王志東,孫 鐵,肖 風(fēng)

(1.北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100000;2.山西師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院,太原 030000;3.浙江師范大學(xué)堪薩斯大學(xué)聯(lián)合教育學(xué)院,金華 321000;4.貴州師范大學(xué)心理學(xué)院,貴陽(yáng) 550000)

智力被認(rèn)為是適應(yīng)環(huán)境的能力,以及從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的能力(Sternberg,1996)。在早期對(duì)人類認(rèn)知能力的探索中,研究者們發(fā)現(xiàn)不同認(rèn)知能力之間存在顯著的相關(guān)性,這種相關(guān)性被命名為positive manifold,并成為智力研究中最常被觀測(cè)到的現(xiàn)象(Spearman,1904)。positive manifold被視為一般智力的反映,稱為g因素。由于心理測(cè)量學(xué)上的智力(即智力測(cè)驗(yàn)分?jǐn)?shù))與真實(shí)智力并不完全相同,所以不同研究者對(duì)智力的構(gòu)念并不一致。

當(dāng)前主流的智力理論為CHC(Cattell-Horn-Carroll)理論(Benson et al.,2010;McGrew,2009),認(rèn)為一般智力是一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu),包括處于頂層的g,以及位于下層的晶體智力和流體智力;其中g(shù)會(huì)影響晶體智力和流體智力;晶體智力代表過(guò)往經(jīng)歷中所獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),流體智力代表解決新異問(wèn)題的能力。因此,在概念層面,流體智力和一般智力是非常接近的,本研究所述智力主要指流體智力。

除了一般智力外,還存在特殊智力。Spearman(1928)認(rèn)為特殊智力與一般智力相關(guān),指領(lǐng)域范圍相對(duì)特定的能力。加德納(2011)認(rèn)為智力不是一種單一的能力,而是包含了廣泛的能力,包含言語(yǔ)、邏輯-數(shù)學(xué)、空間、音樂(lè)、運(yùn)動(dòng)、人際、自知、自然智力。斯滕伯格(1985)提出了智力三元理論,包含成分、情境和經(jīng)驗(yàn)三個(gè)維度,其中情境和經(jīng)驗(yàn)分別強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的擬合以及經(jīng)驗(yàn)的作用,這也意味著智力無(wú)法作為一個(gè)一般性的因素單獨(dú)研究。從種系發(fā)展的角度來(lái)看,特殊智力不再局限于部分領(lǐng)域,而是將特殊智力推廣進(jìn)整個(gè)心智,大量的特殊智力組成了人類心智。從個(gè)體發(fā)展的角度看,不同認(rèn)知能力的發(fā)展取決于特殊的環(huán)境,這種模塊化發(fā)展構(gòu)成了個(gè)體的認(rèn)知能力。

因此,研究首先從進(jìn)化心理學(xué)、發(fā)展心理學(xué)和神經(jīng)生理基礎(chǔ)的角度,結(jié)合領(lǐng)域一般和特殊的討論,分別回顧相關(guān)的智力研究,表明智力的干預(yù)有其相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。隨后梳理了智力干預(yù)的方案和效果,討論了智力干預(yù)結(jié)果不一致的可能原因。

1 智力的進(jìn)化心理學(xué)研究

由于智力反映了環(huán)境適應(yīng)能力,這意味著智力是演化的產(chǎn)物,且受到環(huán)境的篩選?；谶_(dá)爾文進(jìn)化論的進(jìn)化心理學(xué)為探究人類心智提供了新的研究道路,進(jìn)化取向的理論認(rèn)為智力會(huì)提升物種生存和繁衍的機(jī)會(huì)(Calvin et al.,2017;Chen et al.,2019)。比如,西部灌叢鳥(niǎo)會(huì)采用多種復(fù)雜的策略來(lái)貯藏食物,來(lái)避免其他鳥(niǎo)類的偷竊(Clayton et al.,2007);斑鬣狗會(huì)根據(jù)族群內(nèi)的等級(jí)來(lái)決定食物資源的優(yōu)先級(jí),并在競(jìng)爭(zhēng)與合作中尋求平衡(Holekamp et al.,2007)。因此,智力作為一種適應(yīng)器,在物種適應(yīng)環(huán)境、繁衍與進(jìn)化中起著舉足輕重的作用。

