在羅伯特·普洛明的研究領域，耐心至關重要。普洛明是倫敦精神病學研究所的行為遺傳學家，他想了解智力的本質。作為他研究的一部分，他一直在觀察成千上萬的兒童成長。普洛明問孩子們諸如“水和牛奶有什麼共同之處？”和“太陽在哪個方向落下？”之類的問題。起初，他和他的同事親自或透過電話測驗孩子們。今天，這些孩子中的許多人正值青春期，他們在網際網路上參加測試。
從某種意義上說，這項研究取得了巨大的成功。參加測試的孩子都是雙胞胎，在整個研究過程中，同卵雙胞胎的得分往往比異卵雙胞胎更接近，而異卵雙胞胎的得分又比無關兒童更接近。這些結果——以及其他研究的類似結果——向科學家們清楚地表明，基因對兒童在智力測試中的得分有重要影響。
但是普洛明想了解更多。他想找到正在發揮影響的具體基因。現在他有了一種可以精確定位基因的工具，這在他開始測驗孩子們時甚至無法想象。普洛明和他的同事一直在用一種叫做微陣列的裝置掃描受試者的基因，這是一種小晶片，可以識別五十萬個獨特的DNA片段。這種強大的工具與大量的兒童研究相結合，意味著他可以檢測到對分數變異只有微小影響的基因。
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儘管如此，當普洛明和他的同事公佈他們的微陣列研究結果時——有史以來規模最大的智力相關基因搜尋——結果卻令人失望。研究人員只發現了六個顯示出對測試分數有影響跡象的遺傳標記。當他們執行嚴格的統計測試以檢視結果是否是僥倖時，只有一個基因通過了。它解釋了分數變異的0.4%。更糟糕的是，沒有人知道該基因在體內的作用。
“在某些方面，這真的很讓人沮喪，”普洛明說。
普洛明的經歷是研究智力的科學家的典型經歷。除了使用微陣列，他們還在使用腦部掃描和其他複雜技術來記錄基因和環境在智力發展中共同採取的一些複雜舞步。他們開始看到智力差異如何反映在大腦的結構和功能中。一些科學家甚至開始構建一種新的智力願景，將其視為資訊在大腦中流動方式的反映。但是，儘管取得了所有這些進展，智力仍然是一個深刻的謎。“我們知道的非常少，這真是令人驚訝，”明尼蘇達大學的心理學家溫迪·約翰遜說。
隱藏在顯而易見之處
在某些方面，智力非常簡單。“這是每個人在別人身上觀察到的東西，”弗吉尼亞大學的埃裡克·圖克海默說。“每個人都知道有些人比其他人更聰明，無論這在技術上意味著什麼。這是你在與人交談時在他們身上感覺到的東西。”
然而，這種直覺很難轉化為科學定義。1996年，美國心理學會發布了一份關於智力的報告，其中僅指出“個體在理解複雜概念、有效適應環境、從經驗中學習、參與各種形式的推理、透過思考克服障礙的能力方面彼此不同。”
為了衡量這些差異，20世紀初的心理學家發明了各種思維測試，例如數學、空間推理和語言技能。為了比較一種測試的分數與另一種測試的分數，一些心理學家開發了標準化的智力量表。其中最熟悉的是智商，它是透過將平均分設定為100來產生的。
然而，智商分數不是任意數字。心理學家可以使用它們來對人們生活的其他特徵做出強有力的預測。根據兒童時期的智商分數，可以對人們在學校和工作場所的表現做出相當好的預測。高智商的人甚至比普通人更長壽。
“如果你有一個智商分數，這是否告訴你關於一個人認知優勢和劣勢的一切？不，”加州大學歐文分校的理查德·J·海爾說。但即使是一個簡單的數字也可能說明一個人的很多情況。“當你去看醫生時，發生的第一件事是什麼？有人測量你的血壓和體溫。所以你得到兩個數字。沒有人會說血壓和體溫概括了你健康的全部，但它們是關鍵數字。”
那麼，智力分數的基礎是什麼呢？“它肯定觸及了一些東西，”美國國家心理健康研究所（NIMH）的精神科醫生菲利普·肖說。關於分數反映的內容的最有影響力的理論已經有一個多世紀的歷史了。1904年，心理學家查爾斯·斯皮爾曼觀察到，在一種測試中表現良好的人往往在其他測試中也表現良好。從一個分數到另一個分數的聯絡不是很緊密，但斯皮爾曼看到了足夠的聯絡，宣稱這是他稱之為g因素的結果，g是通用智力因素的縮寫。
