在罗伯特·普洛明的研究领域，耐心至关重要。普洛明是伦敦精神病学研究所的行为遗传学家，他想了解智力的本质。作为他研究的一部分，他一直在观察成千上万的儿童成长。普洛明问孩子们诸如“水和牛奶有什么共同之处？”和“太阳在哪个方向落下？”之类的问题。起初，他和他的同事亲自或通过电话测验孩子们。今天，这些孩子中的许多人正值青春期，他们在互联网上参加测试。
从某种意义上说，这项研究取得了巨大的成功。参加测试的孩子都是双胞胎，在整个研究过程中，同卵双胞胎的得分往往比异卵双胞胎更接近，而异卵双胞胎的得分又比无关儿童更接近。这些结果——以及其他研究的类似结果——向科学家们清楚地表明，基因对儿童在智力测试中的得分有重要影响。
但是普洛明想了解更多。他想找到正在发挥影响的具体基因。现在他有了一种可以精确定位基因的工具，这在他开始测验孩子们时甚至无法想象。普洛明和他的同事一直在用一种叫做微阵列的设备扫描受试者的基因，这是一种小芯片，可以识别五十万个独特的DNA片段。这种强大的工具与大量的儿童研究相结合，意味着他可以检测到对分数变异只有微小影响的基因。
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尽管如此，当普洛明和他的同事公布他们的微阵列研究结果时——有史以来规模最大的智力相关基因搜寻——结果却令人失望。研究人员只发现了六个显示出对测试分数有影响迹象的遗传标记。当他们运行严格的统计测试以查看结果是否是侥幸时，只有一个基因通过了。它解释了分数变异的0.4%。更糟糕的是，没有人知道该基因在体内的作用。
“在某些方面，这真的很让人沮丧，”普洛明说。
普洛明的经历是研究智力的科学家的典型经历。除了使用微阵列，他们还在使用脑部扫描和其他复杂技术来记录基因和环境在智力发展中共同采取的一些复杂舞步。他们开始看到智力差异如何反映在大脑的结构和功能中。一些科学家甚至开始构建一种新的智力愿景，将其视为信息在大脑中流动方式的反映。但是，尽管取得了所有这些进展，智力仍然是一个深刻的谜。“我们知道的非常少，这真是令人惊讶，”明尼苏达大学的心理学家温迪·约翰逊说。
隐藏在显而易见之处
在某些方面，智力非常简单。“这是每个人在别人身上观察到的东西，”弗吉尼亚大学的埃里克·图克海默说。“每个人都知道有些人比其他人更聪明，无论这在技术上意味着什么。这是你在与人交谈时在他们身上感觉到的东西。”
然而，这种直觉很难转化为科学定义。1996年，美国心理学会发布了一份关于智力的报告，其中仅指出“个体在理解复杂概念、有效适应环境、从经验中学习、参与各种形式的推理、通过思考克服障碍的能力方面彼此不同。”
为了衡量这些差异，20世纪初的心理学家发明了各种思维测试，例如数学、空间推理和语言技能。为了比较一种测试的分数与另一种测试的分数，一些心理学家开发了标准化的智力量表。其中最熟悉的是智商，它是通过将平均分设定为100来产生的。
然而，智商分数不是任意数字。心理学家可以使用它们来对人们生活的其他特征做出强有力的预测。根据儿童时期的智商分数，可以对人们在学校和工作场所的表现做出相当好的预测。高智商的人甚至比普通人更长寿。
“如果你有一个智商分数，这是否告诉你关于一个人认知优势和劣势的一切？不，”加州大学欧文分校的理查德·J·海尔说。但即使是一个简单的数字也可能说明一个人的很多情况。“当你去看医生时，发生的第一件事是什么？有人测量你的血压和体温。所以你得到两个数字。没有人会说血压和体温概括了你健康的全部，但它们是关键数字。”
那么，智力分数的基础是什么呢？“它肯定触及了一些东西，”美国国家心理健康研究所（NIMH）的精神科医生菲利普·肖说。关于分数反映的内容的最有影响力的理论已经有一个多世纪的历史了。1904年，心理学家查尔斯·斯皮尔曼观察到，在一种测试中表现良好的人往往在其他测试中也表现良好。从一个分数到另一个分数的联系不是很紧密，但斯皮尔曼看到了足够的联系，宣称这是他称之为g因素的结果，g是通用智力因素的缩写。
