人类智力与大脑的发展

尹媛媛　薛贵

“人皆养子望聪明”，苏轼的这句诗道出了古往今来家长们对于孩子最大的期许：那就是让孩子“占领智商高地”。那么，智力到底是什么？是否智力高就可以取得好成绩？有哪些方法能够提升智力？下面从脑科学的角度全方位解读有关于智力的热门话题。

如何测量智力

20世纪初，法国开始普及全民教育，此时发现有一部分儿童无法像普通儿童一样适应学校，他们在学习上的表现不尽如人意，需要单独进行辅导。怎么才能将这部分儿童全部筛选出来呢？1904年，法国实验心理学家比奈·阿尔弗雷德（Binet Alfred）被任命为智力落后儿童委员会委员，为对儿童智力进行科学评测，他编制出第一套比奈—西蒙智力量表（Binet-Simon Scale）。自此，智力测量的大时代便拉开了帷幕。

同一年，英国心理学家查尔斯·爱德华·斯皮尔曼（Charles  Edward  Spearman）以心理测量学为基础，利用相关系数理论推演出智力结构的“二因素说”，即“G”因素（一般因素）和“S”因素（特殊因素）。其中，“G”指的是人从经验中总结出事物之间的关系并将由此所获得的认识加以运用的能力，也就是人类智力的核心。

斯皮尔曼的学生、美国心理学家雷蒙德·卡特尔（Raymond Bernard  Cattell）认为，“G”因素可以进一步分为两种：流体智力和晶体智力。流体智力是个体解决新颖、抽象问题时表现出来的能力，是一种以生理为基础的认知能力，如记忆、知觉、运算速度、推理能力等;晶体智力则是后天形成的，通过掌握社会文化经验而获得，如词汇概念、常识、言语理解等。常见的韦氏智力量表就是以晶体智力和流体智力理论为基础设计出来的，它包含11个分测验，测量被试的知识、算术、图片排列等能力，最终得出被试的总智商。除此之外，瑞文图形推理测试，也是基于流体智力理论而得以广泛应用的问卷之一。

此外，还有众多智力理论尝试从不同角度对智力进行解析。其中，美国教育家霍华德·加德纳（Howard  Gardner）提出的多元智力理论在教育领域用于多种教育实践活动，该理论认为存在7种相互独立的智力系统，比如言语智力、音乐智力等，这些智力系统在大脑中按照各自的规则运行。该理论虽然在教育界受到广泛欢迎，但是迄今为止在理论基础、测量工具和实证数据上没有得到足够的科学支撑。

可以看到，有关智力的理論一直在发展演化，但至今尚没有达成广泛一致。在脑科学研究的推动下，我们对智力的看法将会取得更大的突破。另外，智力是一个非常复杂的概念，智力测验虽然可以反映个体的某些智力表现，但测验成绩和个体的智力水平并不能等同。

智力高低对人究竟有多重要

非洲有一则关于智力的谚语：“愚人在平地上会迷途，智者在沙漠里也能辨明方向。”智力水平的高低究竟可以对人们产生什么样的影响呢？

智力水平的高低与学生学业水平的高低有很大关联。大量的研究都显示，流体智力在语文和数学学科能力发展中起到了非常重要的作用。随着年龄的增长，流体智力与语文、数学等学科能力的相关显著提高。

智力水平影响个体的工作表现和职业成就。美国大样本的数据表明，智力程度高的人更可能完成高等教育，从事专业性的工作，收入水平更高，工作表现也更好。

智力水平影响人的生活质量。一般而言，智商高的人对自己的生活更有掌控力，他们较少从事危害健康的冒险行为，更不容易受到负面情绪的影响和患精神疾病。发表在《英国医学杂志》（The BMJ）的一项研究表明，童年时期智力测验中得分高的人往往比低的人活得更长寿。世界卫生组织（WHO）的一项报告也显示，聪明的人身体会更加健康，这可能得益于高智商的人更关爱自己的身体、拥有更好的医疗条件以及吸烟饮酒的可能性更小。

但是需要明确的是，智力水平的高低并不是学业以及人生成就的唯一决定因素。除了智力，还有其他因素，包括学习和教育，环境等都是影响个体发展的重要因素。

人在多少岁时达到智力巅峰

美国心理学家卡特尔认为流体智力与晶体智力的发展是不同的，流体智力随生理成长曲线而变化，到20岁左右达到高峰，而后逐渐下降;晶体智力不仅能够继续保持，而且还会有所增长，可能要缓慢上升至25岁或30岁以后，一直到老年时期才逐渐衰退。