在智力的領(lǐng)域一般性與領(lǐng)域特殊性的爭(zhēng)論中,關(guān)鍵在于誰(shuí)可以更好的解決自然環(huán)境中的適應(yīng)問(wèn)題。Cosmides(1994)認(rèn)為在探索人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,有兩個(gè)問(wèn)題需要考慮:一是關(guān)于可學(xué)習(xí)性,二是關(guān)于可進(jìn)化性。進(jìn)化會(huì)偏向于選擇有效率的生存問(wèn)題解決方法,而越有效率的解決方式則會(huì)越發(fā)偏向?qū)ｉT(mén)化和領(lǐng)域特殊化,從而形成模塊系統(tǒng)(Anderson &Finlay,2014;Fodor,1983)。因此,進(jìn)化心理學(xué)更偏愛(ài)模塊智力(領(lǐng)域特殊性智力)的存在,因?yàn)橄啾阮I(lǐng)域一般智力,模塊系統(tǒng)在物種進(jìn)化過(guò)程中更具優(yōu)勢(shì)。而在人類身上,也發(fā)現(xiàn)了與社會(huì)交換有關(guān)的領(lǐng)域特殊性智力(Cosmides et al.,2010)。

但模塊系統(tǒng)和領(lǐng)域一般性智力本身或許是共存的。Kaufman等(2011)發(fā)現(xiàn)人們會(huì)更容易解決與社會(huì)交換相關(guān)的問(wèn)題,而一般智力又可以很好地解釋不同類型推理表現(xiàn)的個(gè)體差異,分別支持了進(jìn)化心理學(xué)中的模塊系統(tǒng)和一般性智力。Burkart等(2017)認(rèn)為,一個(gè)物種的認(rèn)知能力包含生態(tài)認(rèn)知技能和社會(huì)認(rèn)知技能,主要由兩方面構(gòu)建:一方面是由Fodor模塊直接產(chǎn)生的,另一方面則是由一般智力通過(guò)社會(huì)學(xué)習(xí)而逐漸自動(dòng)化的二級(jí)模塊。這種一般智力是個(gè)體發(fā)育而來(lái)的,社會(huì)學(xué)習(xí)在其中也起到了重要作用。

2 智力的發(fā)展心理學(xué)研究

智力的進(jìn)化研究證明了智力的可塑性。另一方面,個(gè)體視角下的智力發(fā)育也同樣體現(xiàn)出了智力的可塑性。個(gè)體認(rèn)知發(fā)展的研究以皮亞杰主義為代表。皮亞杰理論認(rèn)為,智力的本質(zhì)是適應(yīng),強(qiáng)調(diào)機(jī)體與環(huán)境之間的平衡,而發(fā)展的前提條件是(神經(jīng)系統(tǒng))成熟與經(jīng)驗(yàn)。我們結(jié)合領(lǐng)域一般性智力和領(lǐng)域特殊性智力,回顧了不同研究者對(duì)智力的看法,總結(jié)了不同研究者個(gè)體發(fā)展階段的理論(圖1)。

圖1 皮亞杰和新皮亞杰學(xué)派對(duì)發(fā)展階段的劃分

有的研究者認(rèn)為,存在領(lǐng)域一般性的智力。Halford等(1998)提出關(guān)系復(fù)雜性理論,用關(guān)系數(shù)量來(lái)衡量信息處理的容量,任務(wù)關(guān)系越復(fù)雜,加工要求越高;即認(rèn)知負(fù)荷的增加實(shí)際上是關(guān)系復(fù)雜性的增加,不同發(fā)展階段的兒童可以處理的復(fù)雜性水平也不相同。Commons等(1998;2007)提出等級(jí)復(fù)雜性模型,描述在一組基本元素上必須執(zhí)行的協(xié)同動(dòng)作的循環(huán)次數(shù),隨年齡增長(zhǎng)的行為變化因?yàn)槿蝿?wù)順序形成了逐漸復(fù)雜的層次。這種基于容量和效率提升而導(dǎo)致的認(rèn)知發(fā)展變化,為領(lǐng)域一般性的智力的存在提供了支持。

