儿童与青少年的智力与大脑发育

虚 E 儿童与青少年的智力与大脑发育 朱建华 阎丽 2,3 贵阳市妇幼保健院眼科 广东省医疗器械研究所 国家医疗保健器具工程技术研究中心 【摘要】最新研究揭示决定智力的是大脑形状发育的过程，而不是脑子的大小。Shaw的研究明：所有儿童大脑皮质厚度 发育的基本模式是相同的，那就是达到顶峰后逐渐变薄。但与智力相关的是这些变化的速度、大脑皮质厚度达到顶峰的年龄。 文中阐述了儿童大脑发育模式决定智力差别这一最新成果。 【关键词】大脑发育 大脑皮质 发育模式 智力 如果智力的其中一部分是由我们的基因决定，那么大脑 的发育是 如何跟 10相关联 的?为了尝试 回答这个问题 ， Shaw研究团队测量了大脑外层的大小 、皮质的尺寸，得到的 结果令人惊讶。 在任何一个学习性 R (共有 3个 ，即阅读 reading、书写 writing、数学 arithmetic)都熟能生巧的儿童在其他方面都趋 向良好，并一直成长到成人后，在不同智力需求活动中也相 当能干。对这一综合智能相对稳定的个体特性的神经解剖相 关性的确定是不容易的，特别在大脑快速发育的儿童和青春 期。在这里 ，我们显示了大脑皮质厚度的改变轨迹 (而非皮 质自己的厚度)与智力水平密切相关。使用纵向设计，我们 发现从早期孩童时期智力和皮质厚度之间最突出的负相关到 孩童后期的正相关有非常显著的发育性改变。另外，智力水 平和皮质发育轨迹是有关联的，首先是在前额区域 ，它暗示 了智力活动的成熟。较聪明的儿童显示了独特的可塑皮质 ， 它在初期加快，然后皮质增加阶段延长，它跟早期青春期同 样活跃的皮质稀释一样。这个研究表明儿童智力在神经解剖 学上的表达是动态的。 结构性神经成像研究报道了对智力的心理测量和所有大 脑体积之间的适度关联。智力和大脑特殊区域的连接可能会 根据发育阶段而改变 ：儿童的前有色环带 、青少年的 orbito 前沿和中前额皮质、成人的侧前额皮质。很多以前的研究推 断发育过程，它只来 自交叉组合数据 ，充满了方法上的复杂 性。只有一个纵向研究把皮质发育与认知变化相连接 ，并显 示了当儿童在口头智力测试中增进越多，他们的左背侧前沿 和顶骨区域就有更多的皮质稀释。但是 ，这个研究被其小样 本所限制 (n=45)，年龄范围窄 (5—11岁)，还有只考虑线 性皮质改变，但大脑发展是有更复杂的成长模式的。 Shaw及其同事研究智力是否和大脑的物理维度有所关 联。他们特定地测量了皮质的厚度；而大脑进行的复杂运算 依赖于皮质细胞的发射。结果表明在大脑发育过程中，智力 跟皮质改变相关 。他们不是对 post—mortem大脑进行结构测 量，而是用 MRI对活人进行测量。这样可使他们得到人的图 像，同时这些人的 IQ也被测试，这样他们就能对两种结果进 行对比。此外，要测量与人智力相关的解剖上的特征 ，是需 要大样本的受试者，如果样本不够多，其作用可能很小，也 可能被错过。用成像而非post—mortem进行测量，就会有足够 多的收集数据。他们扫描了307个6岁儿童，并一直跟进到 青春期和进行更多扫描。对于每个儿童，他们也用 Wechsler 智力尺度 (最常用的10测试)对他们的智力进行评估。他们 所用的另一方法是查看不同年龄的儿童和青少年的交叉样本， 他们对每个人都只扫描一次。但就像他所注意到的，这个方 法有很多缺陷：如训练他们就会因时间而改变，从而影响他 们的 IQ分数。他们从数据中发现婴儿的皮质厚度和智力之间 并无太大关联。但他们引用 一T McDaniel对成人的研究结果， 即所有大脑体积与智力有 0．3的适度关联 。造成这些不同结 果的原因可能是皮质的总体区域而非厚度这一相关因素，但 最后他们又认为并非如此。在对儿童的跟进中，它们之间关 系的本质有了改变 。对于婴儿 ，其关联性趋向于阴性，但在 青春期 ，大概 10岁左右 ，它就呈阳性。Shaw对 7—9岁受试 者绘制皮质厚度的连续曲线以阐明这一点 ，根据他们的 10测 试分数把他们分成三组：优秀、良好和平均智力。每个年龄 组的IQ测试被规格化，理论上当孩子成长时应保持不变。 