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发表于 2008-11-27 00:00 | Tags 标签:, , , ,

image 原文在这里。作者:Helen Phillips,译者:renard。她的更多翻译文章在这里

人脑究竟有多少能力?最杰出的大脑缘何与众不同?Helen Phillips正在寻求答案。

一个再普通不过的人脑,也值得大书特书。成年人大脑中,大约拥有一千亿个神经元,每个神经元与其周围细胞构成大约5000个突触连接。大脑每秒钟能够产生和打断一百万个新的连接。只要你活得够长,信息在大脑中能够储存一百多年,并且会按照所需自动分类,反复归档,编译剪辑。大脑能利用一系列感受器采集振动、电磁辐射、化学物质以及压力等信息,从而重构我们的周围环境,在几毫秒内分出轻重缓急。大脑支配640多块肌肉,还包揽产能、生殖和基本生命活动等机要工作,根本不用你费心,它就能将我们的意识解放出来投入到社会活动中去,去思考我们存在的意义啦,总结经验教训啦,向那些我们无缘会面的人学习啦,诸如此类。

不过,也有那么些大脑更引人注目一点。最天才最聪明的大脑为何能脱颖而出?有什么物理或生理上的东西能将它们区分出来?现在我们来看一看了不起的灰质,瞧瞧什么样的大脑可能挑战人类成就极限吧。

高智商

智力,是个定义模糊的概念,要在大脑上给这玩意儿一个准确说明其实有些棘手。有一些研究声称智力同脑的大小,重量,体积,或头颅周长等有关,但是并没有得出清晰一致的模式来。加拿大安大略省麦克马斯特大学的Sandra Witelson,研究了生前在IQ测试中得分不一的一百个死人的脑袋,发现半球体积和IQ得分有一定正相关性,但其关系随性别,手的左右利性,以及IQ测试的类型而有所差别(Brain, vol 129, p 386)。譬如,在女性和右利手男性中,语文智力和大脑容量有正相关。女性的视觉空间智力也与脑容量有正相关,但要比语言智力的相关性弱得多。

当然我们不能尽拿大小说事儿。女性的大脑比男性的大脑要小一些(即便根据身体比例校正后,仍然如此),但男女智商却没有相应的差别。事实上,吉尼斯世界纪录最高IQ值由一位叫Marilyn vos Savant的妇女在1986到1989年间保持。顺便要提一下的是,自此之后这个项目已经取消,部分原因在于极高的IQ很难准确测得:采用不同的测试,在不同的状态和时期,Vos Savant的分数从186到228不等。

既然尺寸不足以解释全部问题,那么大脑活动是不是能说明什么问题呢?2000年剑桥MRC认知和脑科学单位John Duncan领导的小组发现一个区域,可以称为大脑的“G点”,它主管“一般智力”,即通常认为IQ测试所测量的智力(Science, vol 289, p 457)。PET扫描显示,完成一个难题或任务来测量一般智力,即“g”时,实际上并不像我们以为的那样会让大部分脑区活动起来,而是额叶外侧皮质非常特异的区域有活动。而完成不能很好测量的g的任务时,活动就比较分散。尽管还不能精确地解释这一发现的意义以及该区域到底做了什么,但可以推测的是,效能、连接,和集中的脑活动可能比大脑尺寸更为重要。

智力或许和工作记忆也有关系。工作记忆储存在G点附近的额中回与额下回。不断练习有时可以训练工作记忆,从而提高IQ,特别是流体智力,即解决新问题的能力。然而,这或许只是在IQ测试中取得高分的捷径,并不说明承载智力的大脑结构有所改进。

最近,巴尔的摩精神健康国立研究所的Philip Shaw发现一项关乎IQ的发育差别。他的小组研究了300多名7至18岁的儿童,将他们分为平均IQ(108分以下),高IQ(108分到120分),超高IQ(120分以上)三组。三组儿童18岁时的大脑皮层总厚度没有差别。但是,平均IQ组的儿童大脑皮层厚度在8岁时达到最大值,在随后的青春期有变薄的趋势;而在超高IQ组,皮层厚度在7岁时比较薄,在十一二岁前持续增厚,之后再变薄。高IQ组的情况介于两者之间。Shaw的结论是:智力乃动态过程,与这一发育时期最高水平的可塑性有关。

语言达人

Ziad Fazah号称掌握了59种语言,其中10种张口就来,剩下的估计花一个礼拜他就能拣起来。他是黎巴嫩人,出生在利比里亚,父亲在哥伦比亚出生。孩童时期他来到黎巴嫩,在码头附近长大,与遇到的各国水手聊天。Fazah在学校里开始学习法语和英语,11岁时立志能讲全世界的语言。于是,三年时间内,他未出黎巴嫩而学了50种语言,一次学好几种,每种大约三个月就能掌握。Fazah一度希望能到联合国工作,好几家情报局也曾联系过他。不过现在他更喜欢平静的生活,在巴西当一名语言教师呐。

