Was benötigt ein Gehirn für eine besonders hohe Leistungsfähigkeit? Wissenschaftler versuchen, das Geheimnis der Intelligenz zu klären. Die Ergebnisse zeigen: Das Rezept für einen schlauen Kopf besteht vermutlich aus Tausenden von Zutaten.
Es
war eine außergewöhnliche Leistung, die Wenzel Grüß an diesem
Oktobertag des Jahres 2018 vor den Augen von Millionen von
Fernsehzuschauern zeigte: Mehr als 50 Mal köpfte der Schüler aus
der Kleinstadt Löningen im Oldenburger Münsterland einen Fußball
in die Luft, ohne ihn fallenzulassen oder aufzufangen. Dass die
Besucher der russischen TV-Show „Amazing People“ ihm danach so
begeistert Applaus zollten, lag aber nur am Rande an Wenzels
sportlichem Geschick: Er hatte nämlich während des Ballspielchens
so ganz nebenbei auch noch die fünfte Potenz der Zahl 67 berechnet –
ein neunstelliges Ergebnis, in nur 60 Sekunden.
Der heute 17-Jährige verfügt über ein ungewöhnliches Rechen-Talent: Er multipliziert, dividiert, zieht in Sekundenschnelle Wurzeln aus 12-stelligen Zahlen – und zwar ohne Stift, Papier oder sonstige Hilfsmittel. Bei der letzten Kopfrechen-Weltmeisterschaft kam Wenzel so auf den dritten Platz. Besonders komplexe Aufgaben könnten ihn auch schon einmal 50 oder 60 Minuten beschäftigen, sagt er – etwa, wenn er eine 20-stellige Zahl in ihre Primfaktoren zerlege. Was ihm dabei helfe? „Das Kurzzeitgedächtnis ist wohl das wichtigste.“
Wenzels
Gehirn hat dem Denkorgan normal begabter Zeitgenossen augenscheinlich
etwas voraus, zumindest beim Umgang mit Zahlen. Doch warum sind
manche Menschen geistig leistungsfähiger als andere? Diese Frage
trieb bereits vor 150 Jahren den britischen Naturforscher Francis
Galton um. Dabei fiel ihm auf, dass Intelligenz-Unterschiede oft mit
der Herkunft zu tun haben. In seinem Werk „Hereditary Genius“
folgerte er daraus, die menschliche Intelligenz sei vererblich.
Er sollte mit dieser These Recht behalten – zumindest zum Teil. Die US-Psychologen Thomas Bouchard und Matthew McGue etwa analysierten 1981 mehr als 100 veröffentlichte Studien zu Familienähnlichkeiten bei der Intelligenz. Einige der Ergebnisse stammten zum Beispiel von eineiigen Zwillingen, die nach der Geburt getrennt worden waren. Trotzdem schnitten sie bei Kognitions-Tests sehr ähnlich ab. Zwillinge, die gemeinsam aufgewachsen waren, glichen sich hinsichtlich ihrer Geistesgaben allerdings noch deutlich mehr. Das Umfeld schien also ebenfalls einen nicht unerheblichen Einfluss zu haben.
Heute
gehen Wissenschaftler davon aus, dass Intelligenz zu etwa 50 bis 60
Prozent erblich ist. Anders gesagt: IQ-Unterschiede zwischen zwei
Menschen erklären sich gut zur Hälfte aus der DNA-Austattung, die
sie von ihren Eltern mitbekommen haben. Doch die Fahndung nach den
verantwortlichen Erbgut-Abschnitten verlief bis vor wenigen Jahren
ernüchternd. Zwar fand man eine Handvoll Erbanlagen, die
augenscheinlich etwas mit Intelligenz zu tun hatten. Beim näheren
Hinsehen löste sich dieser Zusammenhang jedoch regelmäßig in
Nichts auf. Es war paradox: Einerseits belegten zahllose Studien eine
hohe erbliche Komponente der Intelligenz. Andererseits konnte aber
niemand genau sagen, welche Gene dafür verantwortlich waren.
