浅析一般智力的神经机制论文

浅析一般智力的神经机制论文

　　一般智力的神经机制是什么?自Call于1825年提出颅相学以来，这个问题争论了近两个世纪。那么，人脑的哪些部位和特征可支持一般智力的活动?脑的大小、额区和顶区、灰质和白质等与一般智力的联系是否密切?智力脑的研究方法有哪些?一般智力神经机制的未来研究方向是什么?本研究主要梳理以往关于这些问题的研究结论，以较准确地界定这些问题。

　　一般智力这个概念与Spearman在1904提出智力的一般因素(g)有一些差异。笔者认为在广泛意义上，前者更强调智力的一般性，并包含后者。早期的智力神经成像研究主要关注一般智力，其评估方式多采用瑞文推理测试、卡特文化公平测试及韦氏智力量表、智商量表等公认的经典量表或g因素负荷较高的任务。也有研究使用游戏来测量一般智力，如知觉迷宫测试、象棋、围棋等。但是，早期关于智力功能和结构成像的研究通常没有做到全面测试。严谨的一般智力测试通常需要一系列量表，仅仅一个测试远远不够，这种思路也越来越普遍。本文所述的一般智力概念和测试方法包含了早期和当前研究。

　　一系列关注一般智力神经机制的研究采用了各种神经成像范式，包括结构成像和功能成像两类。所涉及的脑成像技术主要包括:关注结构成像的核磁共振成像和基于体素的形态测量法;测量脑血流量和葡萄糖代谢的正电子断层扫描和功能核磁共振成像以及静息态功能核磁共振成像;测量水分子运动的弥散张量成像。

一、脑的大小与一般智力的联系性

　　“头大的人更聪明吗”?这种将脑的大小与一般智力联系起来的探索可以追溯到19世纪早期。虽然这种粗浅的现象描述曾饱受批判，但近代的脑成像实验间接支持了二者的联系性。

　　脑的大小如何测量?以往研究通常直接测量头的外部尺寸，如头围，并有研究表明二者存在相关。如Ivanovic等从不同的社会经济阶层挑选96名高中毕业生(WAIS-R得分>120 ; WAIS-R得分<100)，结果发现，HC与IQ存在显著正相关。一般而言，用HC评估“头”比较准确，但是它并不能精确地评估“脑”。

　　一系列神经成像技术使脑内容积的测量变成现实。Wickett, Vernon和Lee总结:“以往研究团队使用不同的扫描仪器、不同被试和不同智力测试，结果大都表明，IQ和BV的相关平均为0.4。”可见，较大脑区可以预测较高的智力。

　　现代代表性观点当推McDaniel对37项神经成像研究中1530个被试的数据进行的元分析，分析发现BV和一般智力测试得分之间存在一个比较小、但很一致的相关值(. 33)也有研究主张，整体BV可以解释一般智力(或IQ)大约16%的变异。

　　其实，并非整个BV都与一般智力相关，只有几个特定兴趣区的容量才与一般智力相关密切。部分研究发现，控制了整个脑区后，与一般智力相关密切的区域在额叶、顶叶和颗叶、以及海马和小脑。Colom等概括到，比较典型的几个具体脑的容量和一般智力存在中等相关(0.25一0.50)

　　这些研究结果使争论了170多年的问题越来越清晰，即总体BV与一般智力确实存在正相关。原因可以追溯为:一般智力水平的高低通常取决于人脑两个半球共同组成的神经联接所发挥功能的强弱，而并非单一的结构所能控制。脑中存在着一种分散式系统，若干个脑部位的连同作用是决定一般智力水平高低的关键因素。

　　另外，该类结论的证据，也来源于科学家将人和动物的BV进行对比的实验。但是，一些典型的认知能力是鲸目动物、灵长类动物与人类共有的，比如自我认知、符号交流、解决复杂问题等。而这些能力与脑总体特征的联系似乎比单一的脑尺寸这个因素更有助于解释一般智力的差异。由此，这又是对脑的大小与一般智力密切联系这一结论的质疑。可见，二者的联系性虽然达成了一些基本共识，但仍然需要进一步验证。