除了晶体与流体智力发展的趋势以外，科学家还想探究更细致分类的智力随着年龄是如何发展的。美国麻省理工学院的学者们对48537名参与者进行测试后发现，各项认知能力到达巅峰的年龄不尽相同：对于细节进行记忆的能力巅峰在18岁;大量认知能力，比如视觉空间和抽象推理能力巅峰在30多岁;词汇和日常信息的掌握等其他能力在人们40岁或以后才会达到顶峰。我们的各项认知能力均在60岁前开始下降。

总的来说，人类的智力包含众多内容，每一项的发展趋势都不太一样。传统观念里，人们成年之后各项能力就不再有大的变化。事实上，虽然我们的智力在到达成年阶段就已经基本发展成熟，但是我们的大脑还存在很强的可塑性，也有研究表明，即使在成年以后，智力还是可以通过训练获得有效的提升。因此任何时候，我们都可以追求更高的“智力巅峰”。

脑子越大越聪明吗

老人们常说：“额头大，人聪明。”事实并非如此，如果以脑子大小论智力，那抹香鲸岂不是早就取代人类了？

人类为何能在众多生物中脱颖而出呢？巴西神经科学家苏珊娜·赫库拉诺·霍泽尔（Suzana Herculano  Houzel ）决定往大脑深处寻找答案，她通过用荧光分子标记神经元细胞核的方法来计算各种动物以及人类大脑中的神经元数量，发现人脑共860亿个神经元，而非洲象拥有2570亿个神经元细胞。无论是体积、重量还是神经元数量，人类均少于大象。但大象脑中的神经元98%都集中于负责运动的小脑，而大象大脑皮层中的神经元只有不到60亿，但人类大脑皮层中足足有163亿神经元。可见，在漫长的进化过程中，人类之所以比大多数动物拥有更高智力的基础就在于我们的大脑皮层拥有比其他动物更多的神经元。

除了数量以外，神经元的体积也跟智力有关。荷兰阿姆斯特丹自由大学的娜塔莉·戈里乌诺娃（Natalia Goriounova）团队团队在35名接受脑部手术的人身上提取健康的脑组织，经过分析之后发现：与智商低的人相比，智商高的人的脑部神经元体积更大，这些神经元拥有更多和更长的树突，以便于跟其他神经元建立更好的信息传递通路。

除此之外，科学家们还研究了人类大脑中哪些区域与智力更为相关。美国加州大学尔湾分校的心理学家理查德·海尔（Richard J. Haier）等人基于多项脑成像研究成果提出了智力的“顶额整合理论”，即跟智力最为相关的区域大多位于前额叶和顶叶皮层：前额叶跟计划和意志控制有关，而顶叶则负责整合感觉信息和控制注意力。海尔认为，这两个区域的工作效率越高，人的智力就越高。

扫描大脑就可以知道一个人的智力吗

不需要做任何测试，只扫描一下大脑就可以知道你的智商水平，这听起来是不是有点天方夜谭？现在有一些机构打着脑科学测智力的幌子，号称通过简单的脑电波或者脑扫描就来确定孩子的智力。事实上，有很多脑科学家也在致力于脑成像技术实现这一设想。

早期的研究者受到智力“G”因素的影响，试图寻找单一的大脑指标来描述个体的智力水平。比如，有的研究者测查了人脑的神经传导速度，脑电P300波的大小，或者大脑的体积。这些结果一方面并不太可靠，另外对智力的预测程度也并不高。

美国耶鲁大学的学者们通过对126名参与者的大脑进行功能磁共振扫描来预测参与者做某个特定类型测试的表现。他们发现，流体智力与大脑的额叶和顶叶之间的连接有关，这两个区域交流得越多、连接越紧密，它们之间沟通的效率就越高，参与者在各项流体智力测验中所得分数就越高。还有一些研究者综合采用了大脑的不同指标，包括白质、灰质、神经联系，这些结果表明，通过测量大脑的结构和功能，我们可以在一定程度上预测一个人的智力水平。我们相信，随着研究的不断深入，通过大脑扫描，配合其他的技术和手段，实现对个人智力的准确预测应该是可以期待的，但大家也不要轻信现在市场机构的宣传。