斯皮尔曼无法说出通用智力是如何从大脑中产生的。近几十年来，科学家们一直在寻找答案，方法是寻找大量人群的测试分数中的模式。粗略地说，这些变异有两个可能的来源。环境影响——从父母抚养孩子的方式到他们发育过程中可能患的疾病——是一个来源。基因是另一个来源。基因可能会以某种方式塑造大脑，使个体在回答智力测试中的问题时表现得更好或更差。
从20世纪60年代开始，科学家们通过研究双胞胎获得了关于基因和环境作用的线索。为了了解为什么双胞胎对智力研究人员如此重要，假设一对同卵双胞胎在婴儿时期被分开并被不同的父母收养。他们拥有相同的基因，但经历了不同的环境。如果他们的基因对他们的智力测试分数没有任何影响，那么你可能会期望他们的分数彼此之间的相似程度不会高于两个无关的人。然而，如果基因在智力中起着关键作用，那么同卵双胞胎应该更相似。
“两个基因相同的人的相关性与一个人一年后的自身一样高，”普洛明说。“分开抚养的同卵双胞胎几乎与一起抚养的同卵双胞胎一样相似。”但是这些相似之处也需要时间才能显现出来。“到16岁时，这些被收养的孩子与他们的亲生父母的智商相似，就像由亲生父母抚养的孩子一样，”普洛明补充道。
诸如此类的结果说服了普洛明，基因在智力中起着至关重要的作用，尽管它们显然不是单独起作用的。“这就是让我说，‘我们需要做的是开始寻找一些基因，’”他说。
未知的领域
在20世纪90年代初期，当普洛明开始寻找基因时，他几乎没有同伴。“我知道没有人会疯狂到去做这件事，”他评论道。
普洛明不能简单地扫描人类基因组，因为它尚未被绘制出来。但是遗传学家已经鉴定出许多基因，如果以某种方式发生突变，则与智力迟钝有关。普洛明推断，这些基因的其他变异可能会产生更微妙的智力差异。他和他的同事比较了在智力测试中得分高或低的儿童。他们寻找了在其中一组或另一组中异常频繁出现的100个基因的变体。“我们实际上没有在那里找到任何东西，”他说。
因此，普洛明扩大了搜索范围。他没有查看预定义的基因集，而是绘制了他受试者染色体上散布的数千个遗传标记。如果一个标记在高分或低分学生中频繁出现，那么附近可能存在一个与智力相关的基因。他和他的同事增加了研究中的儿童人数，以便他们可以检测到效果较弱的基因。在研究的某个阶段，普洛明认为他已经找到了智力与一个名为IGF2R的基因之间的真实联系，该基因编码一种生长因子受体，该受体在大脑中活跃。但是当他和其他人试图复制结果时，他们失败了。“看起来它并没有成功，”他说。
普洛明怀疑他需要更多的遗传标记来找到智力基因。当卵子和精子发育时，它们的染色体交换DNA片段。两个DNA片段彼此越接近，它们就越有可能一起传递下去。但是在普洛明早期的研究中，数百万个DNA核苷酸分隔了每对标记。智力基因可能离遗传标记太远，以至于它们有时一起传递，有时不一起传递。他需要一组更密集的遗传标记来减少这种情况发生的可能性。
普洛明非常高兴地获得了可以检测50万个遗传标记的微阵列——比他以前使用的多数百倍。他和他的同事从7000名儿童那里获得了脸颊拭子，分离出他们的DNA，并通过微阵列运行。结果再次令人失望。
“我不愿意说我们已经找到了智力基因，”普洛明宣称，“因为已经有很多假阳性。它们的影响太小了，你将不得不在许多研究中复制它们才能对它们非常有信心。”
未能找到智力基因本身对普洛明来说非常有启发意义。双胞胎研究继续说服他基因的存在。“最终存在DNA变异对此负责，”他说。但是迄今为止检测到的每个变异只对智力差异做出微小的贡献。“我认为没有人认为最大的影响会占不到1%，”普洛明指出。
这意味着必须有数百个——甚至数千个——基因共同产生基于基因的智力变异的全部范围。普洛明怀疑有些基因专门用于语言技能，而另一些基因专门用于空间理解。在双胞胎研究中，个体在所有这些不同类型的智力测试中往往得分相似。如果基因属于专门的集合，一个人可能会继承一种天赋，而不会继承其他天赋。
普洛明还推测，他的结果为基因如何影响大脑中的智力提供了一些暗示。“如果有许多小影响的基因，它们不太可能都集中在大脑的某个区域，”他认为。相反，这些基因可能影响大脑区域的庞大网络。而每个与智力相关的基因都可能在大脑的不同部位产生许多不同的影响。
