QI, taille du cerveau et traits physiques

Selon la doctrine du déterminisme culturel, la taille du cerveau serait presque ou totalement dépendante de l’environnement social. Mieux on vit, plus on dispose d’un cerveau volumineux, plus l’on obtient un score élevé aux tests de QI, et plus l’on réussit dans la vie professionnelle. En terme de probabilité. Mais qu’advient-il de la théorie culturelle si une corrélation maximale entre les traits physiques et la taille du cerveau venait à être démontrée ?

Brain size, IQ, and racial-group differences: Evidence from musculoskeletal traits

Dans cette étude, Rushton tend à montrer que les différences ethniques dans la taille du cerveau sont corrélées avec les 37 variables musculo-squelettiques comprenant traits crâniens (taille et forme de la mâchoire, taille et forme des dents etc.) et post-crâniens (largeur du bassin, courbure du fémur etc.). Cette corrélation entre la taille du cerveau et les 37 variables semble très forte (r = .94; p = .94). Ces corrélations n’auraient pas pu être trouvées si les différences ethniques n’existaient pas. Et ces différences là sont constatées dès la naissance.

Rushton (1997) a collecté et analysé les données du Collaborative Perinatal Project. Il a enregistré les mesures de la circonférence de la tête et le niveau de QI de 50000 enfants suivis depuis leur naissance jusqu’à l’âge de 7 ans (voir Broman, Nichols, Shaugnessy, et Kennedy, 1987). Que ce soit à la naissance, à 4 mois, à 1 an, ou à 7 ans, les inégalités persistent.

En outre, des études réalisées par Gignac et al., mais aussi par Jensen et Johnson (1994) tendent à montrer que les corrélations entre QI et taille du cerveau demeurent au sein de la famille et entre familles. Les résultats de tests “au sein de la famille” revêtent ici un intérêt particulier parce qu’ils permettent de contrôler la plupart des sources de variance distinguant les familles les unes des autres, comme la classe sociale, les méthodes d’éducation des enfants, et la nutrition globale, propres à chacune des familles. Les enfants au sein de la famille partagent ainsi le même environnement social. Jensen (1998) affirme que la corrélation trouvée au sein des familles soutient la conclusion que cette corrélation est intrinsèque, et non extrinsèque.

Jensen and Johnson’s study, based on head size measurements of over 7000 sibling pairs, showed the within-family relation for Blacks, as for Whites. When Blacks and Whites were matched for IQ, the Black–White difference in head size disappeared.

Les 4 méthodes de mesures traditionnelles (IRM, volume endocrânien mesuré sur des crânes vides, poids net du cerveau frais à l’autopsie, et mesures externes du crâne) produisent le même résultat. Les inégalités demeurent. Avec l’IRM, Harvey et al. ont trouvé que les 41 africains et antillais du Royaume-Uni avaient en moyenne un volume cérébral plus petit que les 67 caucasiens. Dans une autre étude britannique, Jones et al. (1994) ont trouvé que le volume crânien des blancs était en moyenne de 30 cm3 plus important que celui des afro-antillais.

En 1849, Samuel George Morton avait rempli plus de 1000 crânes avec du matériau de remplissage et trouvé que la capacité crânienne des Noirs était en moyenne d’environ 5 pouces cubes (82 cm3) inférieure à celle des Blancs. Ces résultats ont résisté à l’épreuve du temps (voir Gordon, “Amentia in the East African”, 1934; Simmons, “Cranial capacities by both plastic and water techniques with cranial linear measurements of the Reserve Collection: white and Negro”, 1942; Todd, “Cranial capacity and linear dimensions, in white and Negro”, 1923). Même son de cloche avec l’étude de Beals et al. (1984) mesurant jusqu’à 20000 crânes venus du monde entier, où il a été trouvé qu’un climat froid favorise un gros cerveau, et un climat chaud favorisant un petit cerveau.

Paul Broca (1873) a pesé des cerveaux ‘frais’ pour constater que les blancs avaient en moyenne un cerveau plus lourd que celui des noirs sans compter que leurs circonvolutions étaient plus complexes et leurs lobes frontaux plus développés. Des études ultérieures (Bean, 1906; Mall, 1909; Pearl, 1934; Vint, 1934) constatent une différence de poids du cerveau de 100 grammes entre blancs et noirs. Ho et al. (1980) confirment cet écart moyen de 100 g : 1323 g pour les 811 blancs et 1223 g pour les 450 noirs de l’échantillon.

