필요한 법률과 안전한 수준의 오염물질(예: 납, 수은, 유기염화물질)을 확립하는 법률이 포함된다. 아동의 인지장애 감소를 목표로 하는 종합적인 정책 권고안이 제시되었다.[59]

참고 항목

참조

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