Seit mehr als 200 Jahren suchen Wissenschaftler nach einer solchen Assoziation. Begonnen mit groben Messungen, wie geschätztes Schädelvolumen oder Kopfumfang, Die Untersuchung wurde in den letzten Jahrzehnten ausgefeilter, als MRTs eine hochgenaue Abrechnung des Gehirnvolumens anboten.
Dennoch ist die Verbindung verschwommen und voller geblieben, mit vielen Studien, die verwirrende Variablen wie Größe und sozioökonomischer Status nicht berücksichtigen. Die veröffentlichten Studien unterliegen auch dem „Publication Bias“, der Tendenz, nur bemerkenswertere Ergebnisse zu veröffentlichen.Eine neue Studie, die größte ihrer Art, unter der Leitung von Gideon Nave von der Wharton School der University of Pennsylvania und Philipp Koellinger von der Vrije Universiteit Amsterdam, hat den Zusammenhang geklärt. Mit MRT-abgeleiteten Informationen über die Gehirngröße in Verbindung mit kognitiven Leistungstestergebnissen und Bildungsmaßnahmen, die von mehr als 13.600 Menschen erhalten wurden, fanden die Forscher heraus, dass, wie frühere Studien vorgeschlagen haben, eine positive Beziehung zwischen Gehirnvolumen und Leistung bei kognitiven Tests besteht. Aber dieser Befund kommt mit wichtigen Vorbehalten.
„Der Effekt ist da“, sagt Nave, Assistenzprofessor für Marketing an der Wharton University. „Im Durchschnitt wird eine Person mit einem größeren Gehirn bei Kognitionstests tendenziell besser abschneiden als eine Person mit einem kleineren Gehirn. Die Größe ist jedoch nur ein kleiner Teil des Bildes und erklärt etwa 2 Prozent der Variabilität der Testleistung. Für das Bildungsniveau war der Effekt noch geringer: Eine zusätzliche Tasse (100 Quadratzentimeter) Gehirn würde die Schuljahre einer durchschnittlichen Person um weniger als fünf Monate verlängern.“Koellinger sagt: „Dies impliziert, dass andere Faktoren als dieser eine einzelne Faktor, der im Laufe der Jahre so viel Aufmerksamkeit erhalten hat, 98 Prozent der anderen Variationen der kognitiven Testleistung ausmachen.“Dennoch ist der Effekt stark genug, dass alle zukünftigen Studien, die versuchen werden, die Beziehungen zwischen feinkörnigeren Messungen der Gehirnanatomie und der kognitiven Gesundheit zu entschlüsseln, das gesamte Gehirnvolumen kontrollieren sollten. Daher sehen wir unsere Studie als einen kleinen, aber wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis von Unterschieden in der kognitiven Gesundheit.“
Zu den Mitarbeitern von Nave und Koellinger an der Arbeit, die in der Zeitschrift Psychological Science veröffentlicht wurde, gehörte Joseph Kable, Baird Term Professor in Penns Abteilung für Psychologie; Wi Hoon Jung, ein ehemaliger Postdoktorand in Kables Labor; und Richard Karlsson Linnér, Postdoc in Koellingers Labor.
Von Anfang an versuchten die Forscher, die Auswirkungen von Verzerrungen und Störfaktoren in ihrer Forschung zu minimieren. Sie haben die Studie vorregistriert, was bedeutet, dass sie ihre Methoden veröffentlicht und sich verpflichtet haben, sie im Voraus zu veröffentlichen, damit sie die Ergebnisse nicht einfach begraben können, wenn die Ergebnisse unbedeutend erscheinen. Ihre Analysen kontrollierten auch systematisch Geschlecht, Alter, Größe, sozioökonomischen Status und Bevölkerungsstruktur, gemessen anhand der Genetik des Teilnehmers. Die Körpergröße korreliert zum Beispiel mit einer höheren, besseren kognitiven Leistung, aber auch mit einer größeren Gehirngröße, so dass ihre Studie versuchte, den Beitrag der Gehirngröße selbst auf Null zu bringen.Frühere Studien hatten durchweg eine Korrelation zwischen Gehirngröße und kognitiver Leistung identifiziert, aber die Beziehung schien schwächer zu werden, da die Studien mehr Teilnehmer einschlossen, so dass Nave, Koellinger und Kollegen hofften, die Frage mit einer Stichprobengröße zu verfolgen, die frühere Bemühungen in den Schatten stellte.Die Studie stützte sich auf einen kürzlich gesammelten Datensatz, die UK Biobank, eine Sammlung von Informationen von mehr als einer halben Million Menschen in ganz Großbritannien. Die Biobank enthält die Gesundheits- und genetischen Informationen der Teilnehmer sowie Gehirn-Scan-Bilder einer Teilmenge von etwa 20.000 Menschen, eine Zahl, die von Monat zu Monat wächst.