與之針?shù)h相對(duì)的觀點(diǎn)認(rèn)為,只存在領(lǐng)域特殊性的智力。Kamiloff-Smith(1992)提出表征重述(representational redescription)模型,認(rèn)為兒童獲得知識(shí)的方式有三種:生來(lái)就有,與環(huán)境交互獲得和表征重述。生來(lái)就有的能力即Fodor模塊(Fodor,1983),這些模塊在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中就可以表現(xiàn)出來(lái);在表征重述(提取嵌入進(jìn)外部環(huán)境的知識(shí)進(jìn)行重新編碼,使其變得靈活可操作)的作用下,這些無(wú)意識(shí)的模塊化過(guò)程逐漸發(fā)展成有意識(shí)的過(guò)程。Fischer(1980)也認(rèn)為,發(fā)展是兒童與環(huán)境交互作用的產(chǎn)物,不同環(huán)境支持優(yōu)先發(fā)展特定的技能,個(gè)體認(rèn)知功能也必然不同;不同的認(rèn)知領(lǐng)域可能處于不同的發(fā)展階段,即功能異質(zhì)性。

模塊化和功能異質(zhì)性在支持領(lǐng)域特殊性智力的同時(shí),也為解釋一般認(rèn)知能力的發(fā)展提供了相應(yīng)的空間。Case(2013,1996)認(rèn)為在個(gè)體發(fā)展中,存在一個(gè)一般的執(zhí)行控制結(jié)構(gòu)和一個(gè)特殊的核心概念結(jié)構(gòu)。而個(gè)體認(rèn)知能力差異主要體現(xiàn)在核心概念結(jié)構(gòu)上,包括數(shù)量、空間、社交行為、敘述、音樂(lè)和運(yùn)動(dòng)。Demetriou的認(rèn)知發(fā)展理論(2020)認(rèn)為智力包含多種系統(tǒng)(推理,執(zhí)行控制,意識(shí)審理和特殊領(lǐng)域),而可以橫跨這多種系統(tǒng)的機(jī)制被稱為AACog(alignment,abstraction,cognizance),分別指向三種獨(dú)立的過(guò)程,即對(duì)齊,抽象和審理。對(duì)齊是將目標(biāo)刺激或表征聯(lián)系在一起,是一種整合機(jī)制。抽象是對(duì)感知或語(yǔ)義屬性信息的總結(jié),為進(jìn)一步對(duì)齊提供信息。審理反映了自我意識(shí),為抽象和反應(yīng)性的編碼提供新的表征。這些觀點(diǎn)將為領(lǐng)域一般和特殊性智力的共存提供了理論框架。

因此,從個(gè)體發(fā)展研究角度而言,一般智力是否存在是有爭(zhēng)議的問(wèn)題,智力對(duì)應(yīng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其發(fā)展也需要更多證據(jù)。同樣地,神經(jīng)系統(tǒng)成熟和經(jīng)驗(yàn)如何共同作用于智力發(fā)展,目前尚未有系統(tǒng)研究。