对普洛明假设的最终检验将不得不等到科学家们最终整理出一份对大脑工作方式有无可争辩的影响并且与智力分数相关的基因列表。这份列表可能需要很长时间才能完成，但普洛明受到了来自完全不同研究领域的新结果的鼓舞：大量新的神经影像学研究试图在大脑本身中找到智力的标记。
智力的形状
肖和他在NIMH的同事一直在分析学龄儿童的脑部扫描。研究人员每年都会对他们发育中的大脑进行成像，肖主要关注图片揭示的关于大脑皮层（大脑最外层，最复杂的信息处理发生的地方）的生长。大脑皮层会继续改变形状和结构，直到人们达到20岁出头。肖发现，智力测试分数的差异反映在大脑的发育方式中。
在所有儿童中，随着新神经元的生长和产生新的分支，大脑皮层会变厚。然后，随着分支被修剪，大脑皮层会变薄。但是在大脑皮层的某些部分，肖发现，不同智力水平的儿童的发育过程有所不同。“超级聪明的孩子一开始非常薄，”肖说。“他们变得相对较厚，但在青春期，他们又很快变薄。”
从成人大脑的研究中也出现了类似的模式。研究人员发现，智力分数高的人往往具有某些大脑皮层区域，这些区域比平均水平大。肖预计，其中一些模式将最终被证明是环境的结果。但是大脑皮层的这些区域在双胞胎中往往大小相同，这表明基因也对某些差异负责。
近年来，科学家们还发表了许多研究，声称他们已经发现了在智力测试中得分高的人的独特大脑功能模式。最近，海尔和新墨西哥大学的雷克斯·尤金·荣格调查了37项检查区域大脑大小或活动的研究，以寻找他们结果的总体模式。正如普洛明所预测的那样，海尔和荣格没有在大脑中找到一个“智力点”。相反，他们识别出散布在大脑皮层周围的许多重要区域。其他研究表明，这些区域中的每一个都与不同类型的认知有关。“看起来智力是建立在这些基本的认知过程之上的，例如注意力和记忆，以及可能的语言能力，”海尔说。
除了描述构成大脑皮层的灰质组织外，这些研究还在连接大脑皮层遥远部分的白质中发现了智力的特征。智力高的人往往拥有比其他人更有组织的白质束。“白质就像电线，”海尔说。“如果你考虑一下，你知道，智力真的需要处理能力和速度；白质会提供速度；灰质会提供处理能力。”
海尔认为，这些“智力网络”的组成部分在不同的人身上可能以不同的方式工作。“你可以认为自己非常聪明，因为你既有很多速度，又有很多处理能力——你两者兼有，”他说。“或者你可以考虑有很多其中一种，而另一种较少。所有这些组合都可能产生相同的最终结果，因此你可能有两个同样聪明的人，但他们的大脑从根本上以不同的方式达到这种行为，无论你怎么衡量它。”
海尔承认，这些想法只不过是推测。尽管如此，他认为神经影像学已经使科学家对智力有了更扎实的理解。“我可以用少数几个区域的灰质数量来预测全面智商，”他说。海尔怀疑，在不久的将来，在磁共振成像扫描仪中进行10分钟扫描可能会揭示与高中生参加四个小时的SAT考试一样多的信息。
一些心理学家还没有完全准备好采取这一步。他们不认为智商和g应该被赋予超出其应有意义的更深层次的意义。首先，除了脑力旋转立方体和完成类比之外，生活中还有很多其他方面。“我认为人类智力是多方面的，非常复杂，”弗吉尼亚大学的图克海默说。不幸的是，他补充说，几乎没有任何关于智力其他方面的工作。
“我们可以将g用于许多有用的事情，但我不认为由此可以得出结论，人类智力是一个称为g的单一事物，我们可以在大脑中以字面意义上的方式找到它，”他说。经度和纬度对于导航也很有用，他指出，但这并不意味着地球上实际上刻着一个网格。
明尼苏达大学的约翰逊为g因素辩护，认为它触及了大脑中的某些重要事物，但是，与海尔一样，她不认为它是一种一刀切的通用智力。“虽然智力具有某种普遍性，但使我的智力具有普遍性的东西与使你的智力或任何其他人的智力具有普遍性的东西不同，”她说。“我们的大脑具有足够的可塑性，以至于我们每个人都组合出一种不同的通用智力。”
确定基因在产生不同类型智力中所起的作用无疑将非常困难。并且完全有可能，与智力相关的基因列表可能包括许多实际上不具有大脑特定功能的基因。图克海默提出了以下思想实验：想象一个与女性产道宽度相关的基因。携带窄产道基因的女性在分娩时往往会遇到更多麻烦，并且她们的婴儿发生氧气剥夺的风险更高。结果，她们的婴儿平均智商分数比携带不同版本基因的婴儿低几个点。而其中一些孩子也将携带窄产道基因。