In
jüngerer Zeit hat sich das Bild ein wenig gewandelt. Das liegt vor
allem am technologischen Fortschritt. Der Bauplan jedes einzelnen
Menschen ist in seiner DNA gespeichert – einer Art riesigem Lexikon
mit rund sechs Milliarden Buchstaben. Leider ist es in einer Sprache
verfasst, die uns weitgehend fremd ist: Wir können zwar die
Buchstaben lesen, der Sinn der Lexikon-Einträge erschließt sich uns
damit aber nicht. Selbst wenn Forscher die gesamte DNA einer Person
sequenzieren, wissen sie also nicht, welche Abschnitte davon für
seine Geistesgaben verantwortlich sind.
Menschen
sind verschieden, und dementsprechend unterscheidet sich auch der
Inhalt ihres DNA-Lexikons. Bei Personen mit einem hohen IQ sollten
sich aber zumindest die Passagen gleichen, die etwas mit Intelligenz
zu tun haben. Und diese Grundannahme macht die Wissenschaft sich
heute zunutze: Indem Forscher die DNA vieler Hunderttausend
Studienteilnehmer vergleichen, können sie Erbgut-Regionen
identifizieren, die zu einer höheren kognitiven Leistungsfähigkeit
beitragen.
In
den letzten Jahren sind eine ganze Reihe derartiger Studien
erschienen. Die Analysen zeigen ein immer klareres Bild: Geistig
besonders aufgeweckt zu sein, ist nicht eine Frage einzelner
Erbanlagen, sondern von Tausenden verschiedener Gene. Und jedes
einzelne von ihnen leistet nur einen winzigen Beitrag zum Phänomen
Intelligenz, manchmal nur wenige hundertstel Prozent. „Man schätzt
mittlerweile, dass zwei Drittel aller variablen Gene beim Menschen
direkt oder indirekt etwas mit der Gehirnentwicklung zu tun haben und
damit potenziell auch mit der Intelligenz“, betont Lars Penke,
Professor für Biologische Persönlichkeitspsychologie an der
Universität Göttingen.
Bleibt
noch ein großes Problem: Man kennt nun zwar Tausende von Stellen im
DNA-Lexikon, die mit Intelligenz assoziiert sind. Man versteht in
vielen Fällen aber immer noch nicht, was diese Passagen bedeuten. Um
dieses Rätsel zu lösen, schauen Intelligenz-Forscher zum Beispiel
nach, in welchen Zellen die gefundenen Lexikon-Einträge besonders
oft abgelesen werden. Denn das bedeutet ja womöglich, dass diese
Zellen irgendetwas mit dem Denkvermögen zu tun haben. Immer wieder
stoßen die Wissenschaftler dabei auf eine bestimmte Gruppe von
Neuronen, die so genannten Pyramidenzellen. Diese wachsen in der
Hirnrinde, jener äußeren Schicht von Groß- und Kleinhirn, die in
der Fachsprache auch „Cortex“ genannt wird – oder, aufgrund
ihrer Farbe, auch „graue Substanz“.
Möglicherweise
kommt den Pyramidenzellen bei der Entstehung von Intelligenz eine
Schlüsselrolle zu. In diese Richtung deuten zumindest Ergebnisse der
Hirnforscherin Natalia Goriounova. Die Professorin der Universität
Amsterdam hat unlängst mit einer interessanten Studie Aufsehen
erregt: Darin hat sie Pyramidenzellen von Versuchspersonen
unterschiedlicher kognitiver Leistungsfähigkeit miteinander
verglichen. Die Gewebeproben stammten größtenteils aus
Epilepsie-Operationen. In schweren Fällen versuchen Hirnchirurgen,
den Herd der gefährlichen Krampfanfälle chirurgisch zu entfernen.
Dabei wird immer auch gesundes Hirnmaterial entnommen. Und genau
dieses Gewebe hatte Goriounova untersucht.
Sie
testete zunächst, wie sich die darin enthaltenen Pyramidenzellen
elektrisch verhielten. Dann zerschnitt sie jede von ihnen in
hauchdünne Scheiben, fotografierte diese unter dem Mikroskop und
setzte sie schließlich am Rechner wieder zu ihrer dreidimensionalen
Gestalt zusammen. So konnte sie beispielsweise feststellen, wie lang
die Dendriten ihrer Versuchsobjekte waren – das sind die baumartig
verzweigten „Mini-Kabel“, mit denen die Zellen elektrische
Signale empfangen. „Dabei haben wir einen Zusammenhang zum IQ der
Patienten festgestellt“, erklärt Goriounova. „Je länger und
stärker verästelt die Dendriten waren, desto intelligenter waren
die Personen, aus denen die Zellen stammten.“
Die
Wissenschaftlerin hat dafür auch eine ganz einfache Erklärung:
Lange, verästelte Dendriten können mehr Kontakte zu anderen Zellen
aufbauen; sie bekommen also mehr Input, mit dem sie rechnen können.