斯皮爾曼無法說出通用智力是如何從大腦中產生的。近幾十年來，科學家們一直在尋找答案，方法是尋找大量人群的測試分數中的模式。粗略地說，這些變異有兩個可能的來源。環境影響——從父母撫養孩子的方式到他們發育過程中可能患的疾病——是一個來源。基因是另一個來源。基因可能會以某種方式塑造大腦，使個體在回答智力測試中的問題時表現得更好或更差。
從20世紀60年代開始，科學家們透過研究雙胞胎獲得了關於基因和環境作用的線索。為了瞭解為什麼雙胞胎對智力研究人員如此重要，假設一對同卵雙胞胎在嬰兒時期被分開並被不同的父母收養。他們擁有相同的基因，但經歷了不同的環境。如果他們的基因對他們的智力測試分數沒有任何影響，那麼你可能會期望他們的分數彼此之間的相似程度不會高於兩個無關的人。然而，如果基因在智力中起著關鍵作用，那麼同卵雙胞胎應該更相似。
“兩個基因相同的人的相關性與一個人一年後的自身一樣高，”普洛明說。“分開撫養的同卵雙胞胎幾乎與一起撫養的同卵雙胞胎一樣相似。”但是這些相似之處也需要時間才能顯現出來。“到16歲時，這些被收養的孩子與他們的親生父母的智商相似，就像由親生父母撫養的孩子一樣，”普洛明補充道。
諸如此類的結果說服了普洛明，基因在智力中起著至關重要的作用，儘管它們顯然不是單獨起作用的。“這就是讓我說，‘我們需要做的是開始尋找一些基因，’”他說。
未知的領域
在20世紀90年代初期，當普洛明開始尋找基因時，他幾乎沒有同伴。“我知道沒有人會瘋狂到去做這件事，”他評論道。
普洛明不能簡單地掃描人類基因組，因為它尚未被繪製出來。但是遺傳學家已經鑑定出許多基因，如果以某種方式發生突變，則與智力遲鈍有關。普洛明推斷，這些基因的其他變異可能會產生更微妙的智力差異。他和他的同事比較了在智力測試中得分高或低的兒童。他們尋找了在其中一組或另一組中異常頻繁出現的100個基因的變體。“我們實際上沒有在那裡找到任何東西，”他說。
因此，普洛明擴大了搜尋範圍。他沒有檢視預定義的基因集，而是繪製了他受試者染色體上散佈的數千個遺傳標記。如果一個標記在高分或低分學生中頻繁出現，那麼附近可能存在一個與智力相關的基因。他和他的同事增加了研究中的兒童人數，以便他們可以檢測到效果較弱的基因。在研究的某個階段，普洛明認為他已經找到了智力與一個名為IGF2R的基因之間的真實聯絡，該基因編碼一種生長因子受體，該受體在大腦中活躍。但是當他和其他人試圖複製結果時，他們失敗了。“看起來它並沒有成功，”他說。
普洛明懷疑他需要更多的遺傳標記來找到智力基因。當卵子和精子發育時，它們的染色體交換DNA片段。兩個DNA片段彼此越接近，它們就越有可能一起傳遞下去。但是在普洛明早期的研究中，數百萬個DNA核苷酸分隔了每對標記。智力基因可能離遺傳標記太遠，以至於它們有時一起傳遞，有時不一起傳遞。他需要一組更密集的遺傳標記來減少這種情況發生的可能性。
普洛明非常高興地獲得了可以檢測50萬個遺傳標記的微陣列——比他以前使用的多數百倍。他和他的同事從7000名兒童那裡獲得了臉頰拭子，分離出他們的DNA，並透過微陣列執行。結果再次令人失望。
“我不願意說我們已經找到了智力基因，”普洛明宣稱，“因為已經有很多假陽性。它們的影響太小了，你將不得不在許多研究中複製它們才能對它們非常有信心。”
未能找到智力基因本身對普洛明來說非常有啟發意義。雙胞胎研究繼續說服他基因的存在。“最終存在DNA變異對此負責，”他說。但是迄今為止檢測到的每個變異只對智力差異做出微小的貢獻。“我認為沒有人認為最大的影響會佔不到1%，”普洛明指出。
這意味著必須有數百個——甚至數千個——基因共同產生基於基因的智力變異的全部範圍。普洛明懷疑有些基因專門用於語言技能，而另一些基因專門用於空間理解。在雙胞胎研究中，個體在所有這些不同型別的智力測試中往往得分相似。如果基因屬於專門的集合，一個人可能會繼承一種天賦，而不會繼承其他天賦。
普洛明還推測，他的結果為基因如何影響大腦中的智力提供了一些暗示。“如果有許多小影響的基因，它們不太可能都集中在大腦的某個區域，”他認為。相反，這些基因可能影響大腦區域的龐大網路。而每個與智力相關的基因都可能在大腦的不同部位產生許多不同的影響。
