i mer än 200 år har forskare letat efter en sådan förening. Börjat använda grova åtgärder, såsom beräknad skallevolym eller huvudomkrets, undersökningen blev mer sofistikerad under de senaste decennierna när MRI erbjöd en mycket exakt redovisning av hjärnvolymen.ändå har anslutningen förblivit dimmig och fylld, med många studier som inte redogör för förvirrande variabler, såsom höjd och socioekonomisk status. De publicerade studierna är också föremål för” publiceringsbias”, tendensen att publicera endast mer anmärkningsvärda resultat.

en ny studie, den största i sitt slag, ledd av Gideon Nave vid University of Pennsylvania Wharton School och Philipp Koellinger från Vrije Universiteit Amsterdam, har klargjort anslutningen. Med hjälp av MRI-härledd information om hjärnstorlek i samband med kognitiva prestandatestresultat och utbildningsåtgärder som erhållits från mer än 13 600 personer fann forskarna att, som tidigare studier har föreslagit, finns det ett positivt förhållande mellan hjärnvolym och prestanda på kognitiva tester. Men det konstaterandet kommer med viktiga varningar.

”effekten är där”, säger Nave, biträdande professor i marknadsföring vid Wharton. ”I genomsnitt tenderar en person med en större hjärna att prestera bättre på tester av kognition än en med en mindre hjärna. Men storleken är bara en liten del av bilden, vilket förklarar cirka 2 procent av variationen i testprestanda. För utbildningsnivå var effekten ännu mindre: en extra ’kopp’ (100 kvadratcentimeter) av hjärnan skulle öka en genomsnittlig persons skolår med mindre än fem månader.”Koellinger säger” Detta innebär att andra faktorer än denna enda faktor som har fått så mycket uppmärksamhet genom åren står för 98 procent av den andra variationen i kognitiv testprestanda.”

” ändå är effekten stark nog att alla framtida studier som kommer att försöka riva upp relationerna mellan mer finkorniga mått på hjärnanatomi och kognitiv hälsa bör kontrollera för total hjärnvolym. Således ser vi vår studie som ett litet men viktigt bidrag till bättre förståelse av skillnader i kognitiv hälsa.”

Nave och Koellingers medarbetare om arbetet, som publiceras i tidskriften Psychological Science, inkluderade Joseph Kable, Baird Term Professor i Penns psykologiska avdelning; Wi Hoon Jung, en tidigare postdoktoral forskare i Kables lab; och Richard Karlsson Linn, en postdoktor i Koellingers labb.

från början försökte forskarna minimera effekterna av bias och förvirrande faktorer i sin forskning. De förregistrerade studien, vilket innebär att de publicerade sina metoder och åtagit sig att publicera i förväg så att de inte bara kunde begrava resultaten om resultaten verkade vara obetydliga. Deras analyser kontrolleras också systematiskt för kön, ålder, höjd, socioekonomisk status och befolkningsstruktur, mätt med deltagarens genetik. Höjd är korrelerad med högre bättre kognitiv prestanda, till exempel, men också med större hjärnstorlek, så deras studie försökte nollställa på bidraget av hjärnstorlek av sig själv.tidigare studier hade konsekvent identifierat en korrelation mellan hjärnstorlek och kognitiv prestanda, men förhållandet verkade växa svagare eftersom studier inkluderade fler deltagare, så Nave, Koellinger och kollegor hoppades kunna driva frågan med en provstorlek som dvärgade tidigare ansträngningar.

studien förlitade sig på ett nyligen samlat dataset, UK Biobank, ett arkiv med information från mer än en halv miljon människor över hela Storbritannien. Biobanken innehåller deltagarnas hälsa och genetiska information samt hjärnskanningsbilder av en delmängd på ungefär 20 000 personer, ett antal som växer per månad.

