Geny, mozek a inteligence: co je nového?

Autor: Emil O. W. Kirkegaard

V průběhu druhé poloviny 20. století marxističtí intelektuálové jako Stephen Jay Gould a Richard Lewontin úspěšně stigmatizovali pole výzkumu inteligence, zejména jejich rozdílů mezi jednotlivci i skupinami. Přestože téma zůstává do jisté míry tabuizované, přichází odsud v posledních letech natolik mocný a vytrvalý přísun nových poznatků o genetice a inteligenci, že většina lidí má problém nové poznatky vstřebávat. Ještě mnohem větší dojem tento vývoj nutně dělá, vezmeme-li v potaz zuřící kulturní revoluci na univerzitních kampusech a obrození ideologie nepopsaného listu („blank slate“) kulturními elitami.

Nemalý díl zásluh na pokrocích ve studiu inteligence patří desetiletím práce Roberta Plomina a Iana Dearyho. Tato dvojice (oba šéfují prestižním výzkumným laboratoří) se drží v bezpečné vzdálenosti od výzkumu etnických/rasových odlišností a soustředí se výhradně na rozdíly mezi jednotlivci. Povedlo sem jim vytvořit rozsáhlé soubory dat, včetně příbuzných, zejména dvojčat (například TEDS ). Díky tomu mohli přijít s opravdovou smrští zjištění, která dokládají mocné působení genetiky na lidskou psychologii i výsledky v životě – od dosaženého vzdělání až třeba po stabilitu manželství.

Ian Deary s dvojicí kolegů, Simonem R. Coxem a W. Davidem Hillem (všichni působí na University of Edinburgh) nedávno zveřejnili rozsáhlou recenzi v prestižní publikaci Molecular Psychiatry. Prestiž publikace má ovšem jen málo společného s vědeckou důsledností, dobře ovšem ukazuje, jaký sociální status akademici danému tématu přiznávají. Dnes je tak skoro nemožné najít v prestižních materiálech příspěvky popírající vliv genetiky, které v nedávných desetiletích převládaly. V abstraktu příspěvku to autoři říkají naplno:

Individuální rozdíly v lidské inteligenci, stanovené s využitím skóre kognitivních testů, mají dobře replikovanou hierarchickou fenotypickou kovarianční strukturu. Vykazují pozoruhodnou stabilitu v průběhu života a predikují dosažené vzdělání i sociální nebo zdravotní situaci. Právě z tohoto fenotypického základu a významu pro život vychází zájem o environmetální, sociální i genetické etiologie inteligence i o základy rozdílné inteligence ve struktuře a fungování mozku. V této práci shrnujeme a podrobujeme kritice posledních zhruba 10 let molekulárně genetického (DNA) studia inteligence, včetně objevu genetických center spojených s inteligencí, DNA podmíněné dědičnosti a genetické korelace inteligence s jinými vlastnostmi. Předkládáme stručný přehled nových zjištění o zobrazování inteligence (imaging-intelligence) mozku, včetně vztahu celého mozku i šedé a bílé hmoty jednotlivě. Sumarizujeme vztah regionálního zobrazení mozku s inteligencí a přidáváme i interpretaci ve světle teoretických výkladů. Zabýváme se výzkumem spojujícím genetiku se zobrazením mozku při studiu rozdílů v inteligenci. Byly totiž odhaleny nové, byť skromné vztahy ve všech těchto oblastech a mechanistická vysvětlení nepostačují. Pokoušíme se nalézt prostor k růstu, který by přinesl integrovanější vysvětlení „systémové biologie“ některých z těchto rozdílů v inteligenci mezi jednotlivci.

Čtenář lépe obeznámený s vývojem na tomto poli se možná ptá „A co z toho je nové?“ Vlastně ani tolik ne. Mnohá ze zásadních zjištění se od průkopnických počinů Barbary Burksové (a dalších) v behaviorální genetice ve 20. letech minulého století příliš nezměnila. Na tom ale samo o sobě ještě není nic špatného. Solidní věda by měla přinášet zjištění konzistentní i napříč desetiletími. Zároveň se ale objevila celá řada novinek o detailech genetických příčin i neurovědě.