對普洛明假設的最終檢驗將不得不等到科學家們最終整理出一份對大腦工作方式有無可爭辯的影響並且與智力分數相關的基因列表。這份列表可能需要很長時間才能完成，但普洛明受到了來自完全不同研究領域的新結果的鼓舞：大量新的神經影像學研究試圖在大腦本身中找到智力的標記。
智力的形狀
肖和他在NIMH的同事一直在分析學齡兒童的腦部掃描。研究人員每年都會對他們發育中的大腦進行成像，肖主要關注圖片揭示的關於大腦皮層（大腦最外層，最複雜的資訊處理發生的地方）的生長。大腦皮層會繼續改變形狀和結構，直到人們達到20歲出頭。肖發現，智力測試分數的差異反映在大腦的發育方式中。
在所有兒童中，隨著新神經元的生長和產生新的分支，大腦皮層會變厚。然後，隨著分支被修剪，大腦皮層會變薄。但是在大腦皮層的某些部分，肖發現，不同智力水平的兒童的發育過程有所不同。“超級聰明的孩子一開始非常薄，”肖說。“他們變得相對較厚，但在青春期，他們又很快變薄。”
從成人大腦的研究中也出現了類似的模式。研究人員發現，智力分數高的人往往具有某些大腦皮層區域，這些區域比平均水平大。肖預計，其中一些模式將最終被證明是環境的結果。但是大腦皮層的這些區域在雙胞胎中往往大小相同，這表明基因也對某些差異負責。
近年來，科學家們還發表了許多研究，聲稱他們已經發現了在智力測試中得分高的人的獨特大腦功能模式。最近，海爾和新墨西哥大學的雷克斯·尤金·榮格調查了37項檢查區域大腦大小或活動的研究，以尋找他們結果的總體模式。正如普洛明所預測的那樣，海爾和榮格沒有在大腦中找到一個“智力點”。相反，他們識別出散佈在大腦皮層周圍的許多重要區域。其他研究表明，這些區域中的每一個都與不同型別的認知有關。“看起來智力是建立在這些基本的認知過程之上的，例如注意力和記憶，以及可能的語言能力，”海爾說。
除了描述構成大腦皮層的灰質組織外，這些研究還在連線大腦皮層遙遠部分的白質中發現了智力的特徵。智力高的人往往擁有比其他人更有組織的白質束。“白質就像電線，”海爾說。“如果你考慮一下，你知道，智力真的需要處理能力和速度；白質會提供速度；灰質會提供處理能力。”
海爾認為，這些“智力網路”的組成部分在不同的人身上可能以不同的方式工作。“你可以認為自己非常聰明，因為你既有很多速度，又有很多處理能力——你兩者兼有，”他說。“或者你可以考慮有很多其中一種，而另一種較少。所有這些組合都可能產生相同的最終結果，因此你可能有兩個同樣聰明的人，但他們的大腦從根本上以不同的方式達到這種行為，無論你怎麼衡量它。”
海爾承認，這些想法只不過是推測。儘管如此，他認為神經影像學已經使科學家對智力有了更紮實的理解。“我可以用少數幾個區域的灰質數量來預測全面智商，”他說。海爾懷疑，在不久的將來，在磁共振成像掃描器中進行10分鐘掃描可能會揭示與高中生參加四個小時的SAT考試一樣多的資訊。
一些心理學家還沒有完全準備好採取這一步。他們不認為智商和g應該被賦予超出其應有意義的更深層次的意義。首先，除了腦力旋轉立方體和完成類比之外，生活中還有很多其他方面。“我認為人類智力是多方面的，非常複雜，”弗吉尼亞大學的圖克海默說。不幸的是，他補充說，幾乎沒有任何關於智力其他方面的工作。
“我們可以將g用於許多有用的事情，但我不認為由此可以得出結論，人類智力是一個稱為g的單一事物，我們可以在大腦中以字面意義上的方式找到它，”他說。經度和緯度對於導航也很有用，他指出，但這並不意味著地球上實際上刻著一個網格。
明尼蘇達大學的約翰遜為g因素辯護，認為它觸及了大腦中的某些重要事物，但是，與海爾一樣，她不認為它是一種一刀切的通用智力。“雖然智力具有某種普遍性，但使我的智力具有普遍性的東西與使你的智力或任何其他人的智力具有普遍性的東西不同，”她說。“我們的大腦具有足夠的可塑性，以至於我們每個人都組合出一種不同的通用智力。”
確定基因在產生不同型別智力中所起的作用無疑將非常困難。並且完全有可能，與智力相關的基因列表可能包括許多實際上不具有大腦特定功能的基因。圖克海默提出了以下思想實驗：想象一個與女性產道寬度相關的基因。攜帶窄產道基因的女性在分娩時往往會遇到更多麻煩，並且她們的嬰兒發生氧氣剝奪的風險更高。結果，她們的嬰兒平均智商分數比攜帶不同版本基因的嬰兒低幾個點。而其中一些孩子也將攜帶窄產道基因。