”detta ger oss något som aldrig funnits tidigare”, säger Koellinger. ”Denna provstorlek är gigantisk-70 procent större än alla tidigare studier om detta ämne tillsammans-och tillåter oss att testa sambandet mellan hjärnstorlek och kognitiv prestanda med större tillförlitlighet.”

att mäta kognitiv prestanda är en svår uppgift, och forskarna noterar att även utvärderingen som används i denna studie har svagheter. Deltagarna tog ett kort frågeformulär som testar logik och resonemangsförmåga men inte förvärvad kunskap, vilket gav ett relativt ”bullrigt” mått på allmän kognitiv prestanda.

med hjälp av en modell som innehöll en mängd olika variabler såg laget ut för att se vilka som var prediktiva för bättre kognitiv prestanda och utbildningsnivå. Även kontrollerande för andra faktorer, som höjd, socioekonomisk status och genetisk anor, var total hjärnvolym positivt korrelerad med båda.

resultaten är något intuitiva. ”Det är en förenklad analogi, men tänk på en dator”, säger Nave. ”Om du har fler transistorer kan du beräkna snabbare och överföra mer information. Det kan vara detsamma i hjärnan. Om du har fler neuroner kan det här låta dig få ett bättre minne eller slutföra fler uppgifter parallellt.

” men saker kan vara mycket mer komplexa i verkligheten. Tänk till exempel på möjligheten att en större hjärna, som är mycket ärftlig, är förknippad med att vara en bättre förälder. I detta fall kan sambandet mellan en större hjärna och testprestanda helt enkelt återspegla föräldrarnas inflytande på kognition. Vi kommer inte att kunna komma till botten med detta utan mer forskning.”

en av de anmärkningsvärda resultaten av analysen relaterade till skillnader mellan män och kvinnor. ”Precis som med höjd är det en ganska stor skillnad mellan män och kvinnor i hjärnvolym, men det här översätter inte till en skillnad i kognitiv prestanda”, säger Nave.

en mer nyanserad titt på hjärnskanningarna kan förklara detta resultat. Andra studier har rapporterat att hos kvinnor tenderar hjärnbarken, det yttre skiktet på den främre delen av hjärnan, att vara tjockare än hos män.

”detta kan redogöra för det faktum att det, trots att det har relativt mindre hjärnor i genomsnitt, inte finns någon effektiv skillnad i kognitiv prestanda mellan män och kvinnor”, säger Nave. ”Och naturligtvis kan många andra saker hända.”

författarna understryker att den övergripande korrelationen mellan hjärnvolym och ”braininess” var svag; ingen borde mäta jobbkandidaternas huvudstorlekar under anställningsprocessen, Skottskämt. Det som sticker ut från analysen är faktiskt hur lite hjärnvolym verkar förklara. Faktorer som föräldrastil, utbildning, näring, stress och andra är sannolikt stora bidragsgivare som inte specifikt testades i studien.

”tidigare uppskattningar av förhållandet mellan hjärnstorlek och kognitiva förmågor var osäkra nog att sant förhållande kunde ha varit praktiskt taget mycket viktigt, eller alternativt inte mycket annorlunda än noll”, säger Kable. ”Vår studie gör att fältet kan vara mycket mer säkert om storleken på denna effekt och dess relativa betydelse framåt.”

i uppföljningsarbetet planerar forskarna att zooma in för att avgöra om vissa regioner i hjärnan eller anslutning mellan dem spelar en stor roll för att bidra till kognition.

de hoppas också att en djupare förståelse av den biologiska grunden för kognitiv prestanda kan hjälpa till att skina ett ljus på miljöfaktorer som bidrar, varav några kan påverkas av enskilda åtgärder eller regeringens politik.

”Antag att du har nödvändig biologi för att bli en fantastisk golf-eller tennisspelare, men du har aldrig möjlighet att spela, så du inser aldrig din potential”, säger Nave.

tillägger Koellinger: ”vi hoppas att om vi kan förstå de biologiska faktorerna som är kopplade till kognitiv prestanda, kommer det att göra det möjligt för oss att identifiera de miljöförhållanden under vilka människor bäst kan manifestera sin potential och förbli kognitivt hälsa. Vi har precis börjat skrapa ytan på isberget här.”

forskningen stöddes av ett ERC Consolidator Grant, Wharton Neuroscience Initiative och Whartons Dean Research Fund.