互动科普

谁决定了你的智力

撰文  卡尔·齐默 （Carl Zimmer）

翻译  赵瑾

英国伦敦精神病学研究所的行为遗传学家罗伯特·普洛闵（Robert Plomin）致力于研究智力的本质。在他的一系列研究中，耐心极为重要。为了完成研究，他必须观察上万名儿童的成长过程，还得经常向儿童提问：“水和牛奶有什么相似之处”、“日落是在哪个方向”等。最初，他和同事通过面对面的方式或用电话与儿童交流，现在这些儿童都已是十几岁的青少年，可以通过互联网接受测试。

从某种意义上讲，这项研究取得了巨大成功。接受测试的儿童都是双胞胎，从得分情况来看，同卵双胞胎得到的分数比异卵双胞胎更为接近，而异卵双胞胎的分数又比两个没有血缘关系的儿童接近。这些研究结果显示，在智力测试中，基因对儿童的表现有着重要影响。

 但普洛闵并不满足，他还想知道更多：到底是哪些基因在影响儿童的智力？现在，他拥有功能强大的分析工具，可用于寻找这些基因——刚刚启动这项研究时，普洛闵做梦都没想到会有这种工具。他和同事利用一种叫做基因芯片的技术，扫描受试者的基因，可以同时识别50万个不同的DNA片断。基因芯片加上庞大的受试者群体，普洛闵甚至可以找到对智力测试仅有微弱影响的基因。

普洛闵对智力基因的研究，可能是有史以来规模最大的智力研究，但他和同事得到的研究结果却有点令人失望。研究人员只发现6个遗传标记似乎对智力测试的结果有影响，而对试验数据进行更严格的统计学检验后，最终只有一种基因通过检验，它对智力测试结果的影响也只占0.4%。而且，没人清楚这个基因到底有什么功能。普洛闵感叹道：“这真让人泄气。”

其实，在研究智力的科学家中，普洛闵不是唯一有过这样经历的人。除了利用基因芯片，科学家还使用脑部扫描等技术来记录基因和环境因素在智力发育过程中所起的作用。现在，不少科学家都已知道，为什么大脑结构和功能的不同会造成智力差异，他们甚至对智力有了新的认识：它反映了信息在大脑中的流动方式。然而，即使已经取得了如此多的成果，对于人类而言，智力仍是一个未解之谜。美国明尼苏达大学的心理学家温蒂·约翰逊（Wendy Johnson）说：“我们对智力的了解真是少得可怜！”

智力差异

从某些方面来讲，智力非常简单。美国弗吉尼亚大学的埃里克·特克海默（Eric Turkheimer）说：“智力是什么？就是每个人都能在其他人身上观察到的一种特质。无论聪明的标准是什么，每个人都知道总有些人要比另一些人聪明。当你与聪明人交谈时，你就可以感受到这一点。”

然而，要用科学定义来表达这种感受却不容易。1996年，美国心理学协会发表了一份关于智力的报告。但对于什么是智力，这份报告仅提到：“人类理解复杂概念、有效适应环境、从经验中获取新知识、进行各种形式的逻辑思维以及通过思考克服困难的能力，会因不同个体而有所差异。”

20世纪初，为了衡量个体智力差异，心理学家发明了多种测试方法，以鉴定人们在数学、空间推理和语言技能等多方面的思维能力。为了比较人们在不同类型的测试中得到的分数，心理学家又开发了一些标准的智力量表，人们最熟悉的是智力商数（IQ），在这个智力衡量体系中，平均分值为100。

IQ并非一些随意的数字，心理学家可以利用这些数字，准确预测人们的生活状况。比如，我们能根据一个儿童的智商分值，预测他在学习和未来工作中的表现。而且，智商高的人一般都很长寿。

虽然美国加利福尼亚大学欧文分校的理查德·海尔（Richard Haier）曾说：“智商分数并不能告诉你一个人在认知能力上的所有优点和弱点。”然而，从这些简单的数字里，我们还是能得到很多信息。“当你去看病时，首先会发生什么事？可能有人帮你量血压、测体温。没人会说血压和体温能完全反映你的健康状况，但是它们的重要性却不容忽视。”

智商到底代表了什么？美国国家精神卫生研究院的精神病学家菲利普·肖（Philip Shaw）说：“它肯定代表了某些东西。”关于智商代表什么，最有影响力的理论诞生于100多年前。1904年，英国心理学家查尔斯·斯皮尔曼（Charles Spearman）发现，在一种测试中得到高分的人，在其他测试中也会得高分。虽然不同测试间的关联并不紧密，但斯皮尔曼认为，这足以让他相信一个人总能得到高分，是由一般智力因素（general intelligence factor，简称g因素，即注意力、观察力、记忆力、想象力、思维力）决定的。