Dazu komme aber noch ein weiterer Punkt: „Dank ihrer starken
Verzweigung können sie in unterschiedlichen Ästen unterschiedliche
Informationen verarbeiten“, betont sie. Durch diese
Parallelverarbeitung haben die Zellen einfach mehr Rechenpower –
„sie sind schneller und leistungsfähiger“, sagt Goriounova.
So
überzeugend diese These klingt – wirklich belegt ist sie noch
nicht, wie die Hirnforscherin freimütig einräumt. Denn die von ihr
untersuchten Gewebeproben stammen größtenteils aus einem sehr
begrenzten Areal, einer kleinen Region im sogenannten Schläfenlappen.
Der Grund dafür ist einfach: In diesem Gebiet entstehen meist die
epileptischen Anfälle; daher finden epilepsiechirurgische Eingriffe
in aller Regel dort statt. „Wie es in anderen Hirnregionen
aussieht, können wir noch nicht sagen“, betont Goriounova. „Neue,
noch nicht publizierte Ergebnisse unserer Gruppe zeigen aber zum
Beispiel, dass der Zusammenhang zwischen Dendritenlänge und
Intelligenz in der linken Hirnhälfte stärker ist als in der
rechten.“
Generalisieren
lassen sich die Amsterdamer Ergebnisse also sicher nicht. Zumal es
auch Daten gibt, die eine ganz andere Sprache sprechen. Sie stammen
von dem Bochumer Biopsychologen Erhan Genç. Er hat sich kürzlich
zusammen mit Kollegen ebenfalls angeschaut, wie sich der Aufbau der
grauen Substanz zwischen intelligenteren und weniger intelligenten
Menschen unterscheidet. Er kam dabei zu dem Schluss, dass eine starke
Verzweigung der Dendriten dem Denkvermögen eher schadet als nützt.
Genç
sah sich allerdings nicht einzelne Pyramidenzellen an, sondern schob
seine Probanden in den Hirnscanner. Eigentlich sind
Magnetresonanz-Tomographen schlecht geeignet, feinste
Gewebe-Strukturen zu untersuchen – die Bilder, die sie liefern,
sind dazu in der Regel einfach nicht scharf genug. Die Bochumer
Forscher nutzten daher stattdessen ein spezielles Verfahren, mit dem
sich die Diffusionsrichtung des Gewebswassers sichtbar machen lässt.
Dendriten bilden für die Flüssigkeit eine Barriere. Aus den
Diffusions-Daten lässt sich daher ablesen, in welche Richtung die
Dendriten verlaufen, wie stark sie sich verzweigen und wie eng sie
nebeneinander liegen. Ergebnis: Bei intelligenteren Menschen sind die
Dendriten der einzelnen Nervenzellen nicht so dicht gepackt und
dröseln sich weniger stark in dünne „Käbelchen“ auf. Ein
Ergebnis also, das den Beobachtungen der Hirnforscherin Natalia
Goriounova diametral widerspricht.
Doch
brauchen Pyramidenzellen nicht vielfältigen Input, um im Gehirn ihre
Aufgaben erfüllen zu können? Wie lässt sich das mit dem
beobachteten geringen Verzweigungsgrad der Nervenzellen vereinbaren?
Auch Genç hält Vernetzung für wichtig, nur: gezielt müsse sie
sein. „Wenn Sie wollen, dass Bäume mehr Früchte geben, schneiden
Sie irrelevante Äste ab“, erklärt er. „So ist es auch mit den
synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen: Wenn wir auf die Welt
kommen, haben wir davon sehr viele. Im Laufe des Lebens dünnen wir
sie jedoch aus und behalten nur diejenigen, die für uns relevant
sind.“
Vermutlich
können wir Informationen so effizienter verarbeiten. Es ist wie beim
Kopfrechen-Wunder Wenzel Grüß, der beim Lösen einer Aufgabe alles
um sich herum ausblendet: Die Verarbeitung irrelevanter Stimuli wäre
für ihn in so einem Moment kontraproduktiv. Tatsächlich haben
intelligente Menschen eine fokussiertere Gehirnaktivität als weniger
intelligente, wenn sie eine schwierige Aufgabe lösen müssen. Zudem
verbraucht ihr Denkorgan auch weniger Energie – zwei Beobachtungen,
die zur so genannten „Neuralen Effizienz-Hypothese der Intelligenz“
führten: Entscheidend sei nicht, wie hart das Gehirn arbeite,
sondern wie wirkungsvoll.
