撰文╱齐默(Carl Zimmer)翻译╱林雅玲
虽然智力很容易测量,也反应了某种程度的真实,但是当科学家搜寻人类的基因组,却找不到形塑智力的因子,进而发现这些因子远比预期的难以捉摸。
■ 研究人员利用高效能的新技术来探索基因和大脑,希望可以找出个体间智力差异的基础。
■ 他们的研究提供与智力有关的新知识,同时也揭露基因和环境间超乎预期的复杂作用。
■ 科学家对基因在智力上所扮演的角色知道得越多,智力反而显得越复杂,但是这方面的研究仍然是值得的。
英国伦敦精神病学研究所的行为遗传学家普罗明(Robert Plomin)想了解智力的本质。做他这一行得要有耐心,因为研究工作之一就是要观察数千名儿童的成长。普罗明会询问他们一些问题,例如「水和牛奶有什么共通的地方?」和「太阳从哪边下山?」一开始他和同事打电话或亲自对这些儿童进行测验,现在这些儿童大多10几岁了,所以他们利用网路进行测验。
就某种意义来说,这个研究的成功令人振奋。这些受试的儿童都是双胞胎,研究显示,同卵双胞胎的智力分数比异卵双胞胎的接近,而异卵双胞胎的分数又比没血缘的儿童更接近。这些结果和其他研究所得的结果相似,让科学家更确定基因对于儿童的智力测验分数有重要影响。
但是普罗明想要知道更多,他希望可以找到造成这些影响的特定基因。现在他已经有工具可以找出基因,这是他刚开始从事这个研究时不敢奢望的。普罗明和同事利用微阵列(microarray)来扫描受试者的基因,那是可以辨识50万个不同DNA片段的晶片,这个强大的工具再加上数量庞大的儿童研究数据,代表他可以找出造成智力测验分数微小差异的基因。
然而,当普罗明和同事揭开微阵列研究(这是有史以来最大型的智力相关基因搜寻实验)的谜底时,结果却不如预期。研究人员只发现六个遗传标记对测验成绩有影响,当他们用更严谨的统计方法分析这些结果的可信度,只有一个基因通过考验,不过它只对智力测验造成0.4%的影响,更糟的是没有人知道这个基因在身体有什么功能。
普罗明说:「就某方面来说,这真是没意思。」
普罗明的处境在研究智力的科学家中很常见,如同利用微阵列技术,他们以脑部扫描和其他精密的仪器来解读基因和环境对智力发展复杂又巧妙的影响,并检视智力差异如何呼应到大脑的结构和功能,有些科学家甚至从中得到新观点,认为智力反应了资讯在大脑流动的方式。但是除了这些进展,智力仍然是深奥难解的谜。美国明尼苏达大学的心理学家强生(Wendy Johnson)说:「我们对智力的了解,少得可怜。」
智力分数真的有意义?
某种意义上来说,智力并不复杂。美国维吉尼亚大学的特克海默(Eric Turkheimer)说:「我们在每个人身上都可以观察得到智力。无论在专业上如何描述,每个人都知道有些人就是比较聪明,当你和对方交谈,就可以感觉得到。」
但是这种直觉没办法简单转化成科学定义。1996年,美国心理学学会发表一份关于智力的报告,里头只陈述:「每个人对于了解复杂概念、有效适应环境、举一反三、进行不同形式推理和利用思考克服困难的能力,是不同的。」
为了测量这些不同,心理学家在1900年代早期发展出针对不同思考能力的测验,包括算术、空间推理和语文技巧,有些心理学家更建立了智力标准量表,可以比较不同测验的成绩。这些测验中最广为人知的就是智商(IQ)测验,它的平均得分设为100。
然而IQ并不只是一个数字,心理学家大致上可以利用它来预测人们生活的其他层面。根据儿童时期的IQ分数,可能可以对人们在学校和工作场合的表现做出合理有效的预测。另一方面,IQ高的人甚至有长寿的倾向。
「如果你知道某人的IQ,就能洞悉这个人所有认知功能的长处和弱点吗?」美国加州大学尔湾分校的海尔(Richard J. Haier)说:「那是不可能的!」但即使是个简单的数字,也有可能让你知道很多。「当你去看医生,一开始会先做什么?会有人先帮你量血压和体温,得到两个数字。没有人会用血压和体温来对你的健康下结论,但是它们是重要的指标。」