Par des mesures externes du crâne, Rushton (1991) analyse 24 échantillons de militaires internationaux, compilés par la NASA, “after adjusting for the effects of body height, weight, and surface area”, et il constate que la capacité crânienne s’élève à 1460 cm3 pour les asiatiques et 1446 cm3 pour les européens. Rushton (1992), encore, évalue la capacité crânienne à partir d’un échantillon aléatoire stratifié de 6325 membres de l’armée américaine. La moyenne est évaluée à 1416 cm3, 1380 cm3, et 1359 cm3 pour les asiatiques, les blancs et les noirs, respectivement.

Boas analyzed data from Topinard (1890) and found that only 27% of Blacks exceeded the White brain size average, rather than the 50% that should have done had the races been equal.

Sans surprise, les critiques acerbes continuent de pousser comme des champignons trop mûrs. Gould, Tobias, Lieberman, puis Joseph Graves, pour ne citer qu’eux. Les principales critiques concernent l’insuffisance du contrôle des variables sociologiques telles que la taille du corps, la classe sociale, l’état nutritionnel etc. Contrairement à ce que prétend Lieberman, Ho et al. ont effectué un contrôle minutieux de toutes les variables mentionnées par Tobias; leur étude confirme l’écart de 100 g entre le cerveau des noirs et celui des blancs.

Les données présentées ici tiennent parfaitement compte de ces variables. Et il s’agit de montrer que l’augmentation de la taille du cerveau entraîne des changements dans les 37 variables musculo-squelettiques. La taille absolue et relative du cerveau montrent une corrélation de 0.94 au travers des 37 traits musculo-squelettiques.

They showed similar high correlations across the separate trait categories, viz., on 11 cranial traits (5–15), mean r = .91; on 8 teeth and mandibular traits (16–23), mean r = .92; on 3 neck traits (24–26), mean r = 1.00; on 3 pelvic traits (27–29), mean r = .83; and on 12 lower limb traits (30–41), mean r = .98.

As brain size increases from 1356 to 1383 cm3 across the three racial groups, 37 musculoskeletal traits vary accordingly with a remarkable mean r = .94, p = .94. These changes occurred on both cranial traits (temporalis fossae, postorbital constrictions, mandibles, dentition, neck muscle attachments), and postcranial traits (pelvic widths, femoral heads, tibial plateaus).

Bien évidemment, les traits physiques ne sont pas indépendants les uns des autres. Ils sont plutôt reliés les uns les autres. Comme une réaction en chaîne, une modification d’un trait physique entraine la modification d’autres traits.

Avec l’augmentation de la taille du cerveau, on voit ici que le squelette prend une forme plus sphérique. En moyenne, les asiatiques ont un crâne plus sphérique que les blancs, qui à leur tour ont un crâne plus sphérique que celui des noirs. Cela pourrait expliquer pourquoi les asiatiques ont un visage plus large que les blancs et les noirs.

Moreover, as brain tissue in the frontal lobes expanded, it took up the space previously occupied by bony supraorbital rims, thereby causing a decrease in glabellas (Cranial Trait 12). Thus, predictably, East Asians and Whites have less pronounced glabellas than do Blacks.

On n’oubliera pas de préciser que la longueur du crâne (c’est-à-dire, fuyant vers l’arrière) est supérieure chez les noirs, et inférieure chez les asiatiques. En comparaison, la hauteur et la largeur du crâne sont supérieures chez les asiatiques, et inférieures chez les noirs. Les blancs se situant dans l’intermédiaire. Du fait que l’accroissement de la taille du cerveau sculpte une forme plus sphérique du crâne, il réduit le processus mastoïde servant à attacher les muscles de la mâchoire.

With increasing brain size there is increased smoothness of the skull with fewer and smaller muscle attachment sites, such as the decrease in the mastoid process that is used to attach jaw muscles. East Asians average a smoother skull with a smaller mastoid process (circled) than do Whites, who average a smoother skull with a smaller mastoid process than do Blacks.

Comme on peut le voir, en moyenne, les asiatiques ont un visage très plat, les noirs ont une mâchoire proéminente, les blancs se situant, encore une fois, dans l’intermédiaire. Vraisemblablement, l’augmentation de la taille du cerveau réduit le prognathisme et ‘aplatit’ le visage.

La figure ci-dessus montre qu’à mesure que le tissu cérébral se développe, cela se fait en remplissant la fosse temporale (une ouverture dans chaque arcade zygomatique) et la constriction post-orbitaire (une indentation du crâne derrière les orbites) qui doivent diminuer en conséquence. Ceci a nécessité une réduction des grands muscles de fermeture des mâchoires (muscles masséters et temporaux) qui traversent la fosse temporale et la constriction post-orbitaire et attachent la mâchoire, et servent à fermer la mâchoire. En moyenne, les asiatiques de l’Est ont moins de constriction post-orbitaire et une plus petite fosse temporale que les blancs qui eux-mêmes ont moins de constriction post-orbitaire et une plus petite fosse temporale que les noirs.