3 智力的神經(jīng)機(jī)制

進(jìn)化心理學(xué)的研究說(shuō)明智力是演化的產(chǎn)物,而個(gè)體發(fā)展研究提示智力發(fā)展的前提是神經(jīng)系統(tǒng)的成熟,因此應(yīng)當(dāng)在個(gè)體層面表現(xiàn)出相應(yīng)的神經(jīng)基礎(chǔ)。來(lái)自對(duì)大腦神經(jīng)機(jī)制的討論有助于進(jìn)一步理解智力,并為一般智力是否存在這一問(wèn)題提供來(lái)自神經(jīng)生理層面的證據(jù)。因此,下文將分別闡述額頂整合理論(P-FIT,Parieto-Frontal Integration Theory)、多重需要系統(tǒng)(MD,multiple-demand system)和神經(jīng)震蕩機(jī)制,以此說(shuō)明一般智力的神經(jīng)活動(dòng)、智力的腦結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)及對(duì)應(yīng)的頻率特征。

3.1 額頂整合理論

隨著神經(jīng)影像學(xué)的逐步發(fā)展,研究者們希望能在大腦中找到與智力密切相關(guān)的神經(jīng)基礎(chǔ)。Jung等(2007)在總結(jié)以往與智力相關(guān)的腦結(jié)構(gòu)和功能影像研究的基礎(chǔ)上,提出了額頂整合理論(P-FIT,Parieto-Frontal Integration Theory)。P-FIT認(rèn)為以額葉和頂葉為核心的分布式腦網(wǎng)絡(luò),包括背外側(cè)前額葉皮質(zhì)、頂上葉、頂下葉、前部扣帶回、部分顳葉和枕葉、弓裝束等,可以解釋被試在智力和推理表現(xiàn)上的個(gè)體差異。

基于大腦結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),P-FIT涉及腦區(qū)的灰質(zhì)表面積和皮層厚度與智力表現(xiàn)存在明顯的關(guān)聯(lián)(Moodie et al.,2020;Yeo et al.,2016)。而基于大腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究也發(fā)現(xiàn),P-FIT涉及的腦區(qū)間的連通性和智力間存在強(qiáng)相關(guān)(Kim et al.,2016;Wang et al.,2011)。其他測(cè)量方法統(tǒng)合了大腦結(jié)構(gòu)和功能的研究,同樣說(shuō)明了腦智關(guān)系。在Gur等人(2021)的研究中,測(cè)量了被試的腦區(qū)體積、灰質(zhì)密度、平均彌散度、腦血流、靜息態(tài)fMRI測(cè)量低頻波動(dòng)振幅(ALFFs)和區(qū)域同質(zhì)性,以及工作記憶和社會(huì)認(rèn)知任務(wù)的激活情況。結(jié)果表明,更好的智力表現(xiàn)與更大的體積、灰質(zhì)密度、低頻波動(dòng)振幅、區(qū)域同質(zhì)性均與P-FIT區(qū)域的激活有關(guān),與更低的平均擴(kuò)散系數(shù)和腦血流量有關(guān)。

總之,以額頂網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式腦網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)了額頂區(qū)域?qū)χ橇Φ囊话阈宰饔?但其分布式的特點(diǎn)也說(shuō)明了智力的神經(jīng)基礎(chǔ)的特殊性。

3.2 多重需要系統(tǒng)

在整合來(lái)自神經(jīng)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)證據(jù)的基礎(chǔ)上,Duncan等(2010;2013)提出了多重需要系統(tǒng)(multiple-demand system,MD)來(lái)描述智力的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。各種領(lǐng)域的認(rèn)知任務(wù)都會(huì)激活相同的腦區(qū),即這些腦區(qū)被多種領(lǐng)域的認(rèn)知活動(dòng)所調(diào)用。Duncan等(2020)認(rèn)為,MD系統(tǒng)內(nèi)不同腦區(qū)的強(qiáng)聯(lián)通性可能代表了對(duì)注意內(nèi)容的信息交換和認(rèn)知整合,這也是MD系統(tǒng)的核心功能。