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拥有如此神奇的语言天赋靠什么秘诀?Fazah认为没什么特别之处,虽然他说他的记忆“堪比照相机”,他也承认要靠大量学习。在他看来谁都能讲外语。你需要每天花30分钟仔细听当地人的发音,花30分钟研习语法,再花15分钟出声背诵——这是非常重要的一步。最近他又花了一个礼拜掌握了加勒比海克里奥尔人的语言,在接受当地电视采访时说得可溜呢。

Fazah自己从未接近过什么大脑扫描仪,也没有参加过任何一项有关他这种天分的正式研究。不过,其它一些有关语言通的研究表明,造成语言天才的原因并不简单。唯一得到公认的是,早期接触有很大优势。如果未能在出生后头一年内形成语言特异性的声音的记忆,那么识别语言的能力也许会消失,学习语言将变得极其困难(Nature Neuroscience, vol 1, p 351)。在7岁前接触不同的语法似乎也能为将来的学习打开方便之门。另一方面,专家也说,掌握词汇无非是花功夫去记的问题。

科学天才

全世界前所未有的伟大科学头脑最后变成了240片,被包成数罐,装在普林斯顿病理学家Harvey Thomas的车厢里。1955年,在爱因斯坦去世的7小时后,Thomas解剖了爱因斯坦的大脑并报告说没有看出特别之处,仅有衰老带来的微微皱缩,以及比平均尺寸略微小一点。不管怎么说,Thomas仔细拍摄和解剖了这个大脑,将之保存在福尔马林溶液中,等待有新的科学方法来细探神奇灰质的究竟。

Marian Diamond是加州伯克利大学的神经科学家,上世纪80年代早期,她分析了几片取自爱因斯坦大脑前额叶及顶叶的脑片。这几个区域属于“联合”皮层的部分,与高级思维有关。通过与其它11个对照大脑的相应组织切片比较,她发现爱因斯坦的大脑中胶质细胞/神经元的比例高于常人。胶质细胞在不久之前还被看作是神经元的支持细胞,仅有提供能量资源的重要作用。但最近又知道它们也参与神经过程和信号转导过程。鉴于组织保存和切片的方法,胶质细胞的绝对值难以测得,不过看上去爱因斯坦大脑左顶叶的胶质细胞是正常数量的两倍。

Diamond拿她的发现与另一个在相应区域受过损伤的大脑比较,在这个案例报告中拥有该大脑的那名数学家变得既不会写公式也不会用计算尺。一些杰出的数学家觉得抽象概念是很具象的东西,好像它们就实实在在地存在于脑中,可以被摆弄。也许被认为对视觉空间认知重要的这一区域,正是关键所在。当然还有其它一些可能性。爱因斯坦自称有读写障碍,记字词的功夫很差。该区域的损伤会导致读写障碍,所以也可能神经元/胶质细胞比例低和他的词汇障碍而不是逻辑能力有因果关系。

“爱因斯坦的大脑比平均水平宽15%,更接近球形”

90年代中期,另一项研究则把注意力投向爱因斯坦右前额叶的外层数毫米的皮层组织。该区域与工作记忆、计划安排、智能行为的调节、运动协调等有关。伯明翰州阿拉巴马大学的Britt Anderson报告称,此处神经元的数量与大小显示与常人无异,但皮层厚度比平均值更薄(2.1毫米,五个对照大脑平均值为2.6毫米),所以说爱因斯坦的皮层神经元比常人堆积地更为紧密。Anderson猜测更紧密的堆积可能加快神经元之间的交流。

随后,1998年Witelson研究了爱因斯坦的大脑照片。他发现只有顶叶比较特别。爱因斯坦该处的尺寸比平均值宽15%,于是大脑形状更符合球形。其次,该脑区两条主沟(major groove)合并成一条大沟(furrow),据Witelson推测,这会造成局部环路高度整合。此外,正常大脑并不对称,而爱因斯坦的顶叶却是对称的。综上结果,在某些对空间和逻辑能力很重要的关键脑区,可能爱因斯坦的大脑结构与众不同。

再来瞧瞧其他科学家的大脑吧。肯塔基州路易斯维尔大学Manuel Casanova在三位杰出科学家死后研究了他们的大脑组织,发现他们皮层神经元的排列方式很有意思(Autism, vol 11, p 557)。最小的皮层神经元加工模块叫做微柱,由纵向竖直排列、共同工作的细胞群组成。几位科学家的微柱比对照组更小,细胞间空隙更少,意味着同样的皮层空间就有着更多的加工处理单元。计算机模拟显示,加工处理单元小一些可以更好地检测信号,注意力也会更加集中。Casanova还提到自闭症人士和亚斯伯格症人士也具有较小的微柱。

