多年来,神经科学家一直这样告诉实验对象:“请躺在核磁共振扫描仪中放松。当您看到屏幕上出现任务说明时,请尽力而为。” 然后,研究人员将使用“躺在那里放松”期间的大脑活动作为纯粹的控制条件;科学研究的对象始终是当受试者阅读、做出财务决策或执行其他任务时“亮起”的东西。
这种情况已经改变。现在人们认识到,头脑永不休息。而且,如果我们测量一个人躺在扫描仪中什么都不做时的大脑活动,自然发生的波动将揭示有助于以令人兴奋的新方式阐明大脑功能组织的网络。初步研究表明,这些“静息状态”网络可能有助于阐明精神疾病。而现在,诱人的新结果表明这些网络与智力之间存在显著联系。
智力是一个复杂且在历史上存在争议的话题,很大程度上是因为它难以定义和衡量。心理测量学家开发了普通智力的纸笔测试,这些测试倾向于预测其他各种测试和许多生活结果(如薪水)的表现。神经科学家使用现代成像方法来发现通过这些广泛使用的测试测量的智力的神经相关性。许多研究考察了智商与大脑解剖结构的关系,通常发现许多大脑区域中较大的灰质体积或厚度与较高的智商分数相关。其他研究则着眼于人们执行任务时采取的功能测量,通常发现双侧额叶和顶叶区域最常与智力测试的表现相关联。
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但是现在,首次对静息大脑的功能测量为与智商分数相关的大脑网络特性提供了新的见解。本质上,它们表明在聪明的人中,大脑的远处区域之间的交流比在不太聪明的人中更强大。
在最近的一篇论文中,由宋明领导的中国科学院的研究人员研究了拥有优异智商分数和平均智商分数的人之间静息大脑网络的差异。他们使用图论来量化大脑的网络特性,例如大脑远处区域之间的通信强度。图是一种数学表示,由节点(或大脑区域)和它们之间的连接(功能连接或时间相关性)组成,可用于表征神经网络。像之前的研究人员一样,他们发现后扣带皮层是人脑的中心——它是静息状态下人脑中连接最广泛、最密集的区域。此外,在智商分数优于平均水平的人中,大脑远处区域之间的连接强度更大。另一项2009年的研究得出了类似的结论,并指出,静息连接和智商之间最强的关系是在额叶和顶叶区域观察到的,这些区域与智商测试的表现最为相关。
因此,值得注意的是,静息大脑中长距离连接的强度可以与智商测试的表现相关。当人们在想法之间建立创造性的联系时,我们常常会感到印象深刻——也许大脑中的长程连接赋予了这种心理范围。
这些“静息状态”的发现与我们所了解的智力在儿童时期如何发展的情况非常吻合。先前的研究发现,在典型的大脑发育过程中,存在从局部到分布式网络连接的进展。在儿童时期,存在强大的局部连接和较弱的远距离连接。这种情况随着年龄的增长而改变:局部连接减少,而长距离连接增加。在任何衡量标准下,智力都会随着年龄的增长而增加,直到成年早期。有趣的是,早期的研究还发现,新皮层的变薄速度较慢(通常被解释为突触的修剪)与儿童较高的智商相关;也许较慢的修剪允许建立持久的长距离连接。因此,大脑中长距离连接的强度可能支持智力的增长,并影响成人智力的变化。
一个警告:发现智商的神经生物学相关性不能被解释为智商是由基因决定的并且在出生时就固定的证据。大多数研究倾向于认为,智商分数受到基因和经验(如几乎所有人类特质)的影响。此外,最近的行为研究表明,对成年人进行强化训练可以提高智商类型的分数。
这些关于智力的有趣发现只是利用静息思维来帮助发现人脑功能组织的新策略的最新成果。1995年左右关于这种静息大脑活动的早期报告受到了怀疑,但自2000年以来,许多与神经科学其他知识相关的发现使得对静息大脑连接的研究成为一个令人兴奋的研究领域,其研究对象从人类婴儿到灵长类动物不等。在静息研究中,儿童或患者不必执行复杂的任务(或任何任务)。因此,静息扫描被证明对于检查发育和临床疾病的广泛研究非常有用。事实上,许多研究人员现在正在挖掘扫描会话中静息时期的旧数据集,追溯性地将适度的控制条件转变为前沿的大脑分析。此外,由于静息扫描不涉及任何特定任务,因此它们很容易跨站点汇集到大型数据库中。
在自闭症和精神分裂症中发现的静息连接模式已经观察到显着差异。患有自闭症的人在大脑中与内省最相关的网络中的连接减少。这种较低的连接可能反映了他们专注于自己思想和感受的能力降低,以及对他人的内在精神世界欣赏度降低。相反,患有精神分裂症的人在这个网络中的连接过度。这可能反映了精神分裂症中的自我参照和偏执问题,过度活跃的网络鼓励患者将他们环境中的事件解释为与他们自己有特殊相关性。在抑郁症和阿尔茨海默病中也发现了静息大脑的特征性变化,这提高了静息大脑扫描可能有助于诊断的可能性。
除了疾病和智商之外,这些关于静息人脑的激动人心的发现提出了这样一个问题:我们是否正在获得定量衡量我们最亲密和独特的内在自我的新能力。当您在工作中奔波时,您最“像自己”吗?还是当您只是坐在椅子上,思绪飘荡,只是存在时?