然而，斯皮尔曼却无法说明一般智力是如何在大脑中产生的。几十年来，科学家一直在寻找答案，他们分析了很多人的智力测试数据，希望找到影响智力的因素。在他们看来，导致智力差异的原因可能有两个：一个是环境的影响，包括父母养育孩子的方法，孩子在发育过程中患过的疾病等；另一个则是基因，它能影响大脑的形成过程，从而决定个体在智力测试中的表现。

从20世纪60年代开始，科学家通过对双胞胎的研究，陆续发现了一些线索，显示出基因和环境对智力的影响。为了说明双胞胎对于智力研究者的重要性，让我们试想一下：在婴儿期，将一对同卵双胞胎分开，由不同的父母抚养。这样一来，他们虽然拥有完全相同的基因，却在完全不同的环境中成长。假如他们的基因对智力测验完全没有影响，那么双胞胎在测试中的表现，就应该像两个没有血缘关系的人。

普洛闵说：“两个具有相同基因的人所表现出的关联性，如同一个人在一年前后表现出的关联性。在IQ 上，分开长大的同卵双胞胎的差异，其实与一起成长的双胞胎很相似，只是这种相似性需要一段时间才能形成。当孩子们长到16岁，由他人抚养的孩子与亲身父母的IQ的相似度，几乎等同于亲身父母与亲自抚养的儿童。”

正是这类研究结果让普洛闵确信，基因是决定智力的重要因素，虽然它不是单独起作用。他说：“这就是为什么我会讲，‘我们现在要做的，就是找出那些影响智力的基因’。”

寻找智力基因

20世纪90年代初，当普洛闵开始寻找这些基因时，做这类研究的科学家很少。他说：“我不知道是否还有其他人会像我这样，近乎疯狂地专注于该项研究 。”

那时，普洛闵无法直接扫描人类基因组，因为人类基因组图谱尚未绘制成功。不过，当时的遗传学家已经发现，当某些基因发生特定变异时，会造成智力迟钝（mental retardation）。普洛闵推测，这些基因的其他变异体，可能就是导致个体在智力上存在细微差别的重要因素。他和同事比较了在智力测试中获得高分与低分的儿童，试图在100种基因的变异体中找出在高分或低分儿童体内普遍存在的变异基因。但他并没有找到这样的基因。

于是，普洛闵扩大了搜索范围。这一次，他没有局限于某一组基因，而是预先确定数千个散布于染色上的遗传标记。如果某种遗传标记在高分或低分学生中频繁出现，它就可能是一种与智力相关的基因（见72页的图示）。普洛闵和同事研究了很多儿童，希望找出即使对智力只有微弱影响的基因。在研究中，普洛闵曾以为，他发现的一种名为IGF2R基因与智力存在着紧密联系（IGF2R编码的蛋白是大脑中的一种生长因子受体），但当他和其他研究者试图重复这个实验时却失败了。普洛闵遗憾地说：“看来我们还是没有成功。”

普洛闵认为，他需要使用更多的遗传标记来找出智力基因。卵子和精子在发育时，它们的染色体会交换DNA 片断。两个DNA片断在染色体上的位置越靠近，它们就越可能一起遗传给下一代。但在普洛闵的早期研究中，每对遗传标记之间都隔着上千万个核苷酸。所以，那些远离遗传标记的智力基因，有时会与遗传标记一起遗传到下一代，有时则不能。他需要一套更密集的遗传标记，以避免不同标记分开遗传。

让普洛闵感到高兴的是，他可以在研究中使用基因芯片，一次检测50万种遗传标记，效率是以前的数百倍！他和同事采集了7000名儿童的口腔细胞样本，从中提取DNA，利用基因芯片进行检测。但检测结果再次令他失望了。

普洛闵说：“不能说我们已经找到智力基因，因为检测结果有太多假阳性——这些呈阳性结果的基因对智力的影响非常微小，我们必须在其他研究中重复这些结果，才能确定真实性。”

虽然普洛闵没有找到智力基因，但这个过程本身却很有参考价值。对双胞胎的研究结果，让他继续相信智力基因的存在。他说：“智力的差异，必定是由DNA的变异造成。”然而，迄今为止所发现的每种变异，都只对智力的差异产生十分微小的影响。普洛闵指出：“我认为每种基因变异对智力差异的影响都不会超过１％。”

这就意味着，成百上千甚至成千上万种基因的共同作用导致了个体间的智力差异。普洛闵并不认为智力基因有分工：某些基因影响语言技能，另一些则影响空间理解能力，因为在对双胞胎的研究中，个体倾向于在各种不同的智力测试中，获得相近的分数。如果这些基因有明确分工的话，一个人也许就只能遗传到某些才能，而非全部。