Genç
glaubt, dass seine Befunde diese Theorie stützen: „Wenn Sie einen
Dschungel von Verbindungen haben, wo jede ihren Senf zur Lösung
einer Aufgabe dazu geben kann, dann stört das mehr als dass es
hilft“, sagt er. Es ist, als würde man vor dem Kauf eines
Fernsehers alle Freunde um Rat fragen, auch die, die sich gar nicht
damit auskennen: Wie soll man sich bei so einer Kakophonie der
Meinungen überhaupt orientieren? Daher sei es sinnvoll, die
Störeinflüsse – das „Rauschen“ – zu unterdrücken, betont der
Bochumer Hirnforscher. Bei intelligenten Menschen scheint das besser
zu klappen als bei anderen.
Doch
wie passt das mit den Befunden der Amsterdamer Gruppe um Natalia
Goriounova zusammen? Erhan Genç verweist in diesem Zusammenhang
unter anderem auf die völlig unterschiedliche Messmethodik. Anders
als die niederländische Forscherin hat er sich schließlich keine
einzelnen Zellen unter dem Mikroskop angesehen, sondern die Bewegung
der Wassermoleküle im Gewebe gemessen. Auch er betont zudem, dass
der Verzweigungsgrad der Pyramidenzellen an unterschiedlichen Stellen
des Gehirns durchaus verschieden sein könne. „Wir stehen vor einem
Puzzle, bei dem noch viele Teile fehlen.“
Eindeutiger
ist die Befundlage dagegen an einem anderen Punkt: Die Dicke der
grauen Substanz hat einen maßgeblichen Einfluss auf die kognitive
Leistungsfähigkeit – vermutlich deshalb, weil in einer dicken
Hirnrinde mehr Neuronen stecken, sie also insgesamt mehr
„Rechenpower“ hat. Dieser Zusammenhang ist inzwischen gut belegt;
auch Natalia Goriounova hat ihn in ihrer Arbeit wieder bestätigt.
Size matters: Das hat schon vor 180 Jahren der deutsche Anatom
Friedrich Tiedemann festgestellt. „Zwischen der Größe des Hirns
und der Energie der intellektuellen Vermögen waltet unläugbar eine
Beziehung ob“, notierte er 1837. Er hatte für seine
Volumen-Messungen Schädel von Toten mit trockenen Hirsekörnern
gefüllt; moderne Hirnscanner-Messungen bestätigen diese Beziehung
jedoch. Schätzungsweise sechs bis neun Prozent der IQ-Unterschiede
lassen sich demnach auf Unterschiede in der Hirngröße zurückführen.
Und der Dicke der Hirnrinde scheint hierbei die Hauptbedeutung
zuzukommen.
Allerdings
wirft auch diese Beobachtung Rätsel auf. Sie gilt zwar für Männer
und für Frauen gleichermaßen: Bei beiden Geschlechtern geht ein
kleineres Gehirn im Mittel mit einer geringeren Intelligenz einher.
Andererseits haben Frauen zwar durchschnittlich 150 Gramm weniger
Gehirnmasse, schneiden aber in IQ-Tests im Schnitt dennoch genauso
gut ab wie Vertreter des starken Geschlechts. „Gleichzeitig ist
jedoch auch die Hirnstruktur von Männern und Frauen
unterschiedlich“, erklärt Lars Penke von der Universität
Göttingen: „Männer haben mehr graues Hirngewebe, also eine etwas
dickere Hirnrinde, Frauen dagegen mehr weiße Hirnsubstanz.“
Und
auch die ist augenscheinlich für unsere Fähigkeit, Probleme zu
lösen, ausgesprochen wichtig. Dabei ist ihre Rolle auf den ersten
Blick weit weniger spektakulär als die der grauen Zellen. Die weiße
Substanz besteht zum Großteil aus langen Nervenfasern. Sie können
elektrische Signale über weite Strecken transportieren, manchmal
zehn Zentimeter oder mehr. Damit sie das schaffen, sind sie
hervorragend gegenüber ihrer Umgebung isoliert, und zwar durch eine
fettreiche Schicht, das Myelin. Diese Myelinscheide ist auch für die
weiße Färbung des Gewebes verantwortlich. Sie verhindert
Spannungsverluste durch Kurzschlüsse und beschleunigt zudem die
Informationsweiterleitung.