MD包含的腦區(qū)涉及側(cè)額葉(從額中回到前運(yùn)動(dòng)皮層)、前腦島及相鄰的島蓋部、背中線額皮層(包括前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū))、頂內(nèi)溝及其相鄰腦區(qū)。伴隨的皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)包括基底神經(jīng)節(jié)、丘腦和小腦。MD系統(tǒng)主要涉及大腦額葉和頂葉聯(lián)合區(qū),這個(gè)聯(lián)合區(qū)被認(rèn)為是具有領(lǐng)域一般性的區(qū)域,被認(rèn)為廣泛參與多種認(rèn)知活動(dòng)(Hugdahl et al.,2015),包括解決新異問(wèn)題所必備的認(rèn)知靈活性(Fedorenko et al.,2013),以及整合不同的認(rèn)知操作成分(Assem et al.,2020)。

作為MD的核心區(qū)域之一,背外側(cè)前額葉本身顯示出了一定的功能異質(zhì)性,即不同難度的任務(wù)在背外側(cè)前額葉會(huì)激活不同區(qū)域(Badre,2008)。此外,隨著負(fù)荷增大,MD系統(tǒng)的激活逐漸增加并且逐漸走向聯(lián)合(Shashidhara et al.,2019)。

MD系統(tǒng)被多種不同領(lǐng)域的認(rèn)知活動(dòng)所調(diào)用,不同認(rèn)知活動(dòng)激活腦區(qū)又存有差別,同樣體現(xiàn)了領(lǐng)域一般性和特殊性的特點(diǎn)。

3.3 智力的神經(jīng)震蕩機(jī)制

大腦網(wǎng)絡(luò)是智力活動(dòng)的神經(jīng)生理基礎(chǔ),這些腦區(qū)之間通過(guò)神經(jīng)元群興奮性的周期性振蕩以支持智力活動(dòng)。這種周期性振蕩對(duì)認(rèn)知的影響主要體現(xiàn)在單一頻段(如theta,alpha)和不同頻段的耦合上。

單一頻段下的神經(jīng)振蕩會(huì)對(duì)腦區(qū)協(xié)同產(chǎn)生一定的影響。如theta波被發(fā)現(xiàn)與智力之間有顯著的相關(guān)性(Heinrichs-Graham et al.,2022)。此外,靜息狀態(tài)下alpha頻段的腦網(wǎng)絡(luò)功能連通性與非言語(yǔ)智力也存在顯著的相關(guān)性(Zakharov et al.,2020)。

不同的神經(jīng)震蕩與不同的腦區(qū)和認(rèn)知功能有關(guān),但又通過(guò)聯(lián)合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同作用,集中體現(xiàn)為低頻與高頻震蕩的耦合。比如G?gol等(2018)發(fā)現(xiàn)在額葉中線和頂葉,delta震蕩的相位與gamma震蕩的幅值有明顯的耦合,并且這種耦合可以預(yù)測(cè)35%的流體智力的變異。而theta與gamma震蕩的耦合水平也表現(xiàn)出了與智力的相關(guān)性(Chuderski &Andrelczyk,2015;Pahor &Jau?ovec,2014)。有研究發(fā)現(xiàn),在工作記憶任務(wù)的一連串刺激序列下,高頻的神經(jīng)震蕩,如gamma節(jié)律可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編碼變成神經(jīng)單詞,編碼后的項(xiàng)目通過(guò)特定規(guī)則被低頻振蕩,如theta節(jié)律整合成神經(jīng)語(yǔ)言(Buzsáki &Watson,2012;Lisman &Jensen,2013),反映了高頻震蕩編碼表征、低頻振蕩操作維持的機(jī)制。

因此,智力的神經(jīng)研究逐步聚焦至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)作用,而非局限于局部腦區(qū)的活動(dòng),但目前尚未系統(tǒng)探索智力的神經(jīng)發(fā)展機(jī)制,或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)育如何影響智力發(fā)展的。

4 智力的干預(yù)