“这些婴儿将拥有一个与低智商相关的基因，”图克海默说。“那么你是否得出结论，这是一个智商基因？嗯，不完全是；这是一个产道基因。基因可能与智商相关的途径非常多变，几乎不可能知道。”
图克海默自己的研究说明了从基因到智力的联系中的另一种复杂性：基因并非与环境隔离地发挥作用。事实上，同一个基因在不同的环境中可能具有不同的效果。当图克海默注意到关于智力的大型双胞胎研究中很少有贫困儿童时，他开始意识到这一点。“非常贫穷的人没有时间或资源或兴趣去做志愿者研究，”他说。
图克海默发现，其他数据库中有更多的贫困儿童。他能够分析数百对双胞胎的测试分数，同时考虑到他们的社会经济地位——一个基于包括家庭收入和父母教育水平在内的因素的类别。他发现，基因效应的强度取决于儿童的社会经济地位。在富裕家庭的儿童中，大约60%的智商分数差异可以归因于基因。另一方面，对于贫困家庭的儿童，基因几乎没有作用。
图克海默和他的同事在2003年发表了这些结果；在2007年5月，他们使用另一个数据库复制了该模式。研究人员没有比较智商分数，而是研究了1962年839对双胞胎在国家优秀奖学金资格考试中的表现。基因再次在贫困儿童的分数差异中几乎没有作用，而在较富裕的儿童中则发挥了更大的作用。图克海默认为，贫困带来了强大的环境力量，这些力量可能会从子宫到学校及以后塑造智力。但是，当孩子们在相对稳定的富裕家庭中长大时，基于基因的差异可能会开始显现出来。
似乎这种复杂性还不够，科学家们还发现，基因反过来可以改变环境对我们智力的影响。去年，英国科学家发现母乳喂养与智商测试分数的提高之间存在关联——但前提是儿童携带特定基因的特定变体。如果他们携带另一个变体，母乳喂养的儿童的得分与喝配方奶的儿童没有差异。
基因也可能以影响智力发展的方式影响行为。“人们创造自己的环境，”约翰逊说。“如果你看到一个孩子对艺术或数学非常感兴趣，你更有可能出去给他买一本数学书或一些蜡笔。所以他们会练习它，并且变得与没有数学书的孩子更加不同。父母会对孩子做的事情做出反应。我们的模型根本无法很好地衡量这一点。”
这种效应可能解释了双胞胎智力研究中最令人困惑的模式之一：随着人们年龄的增长，基因对测试分数的影响如何变得更强。基因可能会影响人们如何塑造他们的智力环境。选择寻求新的体验、阅读书籍和参与对话可能会改变大脑。并且随着孩子们长大并接管自己生活的控制权，这种效应可能会变得更强。
“智力有点像大脑的涌现特性，”肖说。“你出生时带有15个基因，它们决定了你将有多聪明以及你的大脑将如何发育的想法几乎肯定是错误的。”
为什么要研究智力？
智力可能非常复杂，科学家们在理解智力方面可能取得了令人沮丧的微小进展。然而，许多智力专家仍然看到继续追求的实际价值。例如，海尔希望，对智力基于大脑的理解将帮助教师设计最有效地教育儿童的策略。
“当我们进入21世纪时，最大限度地提高和优化人们的教育非常重要，”他认为。“这就是利害攸关的。”
普洛明建议，通过了解人们的基因谱，可能会找到培养学习的最佳方法。如果正如他预期的那样，微阵列研究最终确实揭示了智力基因，那么就有可能测试儿童携带哪些版本。
“你可以获得遗传风险指数，”普洛明说。“你可以看到哪些孩子有阅读障碍的遗传风险，然后你可以进行干预。希望你可以预测和干预计划以预防这些问题，而不是等到它们在学校发生。”
对于一些心理学家来说，智力是人类天性中如此有趣的一部分就足够了。“智力和智力测试分数在许多方面都是整个心理学中最好的预测指标，”图克海默说。“这就是使它迷人的地方。如果你知道我的SAT分数，并且想知道我在几乎任何事情上的表现如何，那么这些SAT分数远非完美的预测指标，但它们远比了解我的性格要好。智力真的有效。存在这种明显的心理品质，可以让你对人类做出预测，但当你试图以具体的数字方式将其束缚住时，它会变得非常滑溜。所以这只是一个非常有趣的科学问题。”
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注意：本文最初标题为“智力搜索”。