Wenn
die Pyramidenzellen die Prozessoren des Gehirns sind, stellt die
weiße Substanz den Datenbus dar: Dank ihr können auch weit
entfernte Hirnzentren miteinander kommunizieren und bei der Lösung
eines Problems Hand in Hand arbeiten. Dennoch wurde sie von der
Intelligenzforschung lange Zeit ein wenig links liegen gelassen. Dass
sich das inzwischen geändert hat, ist auch Lars Penke zu verdanken.
Er konnte vor einigen Jahren zeigen, dass bei weniger intelligenten
Menschen die weiße Substanz in einem schlechteren Zustand ist: Bei
ihnen liegen die einzelnen Leitungen des Datenbusses oft wirr
nebeneinander statt ordentlich parallel, die Myelinschicht ist nicht
unbedingt im besten Zustand, und hin und wieder kann es sogar zu
Kabelbrüchen kommen. „Wenn sich solche Fehler häufen, dann führt
das zu einer langsameren Informationsverarbeitung und letztlich dazu,
dass die Betroffenen in kognitiven Leistungstests schlechter
abschneiden“, erklärt der Persönlichkeitspsychologe. Rund 10
Prozent der IQ-Variationen gehen vermutlich auf das Konto der weißen
Substanz.
Doch
noch einmal zurück zum Unterschied zwischen den Geschlechtern: In
Studien sei festgestellt worden, dass Frauen Denk-Aufgaben zwar
genausogut bewältigten wie Männer, dafür aber ganz andere
Gehirnareale nutzten, sagt Penke. Man kann spekulieren, dass der
weißen Substanz – dem Kommunikationskanal zwischen den
verschiedenen Hirnzentren – bei diesem Unterschied eine wichtige
Rolle zukommt. „Auf jeden Fall zeigt dieser Befund sehr schön,
dass es nicht nur eine Möglichkeit gibt, Intelligenz zu
realisieren“, betont der Göttinger Forscher. „Stattdessen können
unterschiedliche Kombinationen von Faktoren zum selben
Intelligenzlevel führen.“
Ein
kluger Kopf hat also viele Zutaten, und nicht jeder von ihnen
unbedingt im selben Mischungsverhältnis: perfomante und gleichzeitig
effiziente Prozessoren – die Pyramidenzellen in der grauen
Substanz. Ein schnelles und intaktes Bussystem – die weiße
Substanz. Ein gut funktionierendes Arbeitsgedächtnis. Und damit sich
das alles entwickeln und erhalten kann, noch so Einiges mehr: eine
gute Hirndurchblutung, ein schlagkräftiges Immunsystem, einen
leistungsfähigen Energiestoffwechsel. Je mehr die Wissenschaft das
Phänomen Intelligenz zu fassen versucht, desto klarer wird, dass es
sich nicht auf eine Komponente festnageln lässt – übrigens auch
nicht auf ein bestimmtes Gehirnzentrum.
Wenn
aber alles passt, dann ist das menschliche Gehirn zu erstaunlichen
Leistungen fähig. Das zeigt etwa das Beispiel des Südkoreaners Kim
Ung-yong, der mit
einem IQ von 210 einer
der intelligentesten Menschen der Erde sein soll.
Bereits mit sieben Jahren löste er in einer japanischen Fernsehshow
komplizierte Integralgleichungen. Als Achtjähriger wurde er von der
NASA in die USA eingeladen, wo er zehn Jahre lang arbeitete.
Allerdings warnt Kim auch immer wieder davor, dem IQ eine zu große
Bedeutung beizumessen. So sagte er etwa in einem 2010 erschienenen
Artikel im „Korea Herald“, hochintelligente Menschen seien nicht
omnipotent. Wie die Weltrekorde von Athleten sei ein hoher IQ nur ein
Ausdruck menschlichen Talents. „Wenn es ein breites Spektrum von
Begabungen gibt, ist meine lediglich ein Teil davon.“