Per più di 200 anni, gli scienziati hanno cercato una tale associazione. Iniziato usando misure approssimative, come il volume stimato del cranio o la circonferenza della testa, l’indagine è diventata più sofisticata negli ultimi decenni quando la risonanza magnetica ha offerto una contabilità altamente accurata del volume del cervello.

Eppure la connessione è rimasta confusa e irta, con molti studi che non hanno tenuto conto di variabili confondenti, come l’altezza e lo stato socioeconomico. Gli studi pubblicati sono anche soggetti a “bias di pubblicazione”, la tendenza a pubblicare solo risultati più degni di nota.

Un nuovo studio, il più grande del suo genere, guidato da Gideon Nave della Wharton School dell’Università della Pennsylvania e Philipp Koellinger della Vrije Universiteit Amsterdam, ha chiarito la connessione. Utilizzando le informazioni derivate dalla risonanza magnetica sulle dimensioni del cervello in relazione ai risultati dei test delle prestazioni cognitive e alle misure di istruzione ottenute da più di 13.600 persone, i ricercatori hanno scoperto che, come suggerito da studi precedenti, esiste una relazione positiva tra volume del cervello e prestazioni sui test cognitivi. Ma questa scoperta viene fornito con avvertimenti importanti.

“L’effetto è lì”, dice Nave, un assistente professore di marketing a Wharton. “In media, una persona con un cervello più grande tenderà a svolgere meglio i test di cognizione rispetto a uno con un cervello più piccolo. Ma la dimensione è solo una piccola parte del quadro, che spiega circa il 2 per cento della variabilità delle prestazioni dei test. Per il livello di istruzione l’effetto era ancora più piccolo: una “tazza” aggiuntiva (100 centimetri quadrati) di cervello aumenterebbe gli anni di scolarizzazione di una persona media di meno di cinque mesi.”Koellinger dice” ciò implica che fattori diversi da questo singolo fattore che ha ricevuto così tanta attenzione nel corso degli anni rappresentano il 98 percento dell’altra variazione delle prestazioni dei test cognitivi.”

” Tuttavia, l’effetto è abbastanza forte che tutti gli studi futuri che cercheranno di svelare le relazioni tra misure più a grana fine dell’anatomia del cervello e della salute cognitiva dovrebbero controllare il volume totale del cervello. Quindi, vediamo il nostro studio come un piccolo, ma importante, contributo a una migliore comprensione delle differenze nella salute cognitiva.”

I collaboratori di Nave e Koellinger sul lavoro, pubblicato sulla rivista Psychological Science, includevano Joseph Kable, professore di Baird Term nel Dipartimento di Psicologia di Penn; Wi Hoon Jung, ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Kable; e Richard Karlsson Linnér, un postdoc nel laboratorio di Koellinger.

Fin dall’inizio, i ricercatori hanno cercato di minimizzare gli effetti di pregiudizi e fattori confondenti nella loro ricerca. Hanno pre-registrato lo studio, il che significa che hanno pubblicato i loro metodi e si sono impegnati a pubblicare in anticipo in modo da non poter semplicemente seppellire i risultati se i risultati sembravano insignificanti. Le loro analisi hanno anche controllato sistematicamente sesso, età, altezza, stato socioeconomico e struttura della popolazione, misurata utilizzando la genetica del partecipante. L’altezza è correlata con prestazioni cognitive più elevate, ad esempio, ma anche con dimensioni cerebrali più grandi, quindi il loro studio ha tentato di azzerare il contributo della dimensione del cervello da solo.

Studi precedenti avevano costantemente identificato una correlazione tra le dimensioni del cervello e le prestazioni cognitive, ma la relazione sembrava indebolirsi man mano che gli studi includevano più partecipanti, quindi Nave, Koellinger e colleghi speravano di perseguire la domanda con una dimensione del campione che sminuiva gli sforzi precedenti.

Lo studio si basava su un set di dati recentemente accumulato, la UK Biobank, un repository di informazioni provenienti da oltre mezzo milione di persone in tutto il Regno Unito. La biobanca include informazioni sulla salute e genetiche dei partecipanti e immagini di scansione cerebrale di un sottoinsieme di circa 20.000 persone, un numero che sta crescendo di mese in mese.

“Questo ci dà qualcosa che non è mai esistito prima”, dice Koellinger. “Questa dimensione del campione è gigantesca 7 70 per cento più grande di tutti gli studi precedenti su questo argomento messi insieme allows e ci permette di testare la correlazione tra le dimensioni del cervello e le prestazioni cognitive con maggiore affidabilità.”

