武士楠 張語(yǔ)軒

1955年4月18日，提出相對(duì)論的德國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在美國(guó)普林斯頓病逝，普林斯頓一位名叫托馬斯·哈維的醫(yī)生借解剖愛(ài)因斯坦遺體的機(jī)會(huì)，取走了愛(ài)因斯坦的大腦，試圖從腦結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)這位天才不同于普通人的秘密。而事實(shí)上，他除了將大腦保存在福爾馬林中，什么也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。時(shí)隔多年，神經(jīng)學(xué)家瑪麗安·C·戴蒙德在1985年發(fā)表論文，報(bào)告愛(ài)因斯坦大腦中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞比普通人多73%，此外，愛(ài)因斯坦大腦的前額葉皮質(zhì)中擁有更復(fù)雜的卷曲模式。那么，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和前額葉與智力究竟有什么關(guān)系呢？

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和前額葉與智力的關(guān)系

人腦可能是世界上存在的最復(fù)雜的系統(tǒng)，約有1000億（1011）的神經(jīng)元組成了我們的大腦。1011是什么概念呢？大約是銀河中存在的恒星數(shù)量。此外，神經(jīng)元之間的連接又形成了約100萬(wàn)億（1014）的連接，通過(guò)這些連接，我們得以感知外界的信息，并進(jìn)行傳導(dǎo)、加工，最終做出反應(yīng)。我們幾乎任何一個(gè)行為或者反應(yīng)，都需要大腦的參與。這也是為什么人腦的重量只不過(guò)約為體重的2%，卻要消耗大約1/6的能量。

大腦在早期發(fā)育是非常迅速的。大腦在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中，最快每分鐘可產(chǎn)生25萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，新產(chǎn)生的神經(jīng)元會(huì)遷移至既定位置并功能固化。大腦中所包含的細(xì)胞類型比我們身體中任何其他組織和器官都要多，目前科學(xué)家仍在不斷發(fā)現(xiàn)和描繪大腦中的細(xì)胞類型圖譜。神經(jīng)元在遷移到目標(biāo)位置后會(huì)和周圍的神經(jīng)元相連，形成突觸。人在出生之后，這個(gè)過(guò)程仍在進(jìn)行。在發(fā)育過(guò)程中，大腦會(huì)形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)成人平均數(shù)的神經(jīng)元和神經(jīng)突觸，大概在3歲左右，會(huì)有大量的神經(jīng)元和神經(jīng)突觸開(kāi)始凋亡，那些沒(méi)有成功建立起有效連接的突觸和神經(jīng)元就會(huì)在這個(gè)過(guò)程中消失。

神經(jīng)元的軸突，也就是大腦中的神經(jīng)線，在剛長(zhǎng)出時(shí)是裸露的，傳遞電信號(hào)的速度很慢;在發(fā)育過(guò)程中，外面會(huì)被膠質(zhì)細(xì)胞包裹上，就像電線上套了一個(gè)絕緣膠套，從而大大增加了電信號(hào)的傳導(dǎo)速度。這個(gè)過(guò)程被稱為髓鞘化。包裹在外層的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，就屬于前文提到愛(ài)因斯坦比其他人多出的細(xì)胞類型。在大腦中，神經(jīng)元的數(shù)量只有10%左右，其余90%起到支持、營(yíng)養(yǎng)、免疫作用的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。事實(shí)上，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的作用，可能比我們想象中還要多。

大腦和智力的關(guān)系

關(guān)于智力的定義和分類一直以來(lái)眾說(shuō)紛紜，現(xiàn)在教科書上介紹的至少有五種，一般來(lái)說(shuō)可以通過(guò)認(rèn)知或智力測(cè)試來(lái)定量測(cè)量。智力與腦的關(guān)系更為復(fù)雜。有研究表明，智力分?jǐn)?shù)與額葉、顳葉區(qū)的灰質(zhì)厚度和功能連接具有多重相關(guān)。2015年美國(guó)有項(xiàng)關(guān)于兒童追蹤研究證明，考試成績(jī)上的差距部分可以用額葉和顳葉成熟落后來(lái)解釋，但是額葉和顳葉的落后原因有可能是社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位造成的，我們可以簡(jiǎn)單理解為家庭條件。此前也有研究表明，家庭條件差的孩子，語(yǔ)言發(fā)展比家庭富裕的孩子慢，原因可能是由于家庭貧困的孩子在4歲前每天聽(tīng)到的詞匯量約只有家庭富裕孩子的1/3左右。使用磁共振成像的研究證明，和智力相關(guān)的腦區(qū)在左前額葉皮層（前額后），左顳皮層（耳后）和左頂葉皮層（在頭頂后部）以及連接它們的白質(zhì)關(guān)聯(lián)區(qū)內(nèi)。近期的研究顯示，高智商人群有更大的皮層體積，更大、電信號(hào)傳導(dǎo)更快的神經(jīng)元，但神經(jīng)元的分布反而更稀疏。這些研究表明，智力不僅與大腦的物理指標(biāo)相關(guān)，更與大腦的活動(dòng)方式，以及后天經(jīng)驗(yàn)對(duì)腦的塑造（比如功能連接模式）相關(guān)。

對(duì)兒童青少年來(lái)說(shuō)，并不是發(fā)育越早，或是大腦皮層越厚，智力就一定越高。對(duì)不同智力兒童的腦發(fā)育指標(biāo)研究顯示，盡管相對(duì)于普通智力兒童，高智力兒童的智力相關(guān)大腦皮層厚度的確更厚也發(fā)展更快，但是超高智力的兒童的皮層厚度在學(xué)齡初期（7歲左右）卻遠(yuǎn)低于普通兒童，要到青春期（10-11歲）才迎頭趕上。實(shí)際上，智力越高，皮層厚度發(fā)育峰值期出現(xiàn)得越晚（普通智力約在7歲左右;高智力約9歲;超高智力約12歲），之后皮層厚度因?yàn)樯窠?jīng)修剪和細(xì)胞凋亡而逐漸降低。神經(jīng)修剪的過(guò)程是功能優(yōu)化、認(rèn)知發(fā)展和成熟的過(guò)程。

總體來(lái)說(shuō)，基因和環(huán)境共同作用于大腦的發(fā)育和智力的發(fā)展。許多對(duì)同卵（100%相同基因）和異卵（50%相同基因）雙生子的研究顯示，基因?qū)Υ竽X灰質(zhì)和白質(zhì)體積的個(gè)體差異貢獻(xiàn)約在50%-80%之間，對(duì)功能連接的貢獻(xiàn)只有大約15%;對(duì)智力的貢獻(xiàn)約為42%-85%。因而，為兒童青少年創(chuàng)造有益于腦和智力發(fā)展的環(huán)境，特別是在神經(jīng)修剪大量發(fā)生的學(xué)齡前期（約3-5歲）以及青春期（約10-15歲），對(duì)兒童的學(xué)習(xí)以及終身的腦智提升至關(guān)重要。