從種系發(fā)展和個(gè)體發(fā)展層面而言,智力受到神經(jīng)成熟和經(jīng)驗(yàn)的影響。而神經(jīng)具有可塑性,因此認(rèn)知訓(xùn)練有可能提升個(gè)體的智力表現(xiàn)。對(duì)認(rèn)知干預(yù)方案及效果的回顧有助于我們明確智力的組成結(jié)構(gòu),理解智力的深層機(jī)制,并將理論推廣至實(shí)際應(yīng)用。

4.1 干預(yù)方案

目前智力訓(xùn)練主要集中于通過(guò)工作記憶和執(zhí)行功能來(lái)提升智力表現(xiàn)。工作記憶訓(xùn)練假設(shè),工作記憶與智力的表現(xiàn)都受到相同的容量限制,而且工作記憶表現(xiàn)可以解釋一部分智力測(cè)量的變異,其訓(xùn)練效果的遷移主要通過(guò)容量或加工效率的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)(von Bastian &Oberauer,2014)。執(zhí)行功能是調(diào)節(jié)和控制想法與行為的高級(jí)認(rèn)知過(guò)程,包括抑制,刷新和轉(zhuǎn)換三個(gè)子成分,同樣可以預(yù)測(cè)智力表現(xiàn)(Brydges et al.,2012)。因此,當(dāng)前的訓(xùn)練方案大多基于工作記憶和執(zhí)行功能,以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的神經(jīng)干預(yù)和認(rèn)知策略研究(表1):

表1 智力訓(xùn)練常用任務(wù)及其作用機(jī)制效果

4.1.1 針對(duì)工作記憶和執(zhí)行功能干預(yù)的常用任務(wù)

工作記憶訓(xùn)練多采用n-back任務(wù)和復(fù)雜廣度任務(wù)。n-back任務(wù)包含維持和刷新兩個(gè)部分,對(duì)于個(gè)體任務(wù)表現(xiàn)都具有非常重要的作用。復(fù)雜廣度任務(wù)同樣測(cè)量工作記憶的容量(維持或存儲(chǔ))。Conway等(2003)認(rèn)為,工作記憶容量作為工作記憶的一般因素,不僅僅代表的是容量,而是反映了在面對(duì)干擾或分心時(shí)保持對(duì)信息表征的激活能力。因此,兩種工作記憶測(cè)量任務(wù)也都包含了對(duì)目標(biāo)信息的維持。

執(zhí)行功能的訓(xùn)練以stroop任務(wù)和任務(wù)轉(zhuǎn)換范式為代表。stroop任務(wù)被經(jīng)常用于研究執(zhí)行控制過(guò)程,因?yàn)轭伾驮~義間競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致必須抑制詞義,出現(xiàn)stroop效應(yīng)。stroop和任務(wù)轉(zhuǎn)換范式分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行功能中的抑制和轉(zhuǎn)換(Miyake et al.,2000),但這兩個(gè)任務(wù)所涉及的認(rèn)知過(guò)程并不僅限于此。比如,任務(wù)轉(zhuǎn)換范式也涉及到對(duì)無(wú)關(guān)目標(biāo)的抑制以及新目標(biāo)的激活。有研究者認(rèn)為,這些任務(wù)代表不同的執(zhí)行過(guò)程,但執(zhí)行過(guò)程有可能本身就是多重而非單一的(Kovacs &Conway,2016)。

4.1.2 腦刺激干預(yù)

除了采用任務(wù)訓(xùn)練,非侵入式的腦刺激技術(shù)被廣泛認(rèn)為具有增強(qiáng)認(rèn)知的能力(Kronberg et al.,2017),特別是在工作記憶領(lǐng)域(Wang &Ku,2018)。在刺激類型上,經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)、經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)和經(jīng)顱交流電刺激(transcranial alternating current stimulation,tACS)都表現(xiàn)出了較好的效果。以上非侵入式的腦刺激技術(shù)通過(guò)兩種方式影響神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng):改變腦區(qū)的激活狀態(tài),以及通過(guò)影響神經(jīng)震蕩來(lái)影響神經(jīng)元集群間的信息傳遞效率。