智力是天生的吗

在很多人潜在的观点里，智力是天生的，所谓“天资聪颖”。但智商是不是天生的呢？英国爱丁堡大学的戴维希尔（David Hill）博士的研究发现，人与人之间智商的差别有50%以上都与基因有关;英国科学院院士罗伯特·普洛闵（Robert  Plomin）在对人类基因进行长达50年的研究之后认为人与人之间的智力和个性差异的50%可由遗传解释。同卵双胞胎智力的相关系数大概是0.75，异卵双胞胎的是0.5不到，这意味着智力虽然也可遗传，但是遗传率并不如身高一样强。

遗传的作用是不是在环境的影响下越来越小了呢？具体说来，是不是小时候的表现更多受到环境影响，而长大后的影响就不大了呢？与普通人的观点相反，美国心理学家罗纳德·威尔逊（Ronald Wilson）和其他研究者通过计算同卵双胞胎、异卵双胞胎、兄弟姐妹以及父母与子女之间的智力相关系数，他发现这些智力相关系数都会随着年龄不断增加。因此，威尔逊认为智力的遗传率随年龄呈现逐年上涨的趋势，后来人们将此称为“威尔逊效应”。

既然遗传的作用这么强，那是否存在什么天赋基因呢？如果存在，我们就通过基因检测选择更好的基因，至少可以预测孩子未来的智商。现代科学发现，虽然智力是可以遗传的，也可以通过分析一个人的基因来预测其智力，但智力并不是由几个或者几十个基因决定，而是由大量的基因共同决定。这一方面提示，通过选择或者改变少数基因来提高智力是不太现实的，另一方面也给现在很多基因公司所谓的天赋基因测试带来了挑战。

环境如何影响智力

除了先天的遗传因素，后天的环境因素也会对智力产生重要影响。最直接的例子就是，同卵双生子被不同的家庭领养，多年之后他们的智力水平有了显著差异。也就是说，控制住基因的影响以后，环境对于人智力的作用非常大。

在印度曾经出现过“狼孩”：两个女孩被狼养大，后来被接回正常的环境中。由于教养环境的缺失，她们的智力水平远远落后于同龄人，其中一个孩子卡拉4年时间只学会了6个词语，智力仅相当于三四岁的小孩。研究人员分析后发现她们的大脑在重量与体积上与同龄人无异，但是长期脱离教养使得她们大脑的功能完全退化，对她们的智力发育造成了不可挽回的负面影响。

科学家试图揭示哪些环境因素会对智力有影响。其中，早期的家庭社会经济地位对智力的影响非常明显。哥伦比亚大学教育学院神经科学和教育学副教授金伯莉·G·诺布尔（Kimberly G. Noble）在2015年分析了1099名儿童的大脑，他们发现父母的受教育程度和家庭收入均与儿童大脑皮层的表面积相关。家庭年收入低于2.5万美元的儿童的皮层表面积比超过15万美元的儿童小6%，這种相关性广泛存在于大脑的众多区域，并尤为明显地体现在一些负责语言加工、冲动抑制及其他自我调节的脑区中。

智力真是一代强过一代吗

很多人感叹：“这一代的小孩子就是比我们聪明！”“一代更比一代强”是我们的美好愿望，还是真有科学依据？科学家的研究显示，新一代的年轻人的确比前辈要聪明。确切来说，每一代人都比上一代人的智力分数提升3，这一趋势被称为“弗林效应”。

1983年，美国科学家詹姆斯·弗林（James Flynn）发现从1932年至1978年，美国年轻人的IQ平均指数提高了14点。我们中国人的智力发展水平是否也有类似效应呢？《中国民生发展报告2016》显示，识字方面的能力比数学能力更符合“弗林效应”，而这一效应出现的一部分原因是国民教育的普及以及营养的改善。

但人类智力会一直持续增加下去吗？近些年研究发现这个趋势在减慢，甚至出现了“反转”。挪威的拉格纳·弗里希（Ragnar Frisch）研究中心的两位研究者分析了73万挪威男子的智力数据后发现，1991年出生的人比1975年出生的人智商低了大约5。人类智力出现翻转这个结果的可靠性还需要更多不同国家和地区数据的验证。另外，人们对这个问题的看法也不同。部分科学家认为，新兴的网络技术导致人们更多依赖网络，从而给人类的智力带来了负面影响;一些人却比较乐观，认为当今社会对于智力的需求发生了多层次的变化，传统的智力测验已经不能准确反映社会对智力的要求，所得数值并不代表真正的智力水平。