持久耐用

八月份发表的一份研究描述了一则大脑尸检报告,死者Hendrikje “Henny” van Andel-Schipper是名115岁的荷兰妇女,去世时是世界上最高龄的妇女(Neurobiology of aging, vol 29, p 1127)。令人惊诧的是,尸检结果看不出血管损伤,也几乎没有退行性疾病(例如阿尔兹海默症)相关蛋白的堆积,细胞数量看上去与平均年龄60至80岁的人相当。荷兰格罗宁根医学中心Wilfred den Dunnen带领的研究小组因此下结论说,人类认知能力的寿命也许比大多数人的自然寿命还要长。

衰老必然会改变大脑:给大脑供血的血管老化,裹在神经纤维周围的髓鞘和脂类数量减少。大脑体积略有缩小,遍布表面的沟会变宽,脑室(脑内的空腔)略微膨大。随着衰老,神经信号传递的速度也会下降,不同脑区间的协同能力普遍降低,这也就是记忆力越来越差的缘故。不过依心理学家的说法,记忆力在我们二、三十岁时就开始下降,只不过到五、六十岁之前经验和常识在补偿记忆的下降。另外,功能成像显示,之所以人们在完成认知任务时大多有一定程度的稳定表现,是因为成熟的大脑能召集多个脑区共同解决问题以抵消某一特定区域的活性不足。

一些研究人员曾以为痴呆症大概是上了年纪的大脑逃不掉的命运。但这个观点越来越站不住脚了,因为人们不断发现有许多矍铄的百岁老人,他们神志清醒大脑健康。没有什么可供精神长寿的灵丹妙药,除了某些家族遗传的致病因子会引起痴呆外,其余情况都是自发产生或者长年累月造成的,高血压、肥胖、心脏病都会增加中风和痴呆的风险,而锻炼和脑力活动似乎能降低风险。但大脑之持久耐用是清楚无疑的。

“人的认知寿命可能比自然寿命更长”

非凡天赋

全世界大概有百来个“另类天才”,在某一方面具备特别杰出的才能,完全不是他们在其它方面的智力水平相匹配的。天才要么有自闭症,要么一出生或出生后大脑受过创伤,撇开他们超群的技能外,一般智力却低于平均水平。有的人对复杂的场景能过目不忘,精确无误地用画图或雕刻的方式将其重现。有的人能心算数字、平方、质数、或是日期等。有的人能把整本整本的书背下来,有的人能在钢琴上把才听过一遍的协奏曲一气呵成地弹下来。还有的人能徒手画出完美的圆圈。他们为什么会拥有这些独树一帜的才能?

“天才技艺可能以高级认知为代价”

对此人们提出了许多理论。天才总是在某个方面有不可思议的记忆力,其神经心理学基础尚不清楚。一些研究人员称天才的技能来源于不断地练习,有的天才显然是过度痴迷和集中精力于某项练习。也有些研究人员则认为大脑的发育偏差会导致一小部分人对细节问题过分专注,却对整体视而不见。这可能是损伤或左半球连接异常(见大图)导致细节意识过度代偿。很显然,左半球受损会引起自闭症症状,对自闭症患者做磁共振(MRI)扫描的结果显示,他们的白质和常人不同,部分区域连接过强而整体范围连接较弱。

澳大利亚悉尼才智中心Allan Snyder的研究则想说明,每个人都有可能成为天才。他相信部分“基于规则”的高级认知的关闭可以造就天才。这类高级皮层认知功能通常负责更高效的思考和归纳概括的能力,正常情况下将大量基本的下意识信息转化为有用的有意识的概念。Snyder利用跨颅磁刺激(用一束磁脉冲无损伤地暂时中断高级脑功能),使志愿者的一小块大脑皮层失活,然后要求志愿者画画,校勘,或完成复杂运算。他发现普通人的上述技能会因此提高。如此说来,也许只有当大脑一些部分失去活性,记忆力和信息处理能力才会达到最高极限。

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体育健将的智力

体育健将的身体显然不同于常人,这得归功于优良的基因和刻苦的锻炼,那么他们的大脑又如何呢?像飞人博尔特、飞鱼菲尔普斯这些人的灰质有什么令他们立于不败之地的优势所在?

