几十年来，科学家们一直致力于了解大脑结构和功能连接如何驱动智力。研究人员报告说，一项新的分析提供了迄今为止最清晰的画面，说明不同的大脑区域和神经网络如何在各种情况下影响一个人的问题解决能力，这种特征被称为一般智力。
他们在Human Brain Mapping杂志上详细介绍了他们的发现。
伊利诺伊大学香槟分校心理学、生物工程和神经科学教授 Aron Barbey 说，这项研究使用“基于连接组的预测模型”来比较关于大脑如何产生智力的五种理论。作者 Evan Anderson，现在是 Ball Aerospace and Technologies Corp. 的研究员，在空军研究实验室工作。
“为了理解构成智力基础的非凡认知能力，神经科学家研究了大脑中的生物学基础，”Barbey 说。“现代理论试图解释我们解决问题的能力是如何通过大脑的信息处理架构实现的。”
对这些认知能力的生物学理解需要“描述智力和解决问题能力的个体差异如何与大脑网络的基础结构和神经机制相关，”安德森说。
从历史上看，智力理论主要关注局部大脑区域，例如前额叶皮层，它在规划、解决问题和决策等认知过程中起着关键作用。Barbey 说，最近的理论强调特定的大脑网络，而其他理论则研究不同的网络如何重叠和相互作用。他和安德森根据他们自己的“网络神经科学理论”测试了这些已建立的理论，该理论认为智力来自大脑的整体结构，包括强连接和弱连接。
“强连接涉及高度连接的信息处理中心，当我们了解世界并善于解决熟悉的问题时，这些中心就会建立起来，”安德森说。“弱连接的神经连接较少，但可以灵活和适应性地解决问题。” 这些连接共同“提供了解决我们在生活中遇到的各种问题所必需的网络架构。”
为了检验他们的想法，该团队招募了 297 名本科生，他们的人口结构各不相同，首先要求每位参与者接受一系列综合测试，这些测试旨在衡量解决问题的能力和在各种情况下的适应能力。Barbey 说，这些和类似的多样化测试通常用于测量一般智力。
研究人员接下来收集了每个参与者的静息状态功能 MRI 扫描。
Barbey 说：“人脑真正有趣的特性之一是它如何体现丰富的网络群，这些网络即使在我们休息时也很活跃。” “这些网络创造了思维的生物基础设施，被认为是大脑的内在特性。”
其中包括额顶叶网络，它可以实现认知控制和目标导向的决策;有助于视觉和空间意识的背侧注意网络;和显着性网络，它将注意力引向最相关的刺激。先前的研究表明，当一个人清醒但没有从事任务或注意外部事件时，这些网络和其他网络的活动“可靠地预测了我们的认知技能和能力，”Barbey 说。
通过认知测试和 fMRI 数据，研究人员能够评估哪些理论最能预测参与者在智力测试中的表现。
安德森说： “我们可以系统地研究一种理论如何根据理论所涉及的大脑区域或网络的连通性来预测一般智力。” “这种方法使我们能够直接比较当前理论做出的神经科学预测的证据。”
研究人员发现，考虑到整个大脑的特征可以最准确地预测一个人解决问题的能力和适应能力。即使考虑到分析中包含的大脑区域数量，这也是如此。
研究人员说，其他理论也可以预测智力，但网络神经科学理论在许多方面优于局限于局部大脑区域或网络的理论。
Barbey 说，研究结果表明，大脑中的“全局信息处理”对于个人克服认知挑战的能力至关重要。
“而不是起源于特定区域或网络，智能似乎从大脑的全球架构中出现，并反映了系统范围网络功能的效率和灵活性，”他说。
Barbey 还是贝克曼高级科学技术研究所、Carl R. Woese 基因组生物学研究所的教员，伊利诺伊大学言语和听力科学教授以及神经科学项目的成员。
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