1955年4月18日，提出相對論的德國物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在美國普林斯頓病逝，普林斯頓一位名叫托馬斯·哈維的醫生借解剖愛因斯坦遺體的機會，取走了愛因斯坦的大腦，試圖從腦結構中發現這位天才不同於普通人的秘密。而事實上，他除了將大腦保存在福馬林中，什麼也沒有發現。
時隔多年，神經學家瑪麗安·C·戴蒙德在1985年發表論文，報告愛因斯坦大腦中的神經膠質細胞比普通人多73%，此外，愛因斯坦大腦的前額葉皮質中擁有更複雜的捲曲模式。那麼，神經膠質細胞和前額葉與智力究竟有什麼關係呢？
神經膠質細胞和前額葉與智力的關係
人腦可能是世界上存在的最複雜的系統，約有1000億的神經元組成了我們的大腦。1000億是什麼概念呢？大約是銀河中存在的恆星數量。此外，神經元之間的連接又形成了約100萬億的連接，通過這些連接，我們得以感知外界的信息，並進行傳導、加工，最終做出反應。我們幾乎任何一個行為或者反應，都需要大腦的參與。這也是為什麼人腦的重量只不過約為體重的2%，卻要消耗大約1/6的能量。
大腦在早期發育是非常迅速的。大腦在早期胚胎髮育過程中，最快每分鐘可產生25萬個神經元，新產生的神經元會遷移至既定位置並功能固化。大腦中所包含的細胞類型比我們身體中任何其他組織和器官都要多，目前科學家仍在不斷發現和描繪大腦中的細胞類型圖譜。
神經元在遷移到目標位置後會和周圍的神經元相連，形成突觸。人在出生之後，這個過程仍在進行。在發育過程中，大腦會形成遠遠超過成人平均數的神經元和神經突觸，大概在3歲左右，會有大量的神經元和神經突觸開始凋亡，那些沒有成功建立起有效連接的突觸和神經元就會在這個過程中消失。
神經元的軸突，也就是大腦中的神經線，在剛長出時是裸露的，傳遞電信號的速度很慢；在發育過程中，外面會被膠質細胞包裹上，就像電線上套了一個絕緣膠套，從而大大增加了電信號的傳導速度。這個過程被稱為髓鞘化。包裹在外層的神經膠質細胞，就屬於前文提到愛因斯坦比其他人多出的細胞類型。在大腦中，神經元的數量只有10%左右，其餘90%起到支持、營養、免疫作用的神經膠質細胞。事實上，神經膠質細胞的作用，可能比我們想像中還要多。
不同智力人群的大腦皮層發育(Shaw et al，2006，nature)
大腦和智力的關係
關於智力的定義和分類一直以來眾說紛紜，現在教科書上介紹的至少有五種，一般來說可以通過認知或智力測試來定量測量。
智力與腦的關係更為複雜。有研究表明，智力分數與額葉、顳葉區的灰質厚度和功能連接具有多重相關。2015年美國有項關於兒童追蹤研究證明，考試成績上的差距部分可以用額葉和顳葉成熟落後來解釋，但是額葉和顳葉的落後原因有可能是社會經濟地位造成的，我們可以簡單理解為家庭條件。
此前也有研究表明，家庭條件差的孩子，語言發展比家庭富裕的孩子慢，原因可能是由於家庭貧困的孩子在4歲前每天聽到的詞彙量約只有家庭富裕孩子的1/3左右。使用磁共振成像的研究證明，和智力相關的腦區在左前額葉皮層(前額後)，左顳皮層(耳後)和左頂葉皮層(在頭頂後部)以及連接它們的白質關聯區內。
近期的研究顯示，高智商人群有更大的皮層體積，更大、電信號傳導更快的神經元，但神經元的分布反而更稀疏。這些研究表明，智力不僅與大腦的物理指標相關，更與大腦的活動方式，以及後天經驗對腦的塑造(比如功能連接模式)相關。
對兒童青少年來說，並不是發育越早，或是大腦皮層越厚，智力就一定越高。對不同智力兒童的腦發育指標研究顯示，儘管相對於普通智力兒童，高智力兒童的智力相關大腦皮層厚度的確更厚也發展更快，但是超高智力的兒童的皮層厚度在學齡初期(7歲左右)卻遠低於普通兒童，要到青春期(10-11歲)才迎頭趕上。
實際上，智力越高，皮層厚度發育峰值期出現得越晚(普通智力約在7歲左右;高智力約9歲;超高智力約12歲)，之後皮層厚度因為神經修剪和細胞凋亡而逐漸降低。神經修剪的過程是功能優化、認知發展和成熟的過程。
總體來說，基因和環境共同作用於大腦的發育和智力的發展。許多對同卵(100%相同基因)和異卵(50%相同基因)雙生子的研究顯示，基因對大腦灰質和白質體積的個體差異貢獻約在50%-80%之間，對功能連接的貢獻只有大約15%;對智力的貢獻約為42%-85%。因而，為兒童青少年創造有益於腦和智力發展的環境，特別是在神經修剪大量發生的學齡前期(約3-5歲)以及青春期(約10-15歲)，對兒童的學習以及終身的腦智提升至關重要。
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來源 | 本文刊於《教育家》雜誌「腦科學與教育」欄目，原標題《到底什麼決定了智力——論腦與智力的關係》
作者｜武士楠/北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室研究生
張語軒/北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室985副研究員