1955年,愛因斯坦因主動脈瘤破裂,在美國普林斯頓醫(yī)院去世,腦外科醫(yī)生托馬斯·哈維偷走了他的大腦,希望能夠在其海綿組織,找到一個天才背后的秘密。
愛因斯坦的大腦被測量、稱重并切成240片,然后全部密封在石蠟中并在顯微鏡下仔細研究。但科學家沒有任何發(fā)現(xiàn),雖然其他幾個研究人員自那時起做了許多嘗試,他們也找不到愛因斯坦的大腦和普通人的大腦之間有什么關鍵差異。這是為什么呢?難道愛因斯坦的大腦跟普通人的沒什么兩樣?
什么決定了智力?
這個問題困擾了科學家許多年,不過最近幾十年的研究讓科學家們漸漸找到了這個謎團背后的真相。
原來,決定智力的不是大腦的某個區(qū)域的特殊結構,而是基因。現(xiàn)在科學家都認同,人類智商主要由基因決定,剩下的小部分受家庭、教育等后天環(huán)境影響。這就解答了哈維的困惑,之所以他沒法找到愛因斯坦大腦的特別之處,就在于他的測量方法不正確,用顯微鏡是沒法看到基因的工作方式的。
現(xiàn)在,科學家們用復雜的方法已經(jīng)在大腦皮層和海綿組織中發(fā)現(xiàn)了影響大腦表現(xiàn)的7000多個基因。然而,我們知道,人類的大腦基因庫基本上是相同的,那么,為什么會出現(xiàn)一些人比另外一些人更聰明的情況呢?
一些運動員之所以那么 ,是因為在他們身體里發(fā)現(xiàn)了一些變異基因。同樣地,科學家們在一些高智商人群的大腦里也發(fā)現(xiàn)了能改善神經(jīng)元工作的變異基因,它們的數(shù)量達到數(shù)千個以上,總體上對智力的影響高達50%。
比如,2014年,英國倫敦國王學院的大腦研究員發(fā)現(xiàn)了一個關鍵基因NPTN,研究者認為這個基因控制著大腦神經(jīng)元生長和分裂的速度,決定了大腦皮質(zhì)層的厚度。大腦皮質(zhì)層是大腦的表層,其作為控制中心,在這里將進行所有的復雜計算,使大腦能夠控制我們的運動、感官和語言發(fā)生。
研究表明,NPTN 基因的變異會導致大腦左側(cè)半球皮質(zhì)的厚薄變化,皮質(zhì)較薄的,智商相對較低。類似地,其他科學家已經(jīng)確定了一些關鍵基因,某些基因可以改變大腦的化學物質(zhì),從而使得個體學習能力增強,而其它基因則會引發(fā)個體行為的改變,使得一部分人更愛冒險。
不過,這些基因里的每一種,都只能對智力產(chǎn)生細微影響,比如NPTN基因?qū)χ橇Φ挠绊懘蟾艦?.5%,影響是十分有限的。單純憑某種特定的基因,顯然還不能完全塑造像愛因斯坦那樣的科學天才,要知道這些天才的神經(jīng)元可以快速交換信息,所有的腦區(qū)構造都很卓越。那么,天才頭腦那兒還藏有什么秘密呢?
基因是團隊玩家
2015年,來自倫敦帝國學院的神經(jīng)學家找到了問題的關鍵。
研究人員對122例癲癇患者、63名健康人和100只小鼠腦組織的數(shù)千個基因表達進行了仔細分析,然后將分析結果分別與6732名智力正常人群的遺傳信息進行比較研究。通過各種復雜計算后,他們發(fā)現(xiàn),不像之前科學家認為的大腦的不同部分具有明確的功能,例如海馬區(qū)跟記憶有關,視覺區(qū)是管理視覺的神經(jīng)中樞,實際上,大腦的整個區(qū)域都是相互影響的。同樣地,特定的變異基因也并不能決定一個人的智力,對智力起決定作用的是基因的合作網(wǎng)絡。
在基因網(wǎng)絡中,各個基因都是相互影響的。比如,如果決定神經(jīng)元生長的基因的特征為低活性,則神經(jīng)元生長緩慢,如果活性增加,神經(jīng)元開始生長得更快。同時,這個基因的活性可以影響其他基因的活性,也可以改善或惡化其他基因的工作。
我們知道,大腦包含大約1000億個神經(jīng)元,那么,哪些基因網(wǎng)絡對智力起決定影響呢?研究者還真找到了兩組重要的基因網(wǎng)絡:遺傳網(wǎng)絡M1和M3。
遺傳網(wǎng)絡M1由1148個基因組成,它們決定了你的記憶的質(zhì)量,以及你在解決問題時是否擅長結合你已有的知識和經(jīng)驗。而M3網(wǎng)絡由150個基因組成,它決定了你的思考速度、抽象思維能力,以及用創(chuàng)新的方法解決問題的能力。
這兩個大腦的基因組發(fā)現(xiàn)也支持了神經(jīng)科學家們早就提出的關于智力的理論。神經(jīng)學家認為,智力分為兩種類型:晶體智力和流體智力。晶體智力是指一個人利用以前的知識和經(jīng)驗解決問題的能力,如語言文字能力、判斷力,受后天學習的影響較大。流體智力則是一個人在沒有以前經(jīng)驗的基礎上,能不能創(chuàng)造性地解決新問題。流體智力好的人,則非常擅長抽象思考、邏輯推理以及運算等等。
在一個人20歲初頭,大腦充分發(fā)育前,流體智力一直在完善,由于大腦的神經(jīng)元慢慢老化,它會在30歲的時候退化。但隨著知識和經(jīng)驗的積累,晶體智力在一個人生命的大部分時間里都在提高,在大概65歲左右,才開始隨著你的記憶力退化而退化。研究結果表明,M1基因網(wǎng)絡決定的正是晶體智力,而M3基因網(wǎng)絡決定的是流體智力,這兩種智力的衰退時間周期也得到了這兩種基因網(wǎng)絡活性的驗證。
改善智力有方法
在確定了M1和M3兩個遺傳網(wǎng)絡對智力的影響后,科學家們還研究了成千上萬的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如自閉癥、精神分裂癥和癲癇患者,研究結果表明這些人的M3基因網(wǎng)絡與健康人的有明顯不同。這就說明,基因網(wǎng)絡不僅決定一個人的智商高低,而且還決定著他們是否會患上腦病疾病的危險。
現(xiàn)在,研究者正在研究控制M1和M3基因網(wǎng)絡的主基因,如果他們?nèi)〉贸晒,人類將有可能使用基因編輯來對特定基因進行編輯,以提高人的智力,或者是來治療癲癇癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及認知障礙。
不過,編輯基因提高智力的這一想法還只是在理論上存在可能性。然而,研究人員認為我們現(xiàn)在可以期待的是在將來,研究人員找到了控制M1和M3網(wǎng)絡的主基因,并制造出激活主基因的含有活性成分的藥品,我們可以在考試和會議之前服用這些藥片,這會使得我們思考更迅速,記憶力也會提高,這時“臨門抱佛腳”還真有可能。
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