Misurare le prestazioni cognitive è un compito difficile e i ricercatori notano che anche la valutazione utilizzata in questo studio presenta punti deboli. I partecipanti hanno preso un breve questionario che mette alla prova la logica e la capacità di ragionamento, ma non le conoscenze acquisite, ottenendo una misura relativamente “rumorosa” delle prestazioni cognitive generali.

Utilizzando un modello che incorporava una varietà di variabili, il team ha cercato di vedere quali erano predittivi di migliori prestazioni cognitive e livello di istruzione. Anche controllando per altri fattori, come l’altezza, lo stato socioeconomico e l’ascendenza genetica, il volume totale del cervello era correlato positivamente con entrambi.

I risultati sono alquanto intuitivi. “È un’analogia semplificata, ma pensa a un computer”, dice Nave. “Se si dispone di più transistor, è possibile calcolare più velocemente e trasmettere più informazioni. Potrebbe essere lo stesso nel cervello. Se si dispone di più neuroni, questo può consentire di avere una memoria migliore, o completare più attività in parallelo.

“Tuttavia, le cose potrebbero essere molto più complesse nella realtà. Ad esempio, considera la possibilità che un cervello più grande, che è altamente ereditabile, sia associato all’essere un genitore migliore. In questo caso, l’associazione tra un cervello più grande e le prestazioni del test può semplicemente riflettere l’influenza della genitorialità sulla cognizione. Non saremo in grado di andare a fondo di questo senza ulteriori ricerche.”

Uno dei risultati notevoli dell’analisi relativi alle differenze tra maschi e femmine. “Proprio come con l’altezza, c’è una differenza piuttosto sostanziale tra maschi e femmine nel volume del cervello, ma questo non si traduce in una differenza nelle prestazioni cognitive”, dice Nave.

Uno sguardo più sfumato alle scansioni cerebrali può spiegare questo risultato. Altri studi hanno riferito che nelle femmine, la corteccia cerebrale, lo strato esterno della parte anteriore del cervello, tende ad essere più spessa rispetto ai maschi.

“Questo potrebbe spiegare il fatto che, nonostante abbia cervelli relativamente più piccoli in media, non vi è alcuna differenza efficace nelle prestazioni cognitive tra maschi e femmine”, afferma Nave. “E, naturalmente, molte altre cose potrebbero essere in corso.”

Gli autori sottolineano che la correlazione generale tra volume del cervello e “intelligenza” era debole; nessuno dovrebbe misurare le dimensioni della testa dei candidati durante il processo di assunzione, scherza Nave. In effetti, ciò che spicca dall’analisi è quanto poco volume cerebrale sembra spiegare. Fattori come lo stile genitoriale, l’educazione, la nutrizione, lo stress e altri sono probabilmente i principali contributori che non sono stati specificamente testati nello studio.

“Le stime precedenti della relazione tra dimensioni del cervello e capacità cognitive erano abbastanza incerte che la vera relazione avrebbe potuto essere praticamente molto importante, o, in alternativa, non molto diversa da zero”, afferma Kable. “Il nostro studio consente al campo di essere molto più sicuro delle dimensioni di questo effetto e della sua importanza relativa in avanti.”

Nel lavoro di follow-up, i ricercatori prevedono di ingrandire per determinare se alcune regioni del cervello, o la connettività tra di loro, svolgono un ruolo fuori misura nel contribuire alla cognizione.

Sperano anche che una comprensione più profonda delle basi biologiche delle prestazioni cognitive possa aiutare a far luce sui fattori ambientali che contribuiscono, alcuni dei quali possono essere influenzati da azioni individuali o politiche governative.

“Supponiamo che tu abbia la biologia necessaria per diventare un fantastico giocatore di golf o di tennis, ma non hai mai l’opportunità di giocare, quindi non realizzi mai il tuo potenziale”, dice Nave.

Aggiunge Koellinger: “Siamo fiduciosi che, se siamo in grado di comprendere i fattori biologici che sono legati alle prestazioni cognitive, ci permetterà di identificare le circostanze ambientali in cui le persone possono manifestare al meglio il loro potenziale e rimanere cognitivamente salute. Abbiamo appena iniziato a graffiare la superficie dell’iceberg.”

La ricerca è stata sostenuta da una sovvenzione del consolidatore ERC, la Wharton Neuroscience Initiative e il Wharton’s Dean Research Fund.