淺析一般智力的神經(jīng)機(jī)制論文

　　一般智力的神經(jīng)機(jī)制是什么?自Call于1825年提出顱相學(xué)以來，這個問題爭論了近兩個世紀(jì)。那么，人腦的哪些部位和特征可支持一般智力的活動?腦的大小、額區(qū)和頂區(qū)、灰質(zhì)和白質(zhì)等與一般智力的聯(lián)系是否密切?智力腦的研究方法有哪些?一般智力神經(jīng)機(jī)制的未來研究方向是什么?本研究主要梳理以往關(guān)于這些問題的研究結(jié)論，以較準(zhǔn)確地界定這些問題。

　　一般智力這個概念與Spearman在1904提出智力的一般因素(g)有一些差異。筆者認(rèn)為在廣泛意義上，前者更強(qiáng)調(diào)智力的一般性，并包含后者。早期的智力神經(jīng)成像研究主要關(guān)注一般智力，其評估方式多采用瑞文推理測試、卡特文化公平測試及韋氏智力量表、智商量表等公認(rèn)的經(jīng)典量表或g因素負(fù)荷較高的任務(wù)。也有研究使用游戲來測量一般智力，如知覺迷宮測試、象棋、圍棋等。但是，早期關(guān)于智力功能和結(jié)構(gòu)成像的研究通常沒有做到全面測試。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊话阒橇y試通常需要一系列量表，僅僅一個測試遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這種思路也越來越普遍。本文所述的一般智力概念和測試方法包含了早期和當(dāng)前研究。

　　一系列關(guān)注一般智力神經(jīng)機(jī)制的研究采用了各種神經(jīng)成像范式，包括結(jié)構(gòu)成像和功能成像兩類。所涉及的腦成像技術(shù)主要包括:關(guān)注結(jié)構(gòu)成像的核磁共振成像和基于體素的形態(tài)測量法;測量腦血流量和葡萄糖代謝的正電子斷層掃描和功能核磁共振成像以及靜息態(tài)功能核磁共振成像;測量水分子運動的彌散張量成像。

一、腦的大小與一般智力的聯(lián)系性

　　“頭大的人更聰明嗎”?這種將腦的大小與一般智力聯(lián)系起來的探索可以追溯到19世紀(jì)早期。雖然這種粗淺的現(xiàn)象描述曾飽受批判，但近代的腦成像實驗間接支持了二者的聯(lián)系性。

　　腦的大小如何測量?以往研究通常直接測量頭的外部尺寸，如頭圍，并有研究表明二者存在相關(guān)。如Ivanovic等從不同的社會經(jīng)濟(jì)階層挑選96名高中畢業(yè)生(WAIS-R得分>120 ; WAIS-R得分<100)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HC與IQ存在顯著正相關(guān)。一般而言，用HC評估“頭”比較準(zhǔn)確，但是它并不能精確地評估“腦”。

　　一系列神經(jīng)成像技術(shù)使腦內(nèi)容積的測量變成現(xiàn)實。Wickett, Vernon和Lee總結(jié):“以往研究團(tuán)隊使用不同的掃描儀器、不同被試和不同智力測試，結(jié)果大都表明，IQ和BV的相關(guān)平均為0.4。”可見，較大腦區(qū)可以預(yù)測較高的智力。

　　現(xiàn)代代表性觀點當(dāng)推McDaniel對37項神經(jīng)成像研究中1530個被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行的元分析，分析發(fā)現(xiàn)BV和一般智力測試得分之間存在一個比較小、但很一致的相關(guān)值(. 33)也有研究主張，整體BV可以解釋一般智力(或IQ)大約16%的變異。

　　其實，并非整個BV都與一般智力相關(guān)，只有幾個特定興趣區(qū)的容量才與一般智力相關(guān)密切。部分研究發(fā)現(xiàn)，控制了整個腦區(qū)后，與一般智力相關(guān)密切的區(qū)域在額葉、頂葉和顆葉、以及海馬和小腦。Colom等概括到，比較典型的幾個具體腦的容量和一般智力存在中等相關(guān)(0.25一0.50)

　　這些研究結(jié)果使?fàn)幷摿?70多年的問題越來越清晰，即總體BV與一般智力確實存在正相關(guān)。原因可以追溯為:一般智力水平的高低通常取決于人腦兩個半球共同組成的神經(jīng)聯(lián)接所發(fā)揮功能的強(qiáng)弱，而并非單一的結(jié)構(gòu)所能控制。腦中存在著一種分散式系統(tǒng)，若干個腦部位的連同作用是決定一般智力水平高低的關(guān)鍵因素。

　　另外，該類結(jié)論的證據(jù)，也來源于科學(xué)家將人和動物的BV進(jìn)行對比的實驗。但是，一些典型的認(rèn)知能力是鯨目動物、靈長類動物與人類共有的，比如自我認(rèn)知、符號交流、解決復(fù)雜問題等。而這些能力與腦總體特征的聯(lián)系似乎比單一的腦尺寸這個因素更有助于解釋一般智力的差異。由此，這又是對腦的大小與一般智力密切聯(lián)系這一結(jié)論的質(zhì)疑。可見，二者的聯(lián)系性雖然達(dá)成了一些基本共識，但仍然需要進(jìn)一步驗證。

二、額葉、頂葉與一般智力的相關(guān)性

　　哪些腦區(qū)可以揭示一般智力的差異?不同研究支持了不同的腦區(qū)。雖然對于具體的腦區(qū)仍存在一些爭議，但多數(shù)研究結(jié)果都涉及到額葉與頂葉皮層，且強(qiáng)調(diào)并非所有腦區(qū)對于解釋一般智力的差異都非常重要。

