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什么决定了我们的智力?

2017-03-20  |  《大科技》杂志 收藏(205)  | 

1955年,爱因斯坦因主动脉瘤破裂,在美国普林斯顿医院去世,脑外科医生托马斯·哈维偷走了他的大脑,希望能够在其海绵组织,找到一个天才背后的秘密。

爱因斯坦的大脑被测量、称重并切成240片,然后全部密封在石蜡中并在显微镜下仔细研究。但科学家没有任何发现,虽然其他几个研究人员自那时起做了许多尝试,他们也找不到爱因斯坦的大脑和普通人的大脑之间有什么关键差异。这是为什么呢?难道爱因斯坦的大脑跟普通人的没什么两样?

什么决定了智力?

这个问题困扰了科学家许多年,不过最近几十年的研究让科学家们渐渐找到了这个谜团背后的真相。

原来,决定智力的不是大脑的某个区域的特殊结构,而是基因。现在科学家都认同,人类智商主要由基因决定,剩下的小部分受家庭、教育等后天环境影响。这就解答了哈维的困惑,之所以他没法找到爱因斯坦大脑的特别之处,就在于他的测量方法不正确,用显微镜是没法看到基因的工作方式的。

现在,科学家们用复杂的方法已经在大脑皮层和海绵组织中发现了影响大脑表现的7000多个基因。然而,我们知道,人类的大脑基因库基本上是相同的,那么,为什么会出现一些人比另外一些人更聪明的情况呢?

一些运动员之所以那么优秀,是因为在他们身体里发现了一些变异基因。同样地,科学家们在一些高智商人群的大脑里也发现了能改善神经元工作的变异基因,它们的数量达到数千个以上,总体上对智力的影响高达50%。

比如,2014年,英国伦敦国王学院的大脑研究员发现了一个关键基因NPTN,研究者认为这个基因控制着大脑神经元生长和分裂的速度,决定了大脑皮质层的厚度。大脑皮质层是大脑的表层,其作为控制中心,在这里将进行所有的复杂计算,使大脑能够控制我们的运动、感官和语言发生。

研究表明,NPTN 基因的变异会导致大脑左侧半球皮质的厚薄变化,皮质较薄的,智商相对较低。类似地,其他科学家已经确定了一些关键基因,某些基因可以改变大脑的化学物质,从而使得个体学习能力增强,而其它基因则会引发个体行为的改变,使得一部分人更爱冒险。

不过,这些基因里的每一种,都只能对智力产生细微影响,比如NPTN基因对智力的影响大概为0.5%,影响是十分有限的。单纯凭某种特定的基因,显然还不能完全塑造像爱因斯坦那样的科学天才,要知道这些天才的神经元可以快速交换信息,所有的脑区构造都很卓越。那么,天才头脑那儿还藏有什么秘密呢?

基因是团队玩家

2015年,来自伦敦帝国学院的神经学家找到了问题的关键。

研究人员对122例癫痫患者、63名健康人和100只小鼠脑组织的数千个基因表达进行了仔细分析,然后将分析结果分别与6732名智力正常人群的遗传信息进行比较研究。通过各种复杂计算后,他们发现,不像之前科学家认为的大脑的不同部分具有明确的功能,例如海马区跟记忆有关,视觉区是管理视觉的神经中枢,实际上,大脑的整个区域都是相互影响的。同样地,特定的变异基因也并不能决定一个人的智力,对智力起决定作用的是基因的合作网络。

在基因网络中,各个基因都是相互影响的。比如,如果决定神经元生长的基因的特征为低活性,则神经元生长缓慢,如果活性增加,神经元开始生长得更快。同时,这个基因的活性可以影响其他基因的活性,也可以改善或恶化其他基因的工作。

我们知道,大脑包含大约1000亿个神经元,那么,哪些基因网络对智力起决定影响呢?研究者还真找到了两组重要的基因网络:遗传网络M1和M3。

遗传网络M1由1148个基因组成,它们决定了你的记忆的质量,以及你在解决问题时是否擅长结合你已有的知识和经验。而M3网络由150个基因组成,它决定了你的思考速度、抽象思维能力,以及用创新的方法解决问题的能力。

这两个大脑的基因组发现也支持了神经科学家们早就提出的关于智力的理论。神经学家认为,智力分为两种类型:晶体智力和流体智力。晶体智力是指一个人利用以前的知识和经验解决问题的能力,如语言文字能力、判断力,受后天学习的影响较大。流体智力则是一个人在没有以前经验的基础上,能不能创造性地解决新问题。流体智力好的人,则非常擅长抽象思考、逻辑推理以及运算等等。

在一个人20岁初头,大脑充分发育前,流体智力一直在完善,由于大脑的神经元慢慢老化,它会在30岁的时候退化。但随着知识和经验的积累,晶体智力在一个人生命的大部分时间里都在提高,在大概65岁左右,才开始随着你的记忆力退化而退化。研究结果表明,M1基因网络决定的正是晶体智力,而M3基因网络决定的是流体智力,这两种智力的衰退时间周期也得到了这两种基因网络活性的验证。

改善智力有方法

在确定了M1和M3两个遗传网络对智力的影响后,科学家们还研究了成千上万的神经系统疾病,如自闭症、精神分裂症和癫痫患者,研究结果表明这些人的M3基因网络与健康人的有明显不同。这就说明,基因网络不仅决定一个人的智商高低,而且还决定着他们是否会患上脑病疾病的危险。

现在,研究者正在研究控制M1和M3基因网络的主基因,如果他们取得成功,人类将有可能使用基因编辑来对特定基因进行编辑,以提高人的智力,或者是来治疗癫痫症等神经系统疾病以及认知障碍。

不过,编辑基因提高智力的这一想法还只是在理论上存在可能性。然而,研究人员认为我们现在可以期待的是在将来,研究人员找到了控制M1和M3网络的主基因,并制造出激活主基因的含有活性成分的药品,我们可以在考试和会议之前服用这些药片,这会使得我们思考更迅速,记忆力也会提高,这时“临门抱佛脚”还真有可能。

本文源自大科技<科学之谜>杂志 

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