大腦結(jié)構(gòu)，真的能反映智商嗎？

來源：神經(jīng)現(xiàn)實

IQ是腦成像研究中被研究得最多的特征之一。然而，根據(jù)近日發(fā)表于《科學》（Science）的一項研究，在兒童群體中，IQ與大腦結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系實際上比社會經(jīng)濟地位更弱。

研究結(jié)果表明，一旦控制社會經(jīng)濟地位這一因素，IQ與大腦差異之間看似存在的關(guān)聯(lián)基本上就會消失。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)凸顯了在分析腦成像數(shù)據(jù)集時納入社會經(jīng)濟地位因素的重要性。

“如果你在腦成像實驗中沒有正確考慮社會經(jīng)濟地位，”研究作者之一、圣路易斯華盛頓大學神經(jīng)學教授尼科·多森巴赫（Nico Dosenbach）說，“你就會把自己騙了。”

多森巴赫及其同事分析了青少年腦認知發(fā)展研究（Adolescent Brain Cognitive Development, ABCD Study）中約12000名9至10歲兒童的MRI掃描數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)，尋找大腦結(jié)構(gòu)和功能指標與649項心理、健康、社會及環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，社會經(jīng)濟變量——例如家庭收入以及兒童居住地點——與功能連接性和皮層厚度的關(guān)聯(lián)最為顯著。

研究發(fā)現(xiàn)，社會經(jīng)濟差異能夠解釋參與者之間功能連接性變異的16%。未參與該研究的斯坦福大學心理學教授拉斯·波德拉克（Russ Poldrack）表示，這屬于“此類研究中所觀察到的最大效應之一”。社會經(jīng)濟地位還能夠解釋大約13%的皮層厚度變異。睡眠和屏幕使用時間也與這些大腦特征高度相關(guān)，盡管關(guān)聯(lián)強度仍弱于社會經(jīng)濟因素。

波德拉克表示，這些發(fā)現(xiàn)對研究人員未來如何開展和解讀相關(guān)研究具有重要意義。“我們必須非常深入地思考可能存在的混雜因素。我們不能只是計算相關(guān)性，然后假定它們就代表了我們以為的含義。”

根據(jù)多森巴赫團隊于2022年發(fā)表的一項研究，IQ和工作記憶等心理表現(xiàn)指標，與大腦差異之間的關(guān)聯(lián)強于心理健康指標。然而，本研究作者之一、圣路易斯華盛頓大學醫(yī)學院放射學助理教授斯科特·馬雷克（Scott Marek）表示，當研究團隊將社會經(jīng)濟地位納入分析后，他們此前發(fā)現(xiàn)的IQ與大腦組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)便消失了。

在這項新研究中，研究團隊訓練機器學習模型，根據(jù)腦掃描數(shù)據(jù)預測IQ。當模型使用完整的ABCD數(shù)據(jù)集進行訓練時，能夠準確預測IQ；但當模型僅使用高社會經(jīng)濟地位兒童的數(shù)據(jù)進行訓練時，預測能力則消失了。研究顯示，僅使用較低社會經(jīng)濟地位兒童的數(shù)據(jù)訓練的模型，其預測IQ的效果與使用全部樣本訓練的模型一樣好。

即使這些模型最初只是被訓練來根據(jù)腦掃描預測IQ，它們對兒童社會經(jīng)濟地位的預測能力仍然超過了對IQ的預測能力。馬雷克表示，這說明模型實際上識別的是社會經(jīng)濟地位在大腦中的特征信號，卻將其誤認為是IQ的信號。

“他們居然能夠基于社會經(jīng)濟地位建立出具有預測能力的模型，這令人難以置信。”未參與該研究的匹茲堡大學精神病學與兒科學教授比阿特麗斯·盧娜（Beatriz Luna）表示。“我們原本就直覺認為社會經(jīng)濟地位會產(chǎn)生影響，但這種影響的強度仍然令人驚訝。”

多森巴赫指出，社會經(jīng)濟地位與感覺皮層和運動皮層的關(guān)聯(lián)最強，而不是與負責高級認知功能的額頂葉區(qū)域關(guān)聯(lián)最強。此前研究表明，這些感覺和運動區(qū)域也會對覺醒狀態(tài)產(chǎn)生反應，包括睡眠不足和壓力。因此，這些大腦變化可能反映了兒童如何適應自身所處環(huán)境。波德拉克表示，他在一年時間里數(shù)百次掃描自己的大腦時也觀察到了類似現(xiàn)象。功能連接性變化最大的區(qū)域同樣出現(xiàn)在感覺和運動區(qū)域，而且這些變化與他是否攝入咖啡因密切相關(guān)。

研究人員表示，這項新研究并不能直接證明社會經(jīng)濟地位或其他變量導致了大腦功能差異。但馬雷克認為，這些發(fā)現(xiàn)可以作為一個“路標”，為未來探索具體機制的研究提供方向。

波德拉克表示，這篇論文“提出的問題和回答的問題一樣多”。其中一個尚未解決的問題是，社會經(jīng)濟地位與大腦形態(tài)和功能之間的關(guān)聯(lián)究竟反映的是即時生理狀態(tài)，還是長期發(fā)育效應。波德拉克指出，社會經(jīng)濟地位與功能連接性的相關(guān)性強于與皮層厚度的相關(guān)性，而功能連接性會隨著時間發(fā)生變化，皮層厚度則在整個生命過程中相對穩(wěn)定。這一點暗示，該研究所探測到的部分現(xiàn)象可能更接近一種短暫狀態(tài)，而非永久性結(jié)構(gòu)特征。

馬雷克表示，在未來研究中，他計劃追蹤社會經(jīng)濟因素與大腦功能之間的關(guān)聯(lián)究竟最早在生命的哪個階段出現(xiàn)。一些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從出生到2歲期間，就能夠檢測到社會經(jīng)濟地位與大腦結(jié)構(gòu)之間可測量的關(guān)聯(lián)。“我們需要弄清這種關(guān)聯(lián)究竟是在什么時候出現(xiàn)的，以及它對兒童此后一生中的腦健康結(jié)局意味著什么。這些問題都需要進一步探索。尤其是在像我們這樣的社會中，不平等程度已經(jīng)達到當前這樣的水平。”馬雷克說道。

作者：Natalia Mesa

https://www.thetransmitter.org/brain-imaging/iqs-link-to-brain-structure-function-in-children-may-be-a-mirage/

閱讀最新前沿科技趨勢報告，請訪問21世紀關(guān)鍵技術(shù)研究院的“未來知識庫”

未來知識庫是 “21世紀關(guān)鍵技術(shù)研究院”建 立的在線知識庫平臺，收藏的資料范圍包括人工智能、腦科學、互聯(lián)網(wǎng)、超級智能，數(shù)智大腦、能源、軍事、經(jīng)濟、人類風險等等領(lǐng)域的前沿進展與未來趨勢。目前擁有超過8000篇重要資料。每周更新不少于100篇世界范圍最新研究資料。 歡迎掃描二維碼或訪問https://wx.zsxq.com/group/454854145828進入。

截止到2月28日 ”未來知識庫”精選的百部前沿科技趨勢報告

（加入未來知識庫，全部資料免費閱讀和下載）