“這些嬰兒將擁有一個與低智商相關的基因，”圖克海默說。“那麼你是否得出結論，這是一個智商基因？嗯，不完全是；這是一個產道基因。基因可能與智商相關的途徑非常多變，幾乎不可能知道。”
圖克海默自己的研究說明了從基因到智力的聯絡中的另一種複雜性：基因並非與環境隔離地發揮作用。事實上，同一個基因在不同的環境中可能具有不同的效果。當圖克海默注意到關於智力的大型雙胞胎研究中很少有貧困兒童時，他開始意識到這一點。“非常貧窮的人沒有時間或資源或興趣去做志願者研究，”他說。
圖克海默發現，其他資料庫中有更多的貧困兒童。他能夠分析數百對雙胞胎的測試分數，同時考慮到他們的社會經濟地位——一個基於包括家庭收入和父母教育水平在內的因素的類別。他發現，基因效應的強度取決於兒童的社會經濟地位。在富裕家庭的兒童中，大約60%的智商分數差異可以歸因於基因。另一方面，對於貧困家庭的兒童，基因幾乎沒有作用。
圖克海默和他的同事在2003年發表了這些結果；在2007年5月，他們使用另一個數據庫複製了該模式。研究人員沒有比較智商分數，而是研究了1962年839對雙胞胎在國家優秀獎學金資格考試中的表現。基因再次在貧困兒童的分數差異中幾乎沒有作用，而在較富裕的兒童中則發揮了更大的作用。圖克海預設為，貧困帶來了強大的環境力量，這些力量可能會從子宮到學校及以後塑造智力。但是，當孩子們在相對穩定的富裕家庭中長大時，基於基因的差異可能會開始顯現出來。
似乎這種複雜性還不夠，科學家們還發現，基因反過來可以改變環境對我們智力的影響。去年，英國科學家發現母乳餵養與智商測試分數的提高之間存在關聯——但前提是兒童攜帶特定基因的特定變體。如果他們攜帶另一個變體，母乳餵養的兒童的得分與喝配方奶的兒童沒有差異。
基因也可能以影響智力發展的方式影響行為。“人們創造自己的環境，”約翰遜說。“如果你看到一個孩子對藝術或數學非常感興趣，你更有可能出去給他買一本數學書或一些蠟筆。所以他們會練習它，並且變得與沒有數學書的孩子更加不同。父母會對孩子做的事情做出反應。我們的模型根本無法很好地衡量這一點。”
這種效應可能解釋了雙胞胎智力研究中最令人困惑的模式之一：隨著人們年齡的增長，基因對測試分數的影響如何變得更強。基因可能會影響人們如何塑造他們的智力環境。選擇尋求新的體驗、閱讀書籍和參與對話可能會改變大腦。並且隨著孩子們長大並接管自己生活的控制權，這種效應可能會變得更強。
“智力有點像大腦的湧現特性，”肖說。“你出生時帶有15個基因，它們決定了你將有多聰明以及你的大腦將如何發育的想法幾乎肯定是錯誤的。”
為什麼要研究智力？
智力可能非常複雜，科學家們在理解智力方面可能取得了令人沮喪的微小進展。然而，許多智力專家仍然看到繼續追求的實際價值。例如，海爾希望，對智力基於大腦的理解將幫助教師設計最有效地教育兒童的策略。
“當我們進入21世紀時，最大限度地提高和最佳化人們的教育非常重要，”他認為。“這就是利害攸關的。”
普洛明建議，通過了解人們的基因譜，可能會找到培養學習的最佳方法。如果正如他預期的那樣，微陣列研究最終確實揭示了智力基因，那麼就有可能測試兒童攜帶哪些版本。
“你可以獲得遺傳風險指數，”普洛明說。“你可以看到哪些孩子有閱讀障礙的遺傳風險，然後你可以進行干預。希望你可以預測和干預計劃以預防這些問題，而不是等到它們在學校發生。”
對於一些心理學家來說，智力是人類天性中如此有趣的一部分就足夠了。“智力和智力測試分數在許多方面都是整個心理學中最好的預測指標，”圖克海默說。“這就是使它迷人的地方。如果你知道我的SAT分數，並且想知道我在幾乎任何事情上的表現如何，那麼這些SAT分數遠非完美的預測指標，但它們遠比了解我的性格要好。智力真的有效。存在這種明顯的心理品質，可以讓你對人類做出預測，但當你試圖以具體的數字方式將其束縛住時，它會變得非常滑溜。所以這只是一個非常有趣的科學問題。”
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注意：本文最初標題為“智力搜尋”。