V prvé řadě umožnila spolupráce ve velkém měřítku sdílení datových souborů ke zkoumání genetického základu lidských charakteristik, včetně těch psychologických. Tyto studie se ve vědeckém prostředí označují zkratkou GWAS (Genome-wide association studies, genomové asociační studie). Provádějí se hledáním genetických variací spojených s danou charakteristickou v celém lidském genomu. Počátkem století, zhruba do roku 2012, se zpravidla hledalo jen v oblastech považovaných za důležité, což skončilo jednoznačným neúspěchem.

Stále zřetelněji vysvítá nesmírný rozsah lidského genomu s jeho asi 3,1 miliardami základních párů. Většina z nich se však mezi jednotlivými lidmi liší jen málo nebo vůbec (proto se ostatně říká, že lidé jsou z přinejmenším 99 % geneticky identičtí). Menší podíl genových loků se ovšem mezi jednotlivci a skupinami spojenými původem (etnicity/klustery/rasy, říkejte jim, jak chcete) liší poměrně znatelně. Bylo popsáno několik milionů loků, u nichž bylo v některé populaci zjištěno alespoň 1 % četnosti variace. Právě na ně se zaměřuje většina genomových asociačních studií.

Typická GWAS obnáší genotypizaci značného množství lidí (zpravidla prostřednictvím vzorku slin) a následné změření a záznam jejich vlastností jako výška nebo dosažené vzdělání. Ukázalo se, že ani 10 000 lidí není dostatečně velký vzorek, aby se z něj dalo zjistit něco zajímavého, hlavně kvůli početnosti genetických variant, jež jsou s danou vlastností zpravidla spojeny (říká se tomu polygenicita). Proto badatelé používají výsledky z více datových souborů, které následně průměrují. Výsledkem je metaanalýza souvislosti každé genetické varianty (který se říká anglickou zkratkou SNPs, vyslovuje se jako „snips“) se zkoumanou vlastností. SNP, které vykazují souvislost vysoce převyšující míru nahodilosti, se označují jako genomicky významné zásahy/hity, nebo jen „hity“.

Jakmile jsou rozpoznány, může započít práce na odkrývání, které geny souvisejí s jakými vlastnostmi. Gen může v genomu pokrývat mezi tisícem až třeba i dvěma miliony základních párů. Většina jich ale je kratších, kolem 5 000 základních párů. Jakmile je zjištěna souvislost dané genetické varianty s některou vlastností, dá se pomocí mapy genomu zjistit, které geny jsou poblíž. Nezřídka se stane, že poblíž není žádný gen, nabízí se otázka, proč konkrétní varianta s vlastností souvisí. Snad je to náhoda, projev korelace na dlouhé vzdálenosti s kauzálními variantami nebo odrážejí dosud neobjevenou genetickou funkčnost, z nichž některé byly dosud probádány jen částečně.

Vědci tyto funkce rozklíčují pozorováním toho, kde v těle jsou tyto geny vyjádřeny (tj. kde se tvoří proteiny, za něž odpovídají). U genu vyjádřeného v mozku a na několika dalších místech se tudíž předpokládá, že má i s mozkem související funkce. Možná zodpovídá za stavbu neuronů, jejich opravu nebo odvádění toxinů z mozku. Ne vždy se dá snadno zjistit, co které geny dělají, víme ale přinejmenším to, že daná genetická sekvence aktivně působí v mozku.

Co tyto nové vědecké metody pomohly objevit? Kde jsou genetické varianty zodpovídající za inteligenci? Celkem podle očekávání geny ovlivňují inteligenci působením na stavbu a funkci našich mozků. Jak píší autoři, „genetické varianty spojené s výsledky v testech inteligence se vyskytují ve stejných oblastech jako geny spjaté s neurogenezí, synapsemi a diferenciací neuronů a oligodendrocytů“.

Genetická data se k odhadům dědivosti (míra pozorované variance, za niž zodpovídá genetika), užívají mnoha způsoby. Každá z metod má své limity, všechny se ovšem shodují na vysoké dědivosti inteligence. Odhady vytvářené genetickými analýzami však nedosahují tak vysokých čísel jako ty z rodinných studií, klasicky odhadů dědivosti inteligence na základě studia jednovaječných dvojčat, oddělených při porodu a vyrůstajících zvlášť. Vědci to nazývají tzv. „problémem chybějící dědivosti“.