„Das gibt uns etwas, was es vorher noch nie gegeben hat“, sagt Koellinger. „Diese Stichprobengröße ist gigantisch – 70 Prozent größer als alle früheren Studien zu diesem Thema zusammen – und ermöglicht es uns, die Korrelation zwischen Gehirngröße und kognitiver Leistung mit größerer Zuverlässigkeit zu testen.“Die Messung der kognitiven Leistung ist eine schwierige Aufgabe, und die Forscher stellen fest, dass selbst die in dieser Studie verwendete Bewertung Schwächen aufweist. Die Teilnehmer nahmen einen kurzen Fragebogen, der Logik und Argumentationsfähigkeit testet, aber kein erworbenes Wissen, was zu einem relativ „lauten“ Maß für die allgemeine kognitive Leistung führte.
Mit einem Modell, das eine Vielzahl von Variablen enthielt, suchte das Team, welche prädiktiv für eine bessere kognitive Leistung und ein besseres Bildungsniveau waren. Selbst wenn andere Faktoren wie Größe, sozioökonomischer Status und genetische Abstammung berücksichtigt wurden, korrelierte das gesamte Gehirnvolumen positiv mit beiden.
Die Ergebnisse sind etwas intuitiv. „Es ist eine vereinfachte Analogie, aber denken Sie an einen Computer“, sagt Nave. „Wenn Sie mehr Transistoren haben, können Sie schneller berechnen und mehr Informationen übertragen. Im Gehirn kann es genauso sein. Wenn Sie mehr Neuronen haben, können Sie möglicherweise ein besseres Gedächtnis haben oder mehr Aufgaben parallel erledigen.
„In Wirklichkeit könnten die Dinge jedoch viel komplexer sein. Betrachten Sie zum Beispiel die Möglichkeit, dass ein größeres Gehirn, das sehr vererbbar ist, mit einem besseren Elternteil verbunden ist. In diesem Fall kann der Zusammenhang zwischen einem größeren Gehirn und der Testleistung einfach den Einfluss der Elternschaft auf die Kognition widerspiegeln. Ohne weitere Forschung werden wir dem nicht auf den Grund gehen können.“
Eines der bemerkenswerten Ergebnisse der Analyse bezog sich auf Unterschiede zwischen Männern und Frauen. „Genau wie bei der Körpergröße gibt es einen ziemlich erheblichen Unterschied zwischen Männern und Frauen im Gehirnvolumen, aber dies führt nicht zu einem Unterschied in der kognitiven Leistung“, sagt Nave.Ein differenzierterer Blick auf die Gehirnscans könnte dieses Ergebnis erklären. Andere Studien haben berichtet, dass bei Frauen die Großhirnrinde, die äußere Schicht des vorderen Teils des Gehirns, tendenziell dicker ist als bei Männern.“Dies könnte die Tatsache erklären, dass es trotz relativ kleinerer Gehirne im Durchschnitt keinen effektiven Unterschied in der kognitiven Leistung zwischen Männern und Frauen gibt“, sagt Nave. „Und natürlich könnten viele andere Dinge passieren.“
Die Autoren unterstreichen, dass die übergreifende Korrelation zwischen Gehirnvolumen und „Braininess“ schwach war; Niemand sollte die Kopfgröße der Bewerber während des Einstellungsprozesses messen, scherzt Nave. In der Tat zeichnet sich die Analyse dadurch aus, wie wenig das Gehirnvolumen zu erklären scheint. Faktoren wie Erziehungsstil, Bildung, Ernährung, Stress und andere sind wahrscheinlich Hauptfaktoren, die in der Studie nicht speziell getestet wurden.“Frühere Schätzungen der Beziehung zwischen Gehirngröße und kognitiven Fähigkeiten waren unsicher genug, dass diese Beziehung praktisch sehr wichtig gewesen sein könnte, oder alternativ nicht viel anders als Null“, sagt Kable. „Unsere Studie ermöglicht es dem Feld, viel sicherer über die Größe dieses Effekts und seine relative Bedeutung für die Zukunft zu sein.“In der Folgearbeit planen die Forscher, zu vergrößern, um festzustellen, ob bestimmte Regionen des Gehirns oder die Konnektivität zwischen ihnen eine übergroße Rolle bei der Kognition spielen.Sie hoffen auch, dass ein tieferes Verständnis der biologischen Grundlagen der kognitiven Leistung dazu beitragen kann, ein Licht auf Umweltfaktoren zu werfen, die dazu beitragen, von denen einige durch individuelle Maßnahmen oder Regierungspolitik beeinflusst werden können.“Angenommen, Sie haben die notwendige Biologie, um ein fantastischer Golf- oder Tennisspieler zu werden, aber Sie haben nie die Möglichkeit zu spielen, also erkennen Sie nie Ihr Potenzial“, sagt Nave.
Fügt Koellinger hinzu: „Wir hoffen, dass wir, wenn wir die biologischen Faktoren verstehen, die mit der kognitiven Leistung zusammenhängen, die Umweltbedingungen identifizieren können, unter denen Menschen ihr Potenzial am besten entfalten und kognitiv gesund bleiben können. Wir kratzen gerade an der Oberfläche des Eisbergs.“Die Forschung wurde durch einen ERC Consolidator Grant, die Wharton Neuroscience Initiative und den Wharton’s Dean Research Fund unterstützt.