优秀智力组的儿童的这些区域在孩童早期有稍薄的皮质， 但它们在青春期间减少前会快速增厚一直到 1 1岁 (对比起其 他组别)。Shaw注意到这些优秀智力者显示前额皮质增长期 延长，并其改变速率是最快的。这种改变并非在所有皮质区 域都发生。它是孩童后期在前额皮质最值得注意的与10正相 关的一种情况。这个区域在信息处理等级的上面，从所有 5 种感官中接收高度处理信息。在那些优秀智力和其他组别之 2oo7．9 医疗保健等婆 维普资讯 http://www.cqvip.com 虚 间，成长曲线中大脑 域显示的最大不同处于侧和中部前沿 脑回。但在受试者进行 IO测试时这些是最活跃的区域吗?它 可J}}_I功能 MRI来检测，它能对细胞活动不断增加区域的动脉 血流增加量进行间接测量。以前，受试者在非语言 IO测试中 被扫描 ，在侧和中部前额皮质发现活动增加，Shaw和他的同 事的发育测量中，这些区域都是最突 的区域。另外，10的 个体差异与侧前额皮质的功能 MRI信号振幅相关。我们知道 人类总体智力 (g)的变化跟基因差异密切相关，所以，如果 g是高度遗传并前额皮质厚度的增加与 g有关联 ，人们就会 假设这种大脑结构的发育性改变是由人的基因决定的。但要 这样概括的话我们还是谨慎为是。身体的发育与环境的交互 紧密相连。如在一个经典的实验中，Rosenzweig和 Bennett研 究显示 ，成年鼠皮质的厚度受动物早期活动环境丰富程度的 影响。 到此 ，他们证明了智力水平与孩童时期和青春期的皮质 发育相关。皮质改变的不同轨迹在前额皮质中最为显著，这 与功能的磁共振成像研究相同，研究显示了侧面前额皮质的 活化作用是一系列的智力测试都公有的，而前额皮质活化作 用的多少与智力紧密相关。 皮质厚度的全面下降在各组中都很显著，或出现在所有 的年龄层中 (一般智力组)或从孩童时候晚期开始 (高智力 组)或从青春期早期开始 (m众智力组)。速度曲线用最不同 的适合的立方式增长曲线阐明了出众智力组的皮质稀释速度 最快。然而高智力组和一般智力组的稀释度较小 ，速度也较 慢。因此，紧接着出众智力组相关皮质厚度的快速增长的是 更快速的稀释。为了证明出众智力组与一般智力组问的皮质 厚度差异的发展 ，我们估计表现每个年龄层发育曲线最盛时 的组群差异的统计地图在 7—16岁之间。最初， 众智力组 的上前额脑回里有相关的较薄皮质，然后就显示出皮质厚度 的快速增长。到 1 1岁的时候，H{众智力组表现H{明显的较厚 的皮质区域 最初是在有边上和中间前额脑回的前面部位， 然后延伸到右边前额皮质的较后区域，以及左边上和中间前 额脑的较后区域。到青春期后期 ，在大部分智力组中皮质损 失的加速导致了越来越少的区域差异。各个智力组在用手习 惯或性别上没有很大差别，但在与 IQ有关的社会经济地位上 还是很有差别。在前沿区域中，轨迹与智力最紧密相关 ，这 些变量都对最终复杂的衰退模型没有重大影响。 甚至对于成人 ，训练后皮质灰质也能看到结构性改变。 因此，高 IQ人士可能生活在丰富的社交和语言环境里，它能 说明孩童后期前额皮质厚度的快速增加。但是，Thompson及 其同事以前也观察遗传对大脑结构的影响，所用方法是对比 同一和非同一双胞胎的皮质厚度。他们发现一些区域 ，包括 前额皮质，都在 “严格的遗传控制”之下。Shaw及其同事推 测皮质厚度成长曲线的差异可被众多因素影响，包括在胎儿 后期发育期间，在皮质小板块收集的神经元数目、隔离神经 元纤维的在鞘里的髓磷脂的发育状态以及在青春期对无用神 经连接的选择性消除。检验这些假设需要动物实验，它能测 量细胞发育。对动物研究的好处是遗传和经验的相对影响可 被解脱，这样就能提供一张更清晰的图像，即智力是如何被 加强皮质发育的因素所影响的。 总之，与智力密切相关的是儿童和青少年时期大脑皮质 的发育模式 ，而不是特定年龄的大脑灰质数量。头脑最灵活 的儿童有着最灵活的大脑皮质。聪明的孩子不是因为他们在 特定的年龄时期灰质的多少而聪明，而是因为他们大脑皮质 成熟的方式。 责任编辑 常海庆 gdhyb@163．con 医疗保健饕其 2007．9 维普资讯 http://www.cqvip.com