如何在家庭环境中开发儿童智力

基于环境在改善人的智力上的重要潜力，家长如何为孩子的智力发展提升保驾护航呢？

刻意地练习。畅销书作家马尔科姆·格拉德威尔（Malcolm T.Gladwell）提出“一万小时定律”，他强调天才并非天生智力超群，而是在某个特定领域坚持做到刻意练习。在这一万个小时中，练习不应该是简单的重复，而是连续不断地进步和技能磨合。在家庭环境中，家长可以帮助孩子找到自己的興趣所在，比如弹钢琴、打球等，然后制订科学且可行的刻意练习方案。

丰富的活动。感知觉、记忆和注意力等认知能力均存在关键期，也就是说在这种关键期内给予适宜的刺激可以让能力得到更好的发展，进而影响儿童该项能力的上限水平，继而影响到儿童终身的健康、学习能力、适应能力及心理弹性能力。在家里可以进行一些能调动多种认知能力的游戏或者活动。

均衡的饮食。多项研究表明多吃果蔬可有助于营养的摄入，对大脑的发育是有利的。除此之外，优质蛋白质的摄入也对大脑的健康成长起到积极的作用。

充足的睡眠。睡眠是大脑消除疲劳的主要方式，也是对神经元进行维护的重要手段。在睡梦中，我们大脑里的“清洁工”脑脊液会帮我们清除大脑中的垃圾。如果长期睡眠不足或者睡眠质量不好，我们大脑中的神经元就会受到损害。因此，保证优质且充足的睡眠非常必要。

包容的氛围。压力对于大脑的发育发展有非常负面的影响，家庭作为儿童的心灵港湾，应该尽量营造一种放松和包容的氛围，这样有助于建立和谐良好的亲子关系。

学校应该如何测评与提升学生智力

很多研究显示学校教育对智力影响巨大。数据显示，失教儿童智商显著低于非失教儿童，并且失教时间越长，对智力发展的影响也就越大。除此之外，有研究显示义务教育的年限与智力增长相关，“在学校多接受一年教育，智商随之提高3.7”。

随着脑科学和人工智能的发展，社会发展对智力的培养和教育提出了更高的需求，也提供了更多科学的方法和手段。学校的使命不仅仅是“传递”知识，更要注重对大脑认知能力的科学培养。从学校的角度，可以从以下几方面入手：

加强了解。无论是教师还是学生，都应该更加清晰地了解智力是什么、智力的重要性、科学的定义和构成等。在日常的学习活动中可以多增设智力的科普讲座与课程，认识到科学测评以及有效干预训练的重要性。

科学测评。以往的问卷和考试并不能完全了解学生的能力发展状况，应该引入基于脑科学的科学评估手段，基于大数据常模，以对学生的各方面发展做出全方位、持续性、发展性的精准评估。

课程体系。学校应该在现今的学科教育之上，总结国内外脑科学研究最新进展，结合小学教育阶段学生全面发展的需求，开展有助于提高学生智力的课程体系。这些课程包括专门的脑育课程，与学科融合的课程，综合活动课程，针对特殊学生的专项课程，以及其家校融合的课程等，从而在学校教育中全面培养孩子的能力。

是否有必要专门进行智力训练

认知训练在近年来得到了非常广泛的关注。科学研究表明，专门化的认知训练可以提高个体在特定方面的认知力，包括注意力、记忆力、自控力、阅读和数学能力等。还有研究发现经过长时间的认知训练，个体在进行认知任务时，与之相关的脑区脑血流量增加，多巴胺密度发生改变，并伴有大脑突触活动减弱、兴奋性活动增强。

但是否每一个人都需要接受专门的认知训练呢？这里面有几个重要的考虑因素。一是年龄的因素。比如说，儿童大脑的神经可塑性较高，认知训练带来的收益会更加明显;老年人由于认知的衰退，经过长时间的认知训练之后，可以延缓认识衰退，让他们更好地适应老年生活;二是个体的特殊情况。脑损伤人群也需要定时定量的认知训练，这可以帮助他们刺激对应的脑区活动，改善因大脑损伤造成的负面影响。还有一些特殊的个体，包括多动症、自闭症、学习困难，甚至抑郁和精神分裂等精神疾病，认知训练也可以带来比较显著的改善效果，同时不会有药物带来的副作用。而对于正常的成年人来说，如果日常工作活动中要从事复杂的脑力活动，专门训练的收益相对较小。但对于智力活动相对较少的人来说，认知训练也是一个很好的补充。需要注意的是，认知训练是一个广泛的概念，除了一些专门的认知训练游戏，体育锻炼、读书等都是很好的认知训练。