如果你想增強腹肌，可以做仰臥起坐。想鍛鍊上半身？俯臥撐。然而，要鍛鍊你的智力肌肉，或者提高你孩子的學業表現，答案就不那麼明確了。鍛鍊記憶力、集中注意力和提高智力可以提高孩子們輕鬆度過人生的機會，也能讓成年人更上一層樓。
這個概念本身就與傳統觀念背道而馳。大多數人認為，無論他們多麼努力工作，他們都不會變得更聰明。然而，我們研究實驗室的一些受試者在對大腦進行短短三週的訓練後，智商分數有所提高。這種提高可能非常顯著，至少在軼事上，一些參與者
注意到他們的日常活動有所不同。例如，一位參與者報告說，他的國際象棋技能更敏銳了，並表示：“我可以計劃得更長遠了。” 另一個人說，在彈鋼琴時，視奏音樂感覺更容易了。
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這怎麼可能呢？研究人員長期以來一直認為，流體智力——它反映了你處理新任務的能力，而不是你擁有的事實——是一種固定的屬性，直接遺傳或在生命早期獲得。事實上，有證據表明，流體智力，就像身高一樣，是高度可遺傳的，據估計高達 50% 到 80%。然而，智力仍然可以磨練。正如營養可以影響身高一樣，環境因素也可以使頭腦變得聰明或困擾。考慮一下弗林效應：在至少過去的 65 年裡，測量的智力，例如 SAT 分數，一直在穩步提高，即使人口的遺傳構成沒有發生可測量的變化。
由於高流體智力通常會帶來學業成就和事業成功，科學家們長期以來一直試圖透過各種手段來改變它，其中包括教授推理策略和應試技巧。然而，這些追求大多收效甚微或毫無效果。不過，最近，在我們和其他實驗室中，研究人員開始探索這樣一種觀點，即某些認知訓練活動——特別是鍛鍊工作記憶的任務——可以發揮作用。工作記憶，也稱為短期記憶，使重要資訊隨時可用，以便大腦的其他部分可以利用它來解決問題。例如，心算依賴於工作記憶。更廣泛地說，大腦中的這個儲存系統似乎是流體智力的關鍵組成部分之一。
許多研究發現，工作記憶的變異至少佔個體之間流體智力變異的 25%。我們自己的研究證實，培養這種技能可以提高兒童和成人在流體智力標準測試中的得分。令人驚訝的是，訓練似乎並沒有擴大工作記憶的容量，而是提高了排除干擾資訊的能力。此外，我們和其他研究人員發現，隨著訓練的進展，受工作記憶影響的大腦區域變得不那麼活躍，就好像它們的功能變得更有效率一樣。然而，當大腦處於休息狀態時，這些相同的區域會更加活躍。這種模式向我們表明，我們的程式使大腦更好地準備好執行各種各樣的任務。
練習能讓人更聰明？
在 20 世紀 90 年代，心理學家和神經科學家在理解流體智力背後的基本認知過程方面取得了長足的進步，特別是前額葉皮層的重要性，前額葉皮層是大腦中負責所謂執行功能的區域。前額葉皮層位於前額正後方，負責調節注意力、調節衝動和協調來自其他大腦中心的資訊，以及其他複雜任務。這些功能使您能夠制定計劃、做出決策、發現錯誤和打破習慣。隨著科學家們對這些能力有了更深入的瞭解，一個問題自然而然地出現了：任何型別的干預都能加強它們嗎？這是否可能帶來更強的推理能力？
托克爾·克林伯格和他在瑞典卡羅林斯卡研究所的同事發表了首批旨在解決這個問題的研究之一。2002 年，他們開發了一個專門的計算機程式來鍛鍊工作記憶，並將其提供給七名患有注意力缺陷多動障礙 (ADHD) 的青少年。他們要求另外七名患有 ADHD 的兒童玩更簡單的電腦遊戲。五週後，練習過基於工作記憶干預的小組的症狀有所減輕——具體來說，他們坐立不安的情況減少了。更令人驚訝的是，他們在公認的流體智力衡量標準上的得分也提高了。克林伯格的最初樣本非常小，但他在後來對 44 名兒童的研究中發現了相同的效果。他的發現啟發了其他認知科學家更密切地關注執行功能，將其作為提高智商的一種方法。
在過去的十年中，許多研究小組都取得了令人鼓舞的結果。兒童注意力訓練已被證明可以提高智力分數；音樂指導似乎也提供了好處。來自低社會經濟背景的兒童在玩了鍛鍊推理能力的棋盤遊戲和紙牌遊戲後，在短短 20 小時內，智商分數大幅提高——平均提高了 13 分。老年人在玩了影片遊戲《國家的崛起》以及練習了消耗工作記憶的練習後，提高了他們的流體智力。
為了設計我們自己的干預措施，我們需要一項任務，讓您在腦海中同時處理多條資訊，並將注意力從一條資訊轉移到另一條資訊。我們透過修改一項著名的工作記憶任務，即 n-back 測試（之所以如此命名，是因為參與者被要求跟蹤在系列中倒數第 n 個位置出現的影像、數字或字母）來針對這些特定技能。