Muscles are no longer available to hold up a heavy forward jutting jaw. Since smaller temporalis muscles cannot close as large a jaw, jaw size was reduced.

Par conséquent, il se trouve qu’il y a moins de place pour les dents, ce qui signifie moins de dents, de plus petites dents, et des racines plus courtes. Comme on pouvait s’y attendre, les asiatiques ont moins de dents que les noirs, une racine dentaire plus courte et des molaires plus petites ainsi qu’une plus petite mâchoire que les noirs; les blancs sont dans l’intermédiaire. Mais surtout, la diminution de la taille de la mâchoire entraîne avec elle une réduction des muscles du cou ainsi que les protubérances osseuses auxquelles ils s’attachent. Ainsi, les crêtes nuchales sont marquées chez les noirs, et absentes chez les asiatiques. En moyenne, les muscles du cou et les protubérances sont moins importants chez les asiatiques que les noirs. Les blancs, une fois de plus, se situant dans l’intermédiaire pour chacun des traits.

With increasing brain size, there is increased bicondylar breadth of the mandible, a widening of the upper back-of-the-jaw, which provides its attachment to the cranium. East Asians (left) average a wider upper back-of-the-jaw than do Whites (right), who average a wider upper back-of-the-jaw than do Blacks (not shown). A similar pattern is observed for the lower jaw.

Les variations de la taille du cerveau provoquent encore d’autres effets. Lorsque la taille du cerveau augmente, le bassin de la femme s’élargit pour permettre la naissance d’un bébé avec un plus gros cerveau. Et effectivement, le diamètre pelvien des femmes blanches est de 27,4 cm comparé aux 24,6 cm des femmes noires (bien qu’il manque les données concernant les femmes asiatiques). L’élargissement du pelvis provoque à son tour l’incurvation du fémur, et les asiatiques ont une incurvation fémorale plus importante que les blanches, et les blanches que les noires.

Whole Brain Size and General Mental Ability: A Review

Si les neurones permettent de mieux traiter l’information, un cerveau plus volumineux doit contenir plus de neurones. La corrélation entre QI et taille du cerveau se situe dans une gamme de 0.04 à 0.69, avec une moyenne non pondérée de 0.4 et une moyenne pondérée de 0.38. Voir annexe 1 pour une revue des échantillons. Quand bien même une corrélation de 0.4 correspondrait à un R² de seulement 0.16 (0.4*0.4), la magnitude de cette corrélation indique que lorsque la taille du cerveau augmente de 1 SD, (écart-type), le QI augmentera de 0.4 SD.

Pour leur part, Pakkenberg et Gundersen (1997) ont trouvé une assez bonne corrélation (r = 0,56) entre la taille du cerveau et le nombre de neurones. La corrélation entre taille du cerveau et GMA (General Mental Ability) existe aussi bien chez les hommes que les animaux. Chez les rats, Anderson (1993) trouve une corrélation de r = 0,48 entre le poids du cerveau à l’autopsie et le GMA ‘extrait’ des divers tests cognitifs. On retrouve cette corrélation chez les oiseaux notamment; ceux qui construisent des berceaux plus complexes ont un plus gros cerveau. Et les primates ne sont pas en reste :

Dunbar and Shultz (2007) found among 24 primate species that the size of the neocortex (relative to body size) correlated r = 0.67 with the size of the social group. Also across 24 primate species, Deaner et al. (2007) found that whole brain size correlates r = 0.65 with domain general learning ability.

Durant l’enfance, la taille du cerveau humain augmente en même temps que le GMA. La masse cérébrale diminue lentement entre 26 et 80 ans à une moyenne de 2 g par an. Cela s’accélère après l’âge de 80 ans; la perte étant de 5 g par an.

General intelligence shows concomitant increases during childhood and adolescence and then (slow) decreases between ages 25 and 45, and (faster) decreases after age 45. For example, when David Wechsler (1944) normed the first Wechsler–Bellevue test of adult intelligence on a fairly representative sample of the adult population of the United States, he found that all 10 of the diverse verbal and nonverbal subtests given to successive age groups from 18 to 70 years of age showed an average decline in test scores with increasing age.

Et comme on peut le voir dans l’image ci-dessous, le vieillissement du tissu cérébral suit la même tendance pour les noirs et les blancs, hommes et femmes. En moyenne, on peut noter que le poids du cerveau des mâles noirs est plus ou moins similaire à celui des femelles blanches. L’écart moyen de poids du cerveau entre les mâles noirs et les femelles noires est aussi important que l’écart moyen de poids du cerveau entre les mâles blancs et les femelles blanches.