普洛闵推测，他的研究为了解基因如何在大脑中影响智力水平提供了一些线索。“假如每种基因对智力的影响都很小，它们就不大可能共同作用于同一大脑区域，而是影响着由多个大脑区域形成的网络。每一种智力相关基因，可能会在不同的大脑区域产生不同的影响。”

普洛闵的假说正确与否还有待检验，而检验本身对科学家来说也是一种考验：他们必须将影响大脑工作方式以及智力的基因整理成一个长长的清单，要完成这个清单可能需要很长的时间。但来自神经影像研究的结果却极大地鼓舞了普洛闵，这类新型研究有望找出大脑中的“智力标记”。

深入大脑

肖和同事一直在对学龄儿童的大脑进行扫描分析。研究人员每年会对儿童的大脑进行一次扫描，然后根据大脑影像，观察皮质的生长情况。皮质位于大脑的外层，是最复杂的信息处理场所。孩子们长到25岁之前，皮质的形状和结构会不断改变。肖发现，孩子们的大脑发育状况可以反映他们在智力测试中的得分差异。

对于所有儿童来说，当大脑长出新的神经元，神经元又产生新的分支时，皮质就会变厚；当大脑对神经元分支进行“修剪”，除去不必要的分支后，皮质又会变薄。但在不同智力水平的儿童中，肖发现，皮质中某些部分的发育进程有所不同。肖解释道：“那些聪明小孩的皮质在初期很薄，但后来会比普通孩子厚很多。进入青春期，他们的皮质又很快变得比一般人薄。”

对成人大脑的研究也得到了相似的结果。科学家发现，高智商人群的某些皮质区域比普通人大。肖认为，其中某些模式可能是由环境因素造成的，但在双胞胎中，这些皮质区域的大小相近，说明基因也是导致这些差异的重要因素。

近年来，科学家发表了许多研究结果，他们声称在那些高智商个体中，发现了特殊的大脑运作模式。美国新墨西哥大学的海尔（Haier）和雷克斯·尤金·荣格（Rex Eugene Jung）分析了37项检测大脑区域大小或活动的研究，以期在这些研究中发现某种普遍存在的模式。正如普洛闵料想的一样，海尔和荣格也没有发现可以决定个体智力的单一区域，但他们发现皮质中散布着多个与智力相关的重要区域。其他研究还显示，在这些区域中，每一个都与某一种认知能力相关。海尔说：“这样看来，智力似乎建立在基本认知能力（如注意力、记忆力、语言能力）的基础上。”

上述研究中，科学家不仅发现组成大脑皮质的灰质（gray matter）与智力相关，连接不同皮质区域的白质也具有“智力特征”（参见《环球科学》2008年第4期《大脑白质 智力基石》一文）。海尔说：“如果把智力分开来看，那就是处理问题的能力与速度：灰质赋予我们思考问题的能力，而白质就像一个线路系统，它能让我们以更快的速度思考问题。”

海尔认为，在不同的个体中，“智力网络”的各个部分有不同的运作方式。“你可能很聪明，既有很强的处理能力，也可很快解决问题（即能力和速度两者兼具），也可能只有某一方面的功能较强，而另一方面较弱。不同的组合可以产生相似的结果，因此两个人可能拥有相同的IQ，但他们的大脑是以不同的方式运作。”

海尔承认，他的看法只是一种推测，但神经影像技术能让科学家对智力有更深的理解。“我可以根据某些大脑区域内白质的多少来推测一个人的智商。”海尔认为，在不久的将来，利用磁共振成像对高中生大脑进行10分钟的扫描，所得到的信息将比数小时的考试还多。

然而，一些心理学家并不赞同海尔的观点。他们认为不应该过分夸大智力商数和g因素的重要性，因为除了智力活动，大脑还有很多其他功能。美国弗吉尼亚大学的特克海默说：“我认为人的智力具有多个层面，非常复杂，但科学家对于智力的很多层面几乎没什么研究。g因素对于我们是很有用的，但我认为，我们不能就由此以为人的智力是一种能在大脑中找到的、叫做g因素的东西。”他还指出，对于航行来说，经度和纬度也很重要，但这并不代表地球上真的刻着一个个坐标。

美国明尼苏达大学的约翰逊认为，g因素的确反映了大脑中某些十分重要的东西。不过和海尔一样，她也认为g因素并非一个适用于所有情况的一般智力（general intelligence）。 “虽然智力具有某些一般性特征，但构成我的一般智力的因素，却不同于构成其他人一般智力的因素。大脑具有很高的可塑性，足以让每个人‘装配’出不同的一般智力。”