二、额叶、顶叶与一般智力的相关性

　　哪些脑区可以揭示一般智力的差异?不同研究支持了不同的脑区。虽然对于具体的脑区仍存在一些争议，但多数研究结果都涉及到额叶与顶叶皮层，且强调并非所有脑区对于解释一般智力的差异都非常重要。

　　Jung和Haier选取了在1988~20xx年期间发表的37篇结构和功能神经成像文章，其中的一般智力测试包括流体和晶体智力、推理、g因素，甚至一些推理游戏。基于这些研究揭示的一般智力神经机制的共性，他们汇总了多个研究共同关注的几个分散脑区，通过白质结构将顶区和额区皮层联系起来，提出顶额整合理论。该理论主张，一般智力水平反映了顶—额神经网状联接如何有效加工信息。其中，背外侧前额皮层的几个离散部位和顶叶皮层的几个部位和顶叶皮层的几个部位可能是人类智力最重要的脑区。同时，P-FIT模型仍然强调，一般智力的个体差异源于多个脑区神经网状联接或信息传输的有效性，故额、枕、顶和颞四个脑区都参与一般智力，并表现为4个可区分的信息加工阶段:

　　第一阶段，加工感觉信息(假设人类获得信息先从视听觉开始):主要发生在枕叶和颞叶。具体表现在纹外皮层和梭状回和韦尼克氏区。前两个区主要负责识别和阐述视觉信息，后一个区主要负责分析和阐述听觉信息。

　　第二阶段，整合和抽象感觉信息:主要发生在顶叶，具体在缘上回，顶上小叶和角回。

　　第三阶段，加工信息:顶区和额区相互作用，主要进行问题解决、评价和假设检验。

　　第四阶段，选择和抑制反应(获得最好的解之后):前扣带回主要负责这些活动。

　　由上可见，P-FIT模型强调人脑可以将多种功能进行整合以完成不同的工作，这非常符合人脑各个局部之间协同合作的原理。另外，额叶、顶叶与一般智力的相关性在这个模型中尤其得到了凸现。

　　许多研究结果支持了该模型强调的额顶叶皮层。比如，Cray, Chabris和Braver使用fMRI技术揭示:侧前额和顶区调节流体智力和工作记忆的相关性。Clascher等使用基于体素的损伤症兆图技术检测241位脑损伤病人，同样发现额顶区分散的神经联接与g相关显著。Masunaga等用fMRI扫描被试执行卡特文化公平智力测验的脑区，发现刺激—反应联接的学习激活了顶叶皮层，而概括、评价假设和选择策略活动激活了额叶皮层。这和以前使用瑞文推理测试所作的脑成像研究结论相一致。可见，额顶区参与了人类一般智力活动。有趣的是，Tang等让40个年轻被试操作一系列n-back工作记忆任务，同时使用DTI和fMRI两种技术检测其脑活动。结果，n-back任务激活的脑区主要在右侧前额叶和双侧顶叶。可见，与一般智力密切联系的工作记忆，其激活的脑区也与一般智力相近。

　　另外，静息态脑成像(R-fMRI)实验也支持了P-FIT模型，强调不参与任何刺激任务的脑的自发活动，同样与一般智力的个体差异存在显著相关。一般而言，脑的很大一部分能量消耗在自发性神经活动(代谢活动)，而与任何特定刺激或任务并不产生清晰的联系。Biswal等从35个国际实验室招募1414个被试，发现静息状态下获得的fMRI信号中，存在振幅较大的自发性低频波动，且这些低频波动与个体脑区的功能联接密切相关;Song等用R-fMRI检测59位成年人在休息时的自发性脑活动及其一般智力的个体差异。他们以双侧背外侧前额叶皮层为种子区，探讨种子区与其他脑区功能联接的强度。结果发现，与一般智力测试得分相关显著的脑部位主要分布在:额、顶、枕和边缘叶。回归分析表明，额叶内的功能联接和脑前后区域的功能联接对于预测智力个体差异都很重要;van den Heuvel等人也使用R-fMRI技术扫描19名成人(年龄的M±SD =29±7. 8)在休息状态下的脑活动，并用图谱分析法计算静息状态下不同脑区的自发信号之间的相关。最后发现，静息状态下脑正常的网状联接特征路径长度入值与一般智力(WAIS—III测试分数)之间存在很强的负相关，且这种联接最显著的效果，发生在额顶叶这两个区。