那么,什么是智力成绩的基础?美国国家精神卫生研究院(NIMH)的精神病学家萧(Philip Shaw)指出:「它一定指涉某些东西」。说明「智力成绩反应了什么」最具影响力的理论,已经出现一个世纪了︰1904年,精神病学家斯皮尔曼(Charles Spearman)发现,如果有人在一项测验里表现得好,通常其他测验也难不倒他们。虽然测验成绩之间的连结并不强烈,但是斯皮尔曼观察足够的数据后主张,这个连结是「g因素」(一般智力因素)所造成的。
斯皮尔曼无法说明普遍智力如何由大脑产生。近几十年来,科学家一直试着在大批受试者的测验成绩里寻找特定模式,希望得到答案︰他们发现造成这些差异的原因有两个。环境是其中一个,包括父母养育儿童的方式到儿童发育过程中所罹患的疾病;基因则是另一个原因,它可能形塑大脑,进而影响智力测验中的表现。
婴儿时期就由不同父母领养,那么他们拥有相同的基因,却会经历不同的环境。如果基因对智力测验没有任何影响,可以预期他们成绩的相似性会消失,而且关联并性不会比没血缘关系受试者来得高。如果基因在智力上扮演关键角色,同卵双胞胎间的成绩会比较相近。普罗明说:「同卵双胞胎间测验成绩的相关性,如同自己和一年后的自己;分开抚育和一起抚育的同卵双胞胎之间,差异并不大。」但是这个相似度需要时间才会显现,普罗明补充说明:「被领养的双胞胎在16岁时的IQ比较像亲生父母的IQ,一如由亲生父母养育长大的双胞胎。」
1960年代起,科学家从双胞胎研究得到基因和环境如何影响智力的线索。双胞胎对于智力研究如此重要是因为如果有一对同卵双胞胎在这类的研究结果说服普罗明基因在智力上扮演重要的角色,虽然它显然不是唯一的。他表示:「这些结果让我不得不说:我们需要做的就是寻找那些基因。」
智力测验
1905年,法国心理学家比奈(Alfred Binet)发展出第一个广泛使用的智力测验。 这个测验是用来预测儿童在学校的表现,特别是设计来找出需要额外帮助的儿童。此后,特定的认知能力(例如算数、语言和空间推理能力)就用来诊断心智缺陷,以及定义一般智力的范围。在最常见的多功能认知测验(例如史丹佛–比奈智力测验和魏氏智力量表)得到的成绩,的确与在学成绩有关,但是测验结果通常只能预测儿童在学校表现差异的25%,其余75%还是无法解释。然而,在智力测验的某一类别得到的成绩,通常和其他类别有关联,暗示测验成绩真的可以评量个人普遍心智能力的层级。有些一般智力因素(G因素)不是从测验本身得到的成绩,而是利用统计学方法,从个人另一项测验成绩分析得到的。 这些特定能力的成绩可以比喻成裁缝师对于人体手臂、脚和躯干的测量,而G因素就像衣服的尺寸,有大、中、小之分。
找寻影响智力的基因
当普罗明在1990年代早期开始搜寻这些基因,几乎没有同伴。他说:「我知道除了我以外,没有人会这么疯狂。」
因为那时人类基因图谱还没完成,普罗明无法轻易地扫描人类基因组。但是遗传学家已经鉴定出一些基因的突变型和智能障碍有关。普罗明推论,这些基因的其他变异,也许会导致细微的智力差异。他和同事将受试儿童分成智力测验成绩「很好」和「很差」的两组,试着在100个基因里寻找经常在某一组出现的变异。他说:「老实说我们什么也没找到。」
英国伦敦精神病学研究所的普罗明表示:「我不会说我们找到智力基因,因为有太多的伪阳性反应了。」
所以普罗明扩大研究范围。他舍弃检视预先选定的基因,反而定位出数千个散布于染色体的遗传标记。如果一个标记在成绩高或低的学生经常出现,这个标记附近可能有与智力相关的基因(见下方〈基因搜寻〉)。他和同事增加受试儿童的人数,以找出影响比较小的基因。在这个研究的某一刻,普罗明觉得已经发现智力和一个已知基因之间有可靠的连结,这个基因是在大脑中活跃的IGF2R(生长因子受体)。但是当他和其他人尝试要重复这个结果,却失败了,他表示:「这个策略还是没有成功。」
技术:基因搜寻