Le vieillissement du tissu cérébral est constaté au travers des tâches de temps de réaction. Le “Choice Reaction Time” et le “Simple Reaction Time” connaissent un déclin à partir de 20 ans et 50 ans, respectivement.

Deary and Der (2005) tested 500+ 16-, 36-, and 56-year-olds from the West of Scotland. Participants were retested 8 years later, at which time they also took the g-loaded Paced Auditory Serial Addition Test (PASAT). Individual differences on the RT measures were stable over the 8-year period (r ~ 0.50), correlated with the PASAT scores (mean r ~ 0.25), and declined with age (CRT from age 20; SRT from age 50). Subsequently, Der and Deary (2006) reanalyzed data for 7,130 adults in the UK’s Health and Lifestyle Survey. Again, CRT declined from age 20 and SRT from age 50.

Si un QI élevé est un assez bon prédicteur (en terme de probabilité) de réussite professionnelle, et donc de mobilité sociale, il reste à savoir ce que deviennent les enfants issus de parents à QI élevé (ou non). Des études sur la mobilité sociale intergénérationnelle provenant de Mascie-Taylor et Gibson (1978) et Waller (1971) comparent le “GMA score” des pères avec celui de leurs fils adultes. Ceux qui enregistrent un score plus faible que celui de leur père connaissent un déclin de leur statut socio-économique, et ceux qui enregistrent un score plus élevé que celui de leur père connaissent une ascension sociale. Sans surprise, ces résultats corroborent 1) avec la théorie de la régression vers la moyenne, et donc, 2) avec la faible mobilité sociale des noirs.

Ankney suggère que la différence moyenne de taille du cerveau entre sexes est restée pendant longtemps inaperçue du fait que les méthodes statistiques utilisées étaient erronées. Aussi bien chez les hommes que les femmes, le rapport ‘brain mass/body size’ décline lorsque la taille du corps augmente. Voir graphique 2 page 703. Ce problème devient apparent quand on sait que les hommes sont plus grands que les femmes : le ratio ‘brain mass / body size’ devient plus ou moins similaire. Or, à une taille donnée, ce ratio est bien plus élevé chez l’homme que la femme.

Consequently, the only meaningful comparison is that of brain mass to body size ratios of men and women of equal size.

En outre, les deux études de Deary et Der, citées plus haut, confirment les prédictions de la théorie héréditariste : le temps de réaction est généralement plus rapide chez les hommes. Si la différence moyenne de taille du cerveau entre homme et femme est bien établie, des preuves supplémentaires indiquent également que les différences ethniques dans la taille du cerveau comportent des facteurs génétiques. Ces différences ethniques sont constatées même avant la naissance. Dans une étude publiée en 1923, Schultz a constaté que les 455 foetus blancs avaient en moyenne une plus grosse boîte crânienne et un plus petit visage que les 168 fœtus noirs observés; ces différences s’accentuant au cours du développement foetal. Lire le compte rendu ici.

Other traits were found, with Black fetuses averaging a longer forearm to upper arm ratio, a characteristic of Black adults, and a longer fourth to second finger ratio, also characteristic of Black adults (Manning, 2002).

L’effet génétique sur l’aptitude cognitive et le volume crânien va encore plus loin. Une héritabilité de l’ordre de 50%-80% est constatée à la fois au niveau du GMA et de la taille du cerveau.

Heritabilities of 50%–80% are found for both brain size and GMA as well as the relation between them. For example, Bouchard and McGue (2003) reviewed data on more than 10,000 pairs of identical and same-sex fraternal twins living together and found the mean correlations were 0.86 and 0.60, respectively. They also found that for identical twins reared apart, the correlation was almost as high as for identical twins reared together (r = 0.78 for 93 pairs). For more than 27,000 pairs of nontwin siblings living together, the correlation was 0.49. In an MRI study of 112 extended twin families, Posthuma et al. (2002) found heritabilities of 82% for whole-brain gray matter volume, 87% for whole-brain white matter volume, and 86% for GMA.

Une des critiques les plus communes de la relation entre la taille du cerveau et le QI consiste à dire que la différence en taille du cerveau est beaucoup plus grande entre hommes et femmes qu’entre blancs et noirs, alors même que les différences de QI entre les noirs et les blancs sont beaucoup plus larges que les différences de QI entre hommes et femmes, si tant est qu’elles existent. Mais compte tenu du fait que la corrélation n’est pas parfaite (i.e., 100%), cette critique est invalide. Jensen, dans The g Factor (1998) par ailleurs, fournit plusieurs explications à ce paradoxe.