Ten má celou řadu příčin, jednou z těch očividnějších je skutečnost, že stávající studie neumí zachytit všechny genetické varianty, hlavně ty vzácnější a komplexnější. Je-li inteligence v podstatě o tom vyhnout se mutacím zhoršujícím funkčnost, pak budeme muset zohlednit tyto vzácné varianty, abychom zachytili jejich genetické dopady. Můžeme si však být jistí, že genetický vliv je značný a že desetiletí rodinných studií přinesla správné výsledky.

Můžeme jít ale ještě dál. Nalezením vztahu mezi specifickými genetickými variantami a pozorovanými vlastnostmi dokážeme předpovědět fenotypický status jako výška nebo pravděpodobnost ADHD. Provádí se to v podstatě porovnáním váženého průměru odhadovaných vztahů variant napříč genomem s danou vlastností. Těmto váženým průměrům se říká polygenní skóre. Teoreticky bychom je mohli označit za aproximaci genetického potenciálu dané vlastnosti u jednotlivce. Stávající polygenní skóre nejsou dokonalá, jelikož nezachycují všechny genetické varianty. Přesto už dosahují úrovně užitečné pro badatele a v některých případech nacházejí klinické uplatnění také v medicíně.

Síla těchto polygenních skóre je funkcí celé řady faktorů, mj. komplexity genetické architektury (čím jednodušší je, tím snáze ji lze pochopit), složitosti s kvantifikací dané vlastnosti (čím větší chyba měření, tím hůře), počtu dostupných lidí i genotypů, kvality genotypování nebo algoritmů užitých pro zpracování dat. Ve všech těchto oblastech zaznamenáváme pokrok, v některých i poměrně překotný.

V poslední době přišli vědci ne s jednou, ale hned trojicí genomových asociačních studií: jedna pracovala s daty skoro čtvrt milionu lidí (Hill), další (Davies et al.) skoro 300 000 a třetí s asi 270 000 účastníky (Savage et al.). Všechny zjistily dlouhý seznam variant souvisejících s inteligencí a navzájem potvrdily svá zjištění (replikace je známkou kvalitně prováděného výzkumu). Proběhla také GWAS zaměřená na dosažené vzdělání s více než milionem subjektů.

Jak kvalitní jsou tyto predikce? V současnosti vykazuje změřená inteligence korelaci s genetickým skóre asi 0.3 (tedy asi 10 % variace). To je více než korelace mezi příjmem rodiny a výsledky testů inteligence dětí, takže přes klinickou nepoužitelnost bychom nad tím neměli ohrnovat nos. Naneštěstí studie zaměřující se na sourozence dospěly k závěru, že asi polovinu této platnosti hatí rodinné faktory, protože mezi sourozenci nefunguje. Proto je nejspíš třeba větších GWAS vzorků, ideálně i od sourozenců a dalších rodinných příslušníků, aby se tento faktor dal korigovat.

Genetické testy tak zatím nedokáží plně nahradit testy klasickou metodou tužka a papír, ale s vylepšováním polygenních skóre testování nevyhnutelně časem nahradí. V budoucnosti budou data o genomu dostupná už po narození, takže člověk bude jednoduše moci poskytnout souhlas s jejich využitím pro prediktivní účely.

Jiný soubor zjištění z genetických studií je možnost výpočtu genetické korelace vlastností. V zásadě se jedná o genetický přesah vlastností v důsledku genetických variant ovlivňujících více vlastností (pleiotropie), případně těch, které jsou v genomu blízko sebe, a tak se často objevují pohromadě. I tady výzkumníci zjistili, že genetický přesah kopíruje v reálném světě pozorované souvislosti. Tak například negativní korelace mezi inteligencí a ADHD není jen výlučně důsledkem socializace, má také své společné genetické příčiny. Podobně badatelé odhalili pevnější fyzické zdraví u chytřejších lidí – i tento vztah má z nemalé části příčiny v genetickém přesahu.

K totožným závěrům dospěly také tradiční rodinné studie. Jedna z nich dokonce zjistila, že toto překrývání se fenotypických a genetických spojení je platné obecně, tzv. Cheverudova hypotéza. Kdykoliv se tak doslechnete o vztahu řekněme homosexuality s duševní nemocí, právem můžete předpokládat částečný genetický základ (tento konkrétní příklad potvrdila nedávná genomická studie, tab. 4). Sekce C v přiložené tabulce ukazuje vztah různých vlastností s inteligencí.