基因决定智力？

弄清楚基因如何产生不同的智力水平，无疑是一件非常困难的事。在与智力相关的基因中，可能还包含许多与大脑功能无关的基因。特克海默为我们举了一个例子：假设有一个基因与妇女分娩时的产道宽度有关。携带窄产道基因的妇女在分娩时，会遇到更多的麻烦，而她的孩子在出生时，缺氧风险也比其他孩子高。缺氧可能影响智力，让他们的智商比其他人低几分。有些孩子甚至会携带窄产道基因。

特克海默解释道：“这样一来，这些孩子就具有导致低智商的基因。但是，你能说这个基因是智力基因吗？当然不能，它不过是一个产道基因。从这个例子，我们就可以看出基因能以各种方式与智商产生联系，而我们几乎不可能知道，它们到底会以哪种方式与智商产生联系。”

特克海默自己的研究，则阐释了基因与智力间的另一种复杂关系：基因从不会离开环境单独发挥作用。实际上，同一个基因在不同的环境中，作用可能不同。特克海默之所以意识到这一点，是因为他注意到，在大型双胞胎智力研究中，只有极少儿童来自贫困家庭。他解释说：“穷人既没有时间或资源，也没有兴趣来参加这些研究。”

特克海默发现，在其他数据库中，有较多关于贫困儿童的数据。于是，他又根据受试儿童的社会经济地位（根据家庭的收入和父母受教育水平分类），对上千双胞胎的智商进行分析。他发现，基因的作用强度决定于这些儿童的社会经济地位。在来自富裕家庭的儿童当中，智商差异的60%是由基因造成的。与此相反，对于来自贫穷家庭的儿童，基因对智商的影响几乎为零。

2003年，特克海默及其同事发表了上述研究结果。2007年5月，他们又在另一个数据库中发现了同样的模式。该数据库中的数据来自1962年。当时，研究人员招募了839对双胞胎，但他们没有比较智商，而是分析双胞胎在美国模范学生奖学金资格测试（National Merit Scholarship Qualifying Test）中的表现。对于来自贫穷家庭的儿童，基因对分数的影响非常微小，远不及富裕家庭儿童受到的影响。特克海默推测，贫穷是一个作用强大的环境因素，儿童还在子宫里时，它就开始影响智力的形成，而且这种影响会一直持续到这个孩子上学甚至更久。但当儿童在一个富裕家庭中成长时，基因导致的差异就会显现出来。

这似乎还不够复杂，因为基因也可以反过来改变环境对智力的影响。2007年，英国科学家发现，当儿童携带特定基因的某种变异体时，母乳喂养似乎可以提高智商；但如果他们携带的是另一种变异体，母乳喂养与喝配方奶的儿童则没有差别。

基因还会通过影响智力发育的方式来影响个体行为。约翰逊说：“人们会营造属于自己的环境。如果你看到一个对艺术或数学很感兴趣的小孩，你可能会给他买些蜡笔或数学书。这样，他们就会做更多的练习，与那些没有学习资料的孩子越来越不一样。父母一般会根据孩子的行为作出反应，而我们的模型则完全无法测定这些情况。”

上述效应也许就可以解释，当孩子的年龄增大后，基因对智力的影响是如何增强的。基因可能会影响人们营造智力环境（intellectual environment）的方式：寻求新体验、读书、参加各种活动都可以改变大脑。当小孩长大，开始掌控自己的生活时，这种效应就变得更加明显。肖说：“如果你认为基因完全决定了自己的大脑发育以及智力，那你就大错特错了。”

为什么研究智力？

智力极度复杂，我们对它的了解少得可怜。但许多科学家坚信，继续研究智力会产生某些实用价值。例如，海尔希望对智力的了解，可以帮助教师制订最有效的教育方案：“进入21世纪后，如何扩大和优化教育非常重要，我们正处于关键时期。”

普洛闵认为，通过了解人们的遗传特征，科学家可能找到促进学习的最佳途径。如果像他所期望的那样，科学家利用基因芯片技术，最终找到了智力基因，我们就可以检测儿童智力基因的变异类型。普洛闵说：“如果能通过检测，获知哪个孩子可能有阅读障碍，我们就可以对此进行早期干预，预防问题的发生，而不必等到孩子入学后才开始解决问题。” 

对于一些心理学家来说，智力是人类本性中最吸引人的一部分。特克海默说：“在心理学中，智力和智力测验在多种情况下都是最好的‘预测器'，这就是它们如此吸引人的原因。如果你知道我的SAT（Scholastic Assessment Test，学术水平评估考试）分数，并想知道我的实际表现会如何， SAT分数或许不是一个好的预测器。不过，在预测方面，这些分数仍比我的性格更有用。智力的确是有用的。这个明显的心理学特征能让你对他人进行预测，但当你试图以具体数字来描述智力时，它又变得捉摸不定。所以，智力成了一个十分有趣的科学问题。”