閒散的頭腦以及它們可能揭示的關於智力的資訊

當更聰明的人的腦部在“休息”時進行掃描時,長距離連線似乎更強

多年來,神經科學家一直這樣告訴實驗物件:“請躺在核磁共振掃描器中放鬆。當您看到螢幕上出現任務說明時,請盡力而為。” 然後,研究人員將使用“躺在那裡放鬆”期間的大腦活動作為純粹的控制條件;科學研究的物件始終是當受試者閱讀、做出財務決策或執行其他任務時“亮起”的東西。

這種情況已經改變。現在人們認識到,頭腦永不休息。而且,如果我們測量一個人躺在掃描器中什麼都不做時的大腦活動,自然發生的波動將揭示有助於以令人興奮的新方式闡明大腦功能組織的網路。初步研究表明,這些“靜息狀態”網路可能有助於闡明精神疾病。而現在,誘人的新結果表明這些網路與智力之間存在顯著聯絡。

智力是一個複雜且在歷史上存在爭議的話題,很大程度上是因為它難以定義和衡量。心理測量學家開發了普通智力的紙筆測試,這些測試傾向於預測其他各種測試和許多生活結果(如薪水)的表現。神經科學家使用現代成像方法來發現透過這些廣泛使用的測試測量的智力的神經相關性。許多研究考察了智商與大腦解剖結構的關係,通常發現許多大腦區域中較大的灰質體積或厚度與較高的智商分數相關。其他研究則著眼於人們執行任務時採取的功能測量,通常發現雙側額葉和頂葉區域最常與智力測試的表現相關聯。


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但是現在,首次對靜息大腦的功能測量為與智商分數相關的大腦網路特性提供了新的見解。本質上,它們表明在聰明的人中,大腦的遠處區域之間的交流比在不太聰明的人中更強大。

 
在最近的一篇論文中,
由宋明領導的中國科學院的研究人員研究了擁有優異智商分數和平均智商分數的人之間靜息大腦網路的差異。他們使用圖論來量化大腦的網路特性,例如大腦遠處區域之間的通訊強度。圖是一種數學表示,由節點(或大腦區域)和它們之間的連線(功能連線或時間相關性)組成,可用於表徵神經網路。像之前的研究人員一樣,他們發現後扣帶皮層是人腦的中心——它是靜息狀態下人腦中連線最廣泛、最密集的區域。此外,在智商分數優於平均水平的人中,大腦遠處區域之間的連線強度更大。另一項2009年的研究得出了類似的結論,並指出,靜息連線和智商之間最強的關係是在額葉和頂葉區域觀察到的,這些區域與智商測試的表現最為相關。

因此,值得注意的是,靜息大腦中長距離連線的強度可以與智商測試的表現相關。當人們在想法之間建立創造性的聯絡時,我們常常會感到印象深刻——也許大腦中的長程連線賦予了這種心理範圍。

這些“靜息狀態”的發現與我們所瞭解的智力在兒童時期如何發展的情況非常吻合。先前的研究發現,在典型的大腦發育過程中,存在從區域性到分散式網路連線的進展。在兒童時期,存在強大的區域性連線和較弱的遠距離連線。這種情況隨著年齡的增長而改變:區域性連線減少,而長距離連線增加。在任何衡量標準下,智力都會隨著年齡的增長而增加,直到成年早期。有趣的是,早期的研究還發現,新皮層的變薄速度較慢(通常被解釋為突觸的修剪)與兒童較高的智商相關;也許較慢的修剪允許建立持久的長距離連線。因此,大腦中長距離連線的強度可能支援智力的增長,並影響成人智力的變化。


一個警告:發現智商的神經生物學相關性不能被解釋為智商是由基因決定的並且在出生時就固定的證據。大多數研究傾向於認為,智商分數受到基因和經驗(如幾乎所有人類特質)的影響。此外,最近的行為研究表明,對成年人進行強化訓練可以提高智商型別的分數。

 
這些關於智力的有趣發現只是利用靜息思維來幫助發現人腦功能組織的新策略的最新成果。1995年左右關於這種靜息大腦活動的早期報告受到了懷疑,但自2000年以來,許多與神經科學其他知識相關的發現使得對靜息大腦連線的研究成為一個令人興奮的研究領域,其研究物件從人類嬰兒到靈長類動物不等。在靜息研究中,兒童或患者不必執行復雜的任務(或任何任務)。因此,靜息掃描被證明對於檢查發育和臨床疾病的廣泛研究非常有用。事實上,許多研究人員現在正在挖掘掃描會話中靜息時期的舊資料集,追溯性地將適度的控制條件轉變為前沿的大腦分析。此外,由於靜息掃描不涉及任何特定任務,因此它們很容易跨站點彙集到大型資料庫中。


在自閉症和精神分裂症中發現的靜息連線模式已經觀察到顯著差異。患有自閉症的人在大腦中與內省最相關的網路中的連線減少。這種較低的連線可能反映了他們專注於自己思想和感受的能力降低,以及對他人的內在精神世界欣賞度降低。相反,患有精神分裂症的人在這個網路中的連線過度。這可能反映了精神分裂症中的自我參照和偏執問題,過度活躍的網路鼓勵患者將他們環境中的事件解釋為與他們自己有特殊相關性。在抑鬱症和阿爾茨海默病中也發現了靜息大腦的特徵性變化,這提高了靜息大腦掃描可能有助於診斷的可能性。


除了疾病和智商之外,這些關於靜息人腦的激動人心的發現提出了這樣一個問題:我們是否正在獲得定量衡量我們最親密和獨特的內在自我的新能力。當您在工作中奔波時,您最“像自己”嗎?還是當您只是坐在椅子上,思緒飄蕩,只是存在時?

 

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