很多体育项目要求特定形式的常规身体运动,必然会给大脑留下某些印记。本体感觉皮层监视着来自躯体各个部位的信号,而邻近的运动皮层控制着动作,其中与最经常使用的身体部位相关联的脑区会因此而扩张。

良好的手眼协调同样有特定的大脑区域与之对应。在实验环境中利用挡板改变手眼关系,将一侧的图像变到另一侧,或将图像上下颠倒,结果发现部分受试人员表现出较强的适应性。那些手眼协调更活跃的人,其运动对侧的PEG区域的活性也越高,PEG区域位于负责空间和躯体的顶叶皮层。

有的人在竞争对手弱而放弃时也会听从大脑的指挥继续坚持。体育活动时意识到的疲累,看来不是由肌肉而是由大脑产生,通过一种名唤白介素6的信号分子介导。而在一些人的脑袋中,这个信号天生比较弱或者比较容易被忽视。或许某些运动员的身体捱过一般人能承受的极限却仍不知疲倦就是这个缘故。

记忆的神话

三天两头拍着脑袋想钥匙放在哪里的人肯定难以想象人类记忆的最高境界。40多岁的AJ能记得十几岁以来每一天的生活;Kim Peek,电影《雨人》的原型,能背出7600多本书以及无数邮编和电话区号。还有Ben Pridmore,英国德比郡一名会计,已经刷新了三项世界纪录:5分钟内记下930位二进制数,15分钟内记下819位数字,10分钟记下364张牌。

记忆力强大如AJ或许是缺少了正常的记忆删减过程。自传体记忆暂时地存储在海马,如果得不到增强或提取,则会逐渐丢失,反之,则会转化为长期记忆存入其它脑区。然而许多专家认为记忆的差别与内在结构无关,没有特别的神经生理学解释,无非是发展的技能。记忆神话通常需要用些屡试不爽的技巧,例如速记法,押韵法,形象化等,抓取一闪而过的记忆存入灰质。另一些记忆神话的创造靠的是强迫性的演练,要么是有策略地进行,要么是因为精神疾病或大脑损伤。好记性需要的是努力和注意力,而不是特别的灰质。

好记性需要的是努力和注意力,而不是特别的灰质。

超感

我们大多数人眼睛里有三类光感受器以感知色彩,但还有些人有四类,因此他们的颜色感知多了一个维度。这些所谓的四色视者无一例外都是女性,因为相关基因位于X染色体上。有位受到研究的四色视者从事室内装饰,她会对一般人眼中的米色系列敏感——因此可见有时超感也发挥不出优势。

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还有一类超级味觉者,味蕾比常人多,感觉到的味道也就更强。敏锐的听觉大多发生于青年人,能听到高达20000赫兹的频率,年纪大了就听不到高于8000赫兹的声音了。不过,大脑的超感并没有什么特别。貌似人类感觉皮层能处理感觉器官传来的所有信息,局限大脑的只是输入的信息量多少,而非处理信息的灰质。

然而,还有一种情况似乎是大脑自己拓展了感官的边界,叫做通感。感官经验相互牵扯,一种感觉唤起另一种感觉。有的人听到某种声音或看到字词数字,会产生颜色感觉。有的人听到声音的同时还有触觉感受,抑或是味觉感受的同时唤醒形状知觉。有种理论认为大脑不同的感觉区域之间连接加强是造成通感的原因。

每23人中1人具有通感,通感有家族遗传性,也就是说有遗传成分的影响。然而我们平常也会用到“有形的味道”或“柔软的声音”等等修辞手法,或许意味着这种超常的心智能力可能我们每个人都至少在某种程度上有所体验吧。

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18 Responses to “[小红猪]美丽心灵”

  1. 沙发!一直惊奇,这么多人具有通感。

  2. 老猫说道:

    挑刺……
    “加勒比海克里奥尔人的语言”
    原文是a Caribbean creole
    这里的creole首字母小写,是“混合语”的意思,由多种语言混杂而成,是比pidgin更高级的有相当固定语法的语言:)

  3. [...] [小红猪]美丽心灵 [...]

  4. 0.618说道:

    太好了!当初看原文好多没看懂啊~真贴心!

  5. 小姬说道:

    好应景,13马上要来讲大脑~

  6. 钱敏说道:

    当我把眼睛摘掉的时候,通常会听不清楚别人在说什么……

  7. Si.说道:

    有一个小问题想请教
    什么是“四色视者”?在网上没有搜索到这个名词的解释。
    谢谢~

  8. 易钧说道:

    这些所谓的四色视者无一例外都是女性,因为相关基因位于X染色体上
    男性不是也有x吗?只不过是数量上的差异而已啊

  9. [...] 原文在这里。作者:Mairi Macleod 译者:renard。老译者一枚,译作可见这里、那里、以及那里。恭喜renard成为第二位小红猪松鼠! [...]

  10. [...] 译者:renard,她的更多译文请见这里,那里。 [...]

  11. yunbao说道:

    有通感的人的比例没这么高~~

  12. DREAM说道:

    看不懂!

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