　　Jung和Haier選取了在1988~20xx年期間發(fā)表的37篇結(jié)構(gòu)和功能神經(jīng)成像文章，其中的一般智力測試包括流體和晶體智力、推理、g因素，甚至一些推理游戲。基于這些研究揭示的一般智力神經(jīng)機(jī)制的共性，他們匯總了多個研究共同關(guān)注的幾個分散腦區(qū)，通過白質(zhì)結(jié)構(gòu)將頂區(qū)和額區(qū)皮層聯(lián)系起來，提出頂額整合理論。該理論主張，一般智力水平反映了頂—額神經(jīng)網(wǎng)狀聯(lián)接如何有效加工信息。其中，背外側(cè)前額皮層的幾個離散部位和頂葉皮層的幾個部位和頂葉皮層的幾個部位可能是人類智力最重要的腦區(qū)。同時，P-FIT模型仍然強(qiáng)調(diào)，一般智力的個體差異源于多個腦區(qū)神經(jīng)網(wǎng)狀聯(lián)接或信息傳輸?shù)挠行裕暑~、枕、頂和顳四個腦區(qū)都參與一般智力，并表現(xiàn)為4個可區(qū)分的信息加工階段:

　　第一階段，加工感覺信息(假設(shè)人類獲得信息先從視聽覺開始):主要發(fā)生在枕葉和顳葉。具體表現(xiàn)在紋外皮層和梭狀回和韋尼克氏區(qū)。前兩個區(qū)主要負(fù)責(zé)識別和闡述視覺信息，后一個區(qū)主要負(fù)責(zé)分析和闡述聽覺信息。

　　第二階段，整合和抽象感覺信息:主要發(fā)生在頂葉，具體在緣上回，頂上小葉和角回。

　　第三階段，加工信息:頂區(qū)和額區(qū)相互作用，主要進(jìn)行問題解決、評價和假設(shè)檢驗。

　　第四階段，選擇和抑制反應(yīng)(獲得最好的解之后):前扣帶回主要負(fù)責(zé)這些活動。

　　由上可見，P-FIT模型強(qiáng)調(diào)人腦可以將多種功能進(jìn)行整合以完成不同的工作，這非常符合人腦各個局部之間協(xié)同合作的原理。另外，額葉、頂葉與一般智力的相關(guān)性在這個模型中尤其得到了凸現(xiàn)。

　　許多研究結(jié)果支持了該模型強(qiáng)調(diào)的額頂葉皮層。比如，Cray, Chabris和Braver使用fMRI技術(shù)揭示:側(cè)前額和頂區(qū)調(diào)節(jié)流體智力和工作記憶的相關(guān)性。Clascher等使用基于體素的損傷癥兆圖技術(shù)檢測241位腦損傷病人，同樣發(fā)現(xiàn)額頂區(qū)分散的神經(jīng)聯(lián)接與g相關(guān)顯著。Masunaga等用fMRI掃描被試執(zhí)行卡特文化公平智力測驗的腦區(qū)，發(fā)現(xiàn)刺激—反應(yīng)聯(lián)接的學(xué)習(xí)激活了頂葉皮層，而概括、評價假設(shè)和選擇策略活動激活了額葉皮層。這和以前使用瑞文推理測試所作的腦成像研究結(jié)論相一致。可見，額頂區(qū)參與了人類一般智力活動。有趣的是，Tang等讓40個年輕被試操作一系列n-back工作記憶任務(wù)，同時使用DTI和fMRI兩種技術(shù)檢測其腦活動。結(jié)果，n-back任務(wù)激活的腦區(qū)主要在右側(cè)前額葉和雙側(cè)頂葉。可見，與一般智力密切聯(lián)系的工作記憶，其激活的腦區(qū)也與一般智力相近。

　　另外，靜息態(tài)腦成像(R-fMRI)實驗也支持了P-FIT模型，強(qiáng)調(diào)不參與任何刺激任務(wù)的腦的自發(fā)活動，同樣與一般智力的個體差異存在顯著相關(guān)。一般而言，腦的很大一部分能量消耗在自發(fā)性神經(jīng)活動(代謝活動)，而與任何特定刺激或任務(wù)并不產(chǎn)生清晰的聯(lián)系。Biswal等從35個國際實驗室招募1414個被試，發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下獲得的fMRI信號中，存在振幅較大的自發(fā)性低頻波動，且這些低頻波動與個體腦區(qū)的功能聯(lián)接密切相關(guān);Song等用R-fMRI檢測59位成年人在休息時的自發(fā)性腦活動及其一般智力的個體差異。他們以雙側(cè)背外側(cè)前額葉皮層為種子區(qū)，探討種子區(qū)與其他腦區(qū)功能聯(lián)接的強(qiáng)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與一般智力測試得分相關(guān)顯著的腦部位主要分布在:額、頂、枕和邊緣葉。回歸分析表明，額葉內(nèi)的功能聯(lián)接和腦前后區(qū)域的功能聯(lián)接對于預(yù)測智力個體差異都很重要;van den Heuvel等人也使用R-fMRI技術(shù)掃描19名成人(年齡的M±SD =29±7. 8)在休息狀態(tài)下的腦活動，并用圖譜分析法計算靜息狀態(tài)下不同腦區(qū)的自發(fā)信號之間的相關(guān)。最后發(fā)現(xiàn)，靜息狀態(tài)下腦正常的網(wǎng)狀聯(lián)接特征路徑長度入值與一般智力(WAIS—III測試分?jǐn)?shù))之間存在很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，且這種聯(lián)接最顯著的效果，發(fā)生在額頂葉這兩個區(qū)。