在我們訓練任務的 2-back 版本中，受試者在原本空白的電腦螢幕上檢視一系列位於不同位置的方塊[參見第 63 頁的方框]。對於每個方塊，參與者必須決定它在螢幕上的位置是否與倒數第二個顯示的形狀相同。更困難的練習，雙 n-back 任務，要求參與者匹配視覺和聽覺提示——例如，螢幕上的位置，以及他們透過耳機聽到的字母。我們訓練計劃的一個關鍵特徵是，我們可以透過提高 n-back 測試中 n 的值來調整難度，就像您可能會提高跑步機的速度以在鍛鍊時保持挑戰一樣。透過這種方式，我們讓參與者的工作記憶得到了真正的鍛鍊，並根據他們能力隨時間的變化來調整訓練計劃。
不勞無獲
透過改變這些任務的難度，我們希望排除受試者可能僅僅透過重複或透過制定特定策略或習慣來提高的可能性。我們希望他們能夠隨機應變。科學家們長期以來一直在爭論，腦力訓練是否真的能讓你更聰明，還是僅僅讓你更擅長你練習的特定任務。以參加記憶力比賽的人為例。他們訓練記住大約 200 個陌生人的名字或一副洗過的牌中所有牌的確切順序。儘管他們表現出驚人的回憶能力，但這些技巧實際上並沒有讓他們更聰明。記憶力訓練可能很像學習射箭——儘管你的射箭技能提高了，但你的整體健康水平保持不變。我們認為，我們校準的 n-back 訓練更像是一種心血管鍛鍊，針對我們推理能力的許多方面。
在 2008 年的一項實驗中，我們測試了 70 名年輕人的流體智力。然後，我們將他們分成四組，每組分別進行為期一週、兩週、三週或四周的雙 n-back 任務訓練。另一組完全沒有接受訓練。然後，我們對所有受試者進行了重新測試。未受訓練的個人的分數基本保持不變。然而，所有四組在後來的智力測試中都獲得了更高的分數。更多的訓練帶來了更大的成就，因此練習了一個月的人進步最顯著。另一項對 65 名老年人的研究也產生了類似的結果。
兒童表現出更大的變異性。為了測試他們，我們設計了一個類似於影片遊戲的 n-back 任務版本[參見對面頁的方框]。參與的青少年——平均年齡為 9 歲——訓練了四個星期。第二組年齡相仿的兒童花了一個月的時間使用“知識訓練器”——該軟體指導他們掌握一般事實和詞彙專案，以發展所謂的晶體智力。
並非所有參加 n-back 任務訓練的兒童都成功地培養了工作記憶技能。有些人對此興趣不大，而另一些人則隨著難度的增加而變得過於沮喪。然而，進步最大的孩子在專案結束後也在智力測試中獲得了更高的分數。即使在三個月後，在沒有進一步訓練的情況下，這些孩子仍然保留了他們在流體智力方面的大部分增長。使用知識訓練器的年輕人沒有看到這樣的好處。
心理調節
當我們更仔細地研究這種干預可能導致的改變時，我們發現 n-back 訓練使人們在心理上隨著時間的推移變得更加保守。換句話說，那些練習這項任務的人學會了抵制對刺激做出自動反應的衝動。最近的一項研究證明了這種效果：在 n-back 測試中隨著時間的推移變得更加謹慎的兒童在相關的練習中也表現出更大的保留，在相關練習中，他們被告知對除 X 以外的任何字母都說“是”。大約 90% 的字母不是 X，孩子們很快養成了說“是”的習慣，因此產生了很多錯誤。然而，經過一段時間的 n-back 訓練後，孩子們反應變得更慢，不正確的“是”的數量也大大減少。
我們還想知道哪些潛在的大腦差異可以解釋我們觀察到的變化。我們使用功能性 MRI 掃描了 26 名參與者，他們在執行 n-back 任務時以及在休息期間只是睜著眼睛醒著躺著。受試者每天使用我們的 n-back 訓練練習一週，然後我們再次掃描他們。最初，我們發現前額葉皮層和頂葉皮層（就在額葉皮層後面）的部分割槽域活動最強烈——這對於涉及工作記憶的任務來說是一種非常標準的模式。然而，經過訓練後，我們看到這些區域的活動減少了。儘管效能有所提高，但經過一週的練習後，n-back 測試引發的神經活動較少。工作記憶訓練似乎導致更有效的大腦啟用，有點像汽車發動機一旦進入更高檔位就不再需要那麼努力工作一樣。隨著熟練程度的提高，活動減少得到了有力的支援——例如，加州大學歐文分校的心理學家理查德·海爾表明，隨著人們越來越精通俄羅斯方塊遊戲，他們玩俄羅斯方塊遊戲時使用的大腦力量也減少了。
然而，我們的研究產生了另一個有趣的結果。當我們檢視受試者休息狀態下大腦的掃描結果時，我們發現訓練後選定區域的血流量高於訓練前，這些區域與上述區域基本重疊。我們推測，透過訓練變得更有效率的大腦部分在休息時為任務做好了更好的準備；也就是說，它們更健康。這種調節可能有助於解釋 n-back 訓練如何提高不同工作記憶任務和一般智力測試的成績。它也可能解釋這些活動引起的效果如何能夠持續超過訓練期本身。
當然，我們記錄的訓練和轉移效果因人而異，原因尚待充分探討。例如，我們發現個人對智力可塑性的信念會影響他們進步的程度。那些有內在訓練動機的受試者也發現這項努力更有效。
我們正處於認知訓練及其益處研究的開端。我們尚未了解這些效果能持續多久，以及如何使這些活動適合教育環境。更重要的是，我們尚不知道我們看到的改進在多大程度上影響學業成就和其他現實生活中的後果。儘管如此，我們有充分的理由相信，讓人變得更聰明可能有助於他們過上更幸福、更健康的生活。