Tato zjištění se týkají vztahů vlastností u jednotlivců, ne průměrů etnických skupin, pokud bychom měli ale přiměřeně dedukovat, dospějeme mj. k závěru, že skupinové – nebo rasové – fenotypické odlišnosti odrážejí odlišnosti genetické. Stejně jako Arthur Jensen to můžeme označit za výchozí hypotézu.

Jaké jsou nové poznatky o vývoji mozku? Řada studií z poslední doby ukazuje, že s velikostí mozku vzrůstá i úspěšnost. Autoři to shrnují následovně:

Metaanalýza dat více než 148 studií s více než 8 000 účastníky odhadla vztah na  r = 0.24. Opětovná analýza těchto dat, kdy se brali v potaz pouze zdraví dospělí, dospěla k r = 0.31; toto číslo se navýšilo na r = 0.39, když byly použity jen studie s podle vědců kvalitnějšími metodami měření inteligence. V jednom vzorku UK Biobank 18 426 lidí středního a vyššího věku (44-81 let) byl vztah mezi inteligencí a celkovou velikostí mozku odhadnut na r = 0.276 (95% CI = 0.252, 0.300). To je zhruba napůl cesty mezi dvěma předchozími odhady a navíc není tento údaj zatížen různorodostí jednotlivých „kohort“, jež může ovlivňovat výsledky metaanalýz.

Navzdory barikádám lhaní a mlžení se hlavní vědecký proud stále více přiklání na stranu zastánců role dědičnosti a mnoha jejich hlavním tezím. Podobně jako u polygenního skóre je ale korelace velikosti mozku a inteligence .3 pravděpodobně maximem. Zbytek Dearyho studie se věnuje vztahu mnoha dalších prvků mozku s inteligencí.

Mozek je vůbec nejsložitější lidský orgán, nepřekvapí tak, jak složité je popsat jeho fungování. Přesto dochází k pokroku podobně jako u genomových asociačních studií, tj. díky kvalitnějším datům. Každoročně jsou k dispozici rozsáhlejší datové soubory, což umožnuje rychlý pokrok.

Jeden výzkumný tým se tak může zabývat komplexitou objemu struktur mozku, další vztahy mezi nimi a jiný zase pozorovat známky jeho poškození. Každý u nich nám může poskytnout kousek skládačky, jejichž složením bychom měli nakonec dokázat předpovědět lidskou inteligenci z dat o mozku lépe než z vyplněného IQ testu.

O jedné takovéto studii, jež kombinuje metody výše nastíněným způsobem, autoři píší: „Studie zahrnující kortikální charakteristiky mozku (obsah, plocha, hustota), celkový objem subkortikálních struktur i měření mikro a makrostruktury bílé hmoty zjistila, že společně zodpovídají za 18 % variance v obecné inteligenci třiasedmdesátníků.“ U mladších lidí bylo toto číslo nižší, snad protože u lidí, kteří ještě nestihli nasbírat defekty spojené s věkem, není v tomto směru tolik co měřit.

Autoři uzavírají svou recenzi pohledem na studie, které spojují trojici témat: geny, mozek a inteligenci. Tyto studie dospěly k očekávaným výsledkům, tedy že genetické varianty zodpovědné za strukturu mozku odpovídají do jisté míry také za inteligenci. Podporuje to biologické vysvětlení vztahu. Předpovědi inteligence z polygenních skóre dokáží předpovědět také rozdíly ve velikosti mozku a podle všeho tento vztah i zprostředkovávají, přesně jak bychom očekávali. V konečném účtování tak vysoká inteligence znamená mít genetické varianty zodpovídající za proteiny, které vytvářejí lépe fungující mozek – to a trochu štěstí. Čím rychleji tyto genetické varianty najdeme, tím dříve budeme moci zabránit genetickému úpadku lidstva a započít s jeho genetickým zlepšováním.

Úvaha Emila O. W. Kirkegaarda Genes, Brains, and Intelligence: What’s New? vyšla na stránkách American Renaissance 2. března 2021.