tACS和TMS會(huì)影響大腦皮層之間的交流效率,這一變化和神經(jīng)震蕩密切相關(guān)(王鑫麟 等,2022)。不同腦區(qū)神經(jīng)震蕩的耦合以及局部腦區(qū)的神經(jīng)震蕩都會(huì)不同程度地參與認(rèn)知過(guò)程。對(duì)不同腦區(qū)施加不同頻率的刺激,將會(huì)誘發(fā)不同的神經(jīng)震蕩,進(jìn)而對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)產(chǎn)生不同影響。如在額葉施加gamma頻段的tACS 會(huì)影響工作記憶和流體智力(Hoy et al.,2015;Santarnecchi et al.,2013)。同時(shí),在頂葉施加theta頻段的tACS也表現(xiàn)出了相似的效果(Neubauer et al.,2017)。但大腦作為一個(gè)整體,對(duì)局部區(qū)域的刺激也會(huì)影響到與其相關(guān)的腦區(qū)。越來(lái)越多的證據(jù)表明,不同腦區(qū)神經(jīng)震蕩的耦合對(duì)工作記憶表現(xiàn)有顯著的影響(Jones et al.,2020)。

盡管不同腦刺激技術(shù)和頻段干預(yù)機(jī)制與效果仍然不明晰,但非侵入式的腦刺激技術(shù)可能是通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)震蕩來(lái)促進(jìn)不同腦區(qū)之間的連接效率,進(jìn)而提升認(rèn)知表現(xiàn)。但最佳的刺激參數(shù)如刺激強(qiáng)度和頻次等,仍然有待探索。

4.1.3 基于策略的認(rèn)知訓(xùn)練

策略被定義為一種可以促進(jìn)存儲(chǔ)和加工的技術(shù)。但策略訓(xùn)練本身的有效性仍然存有爭(zhēng)議,策略中介假說(shuō)和容量假說(shuō)被用來(lái)解釋訓(xùn)練的有效性(Peng &Fuchs,2017):策略中介假說(shuō)認(rèn)為,工作記憶容量有限,策略的使用可以釋放更多的認(rèn)知資源以提高認(rèn)知表現(xiàn);容量假說(shuō)認(rèn)為,容量可以像肌肉一樣通過(guò)訓(xùn)練得以提升。von Bastian等(2022,2014)也提出,認(rèn)知訓(xùn)練的收益來(lái)自兩個(gè)方面:容量(認(rèn)知資源)和效率。

大量研究支持策略中介假說(shuō)(Forsberg et al.,2020;Li et al.,2022),幾乎所有的認(rèn)知訓(xùn)練都會(huì)產(chǎn)生(內(nèi)生或引導(dǎo))的認(rèn)知策略用以幫助解決面臨的問(wèn)題,這個(gè)過(guò)程不僅使應(yīng)對(duì)任務(wù)的認(rèn)知資源更加寬裕,也提高了認(rèn)知效率。學(xué)習(xí)的三元理論認(rèn)為,元認(rèn)知系統(tǒng)在接觸新任務(wù)時(shí),會(huì)生成一些新的行為模式,這些行為模式本身涉及多樣的策略以減少任務(wù)中認(rèn)知資源的投入(Chein &Schneider,2012)。一旦這些模式完全形成,元認(rèn)知系統(tǒng)便會(huì)退出,由認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行整個(gè)過(guò)程。

但也有研究認(rèn)為,策略中介和容量假說(shuō)之間并不沖突(Forsberg et al.,2020)。因?yàn)椴呗杂?xùn)練的效果僅僅局限在與訓(xùn)練任務(wù)相似的任務(wù)范式中,并沒(méi)有遷移至其他認(rèn)知能力(Pergher et al.,2020),說(shuō)明策略只是影響訓(xùn)練效果提升的其中一個(gè)因素。其次,基于容量假說(shuō)訓(xùn)練的神經(jīng)影像結(jié)果較多出現(xiàn)在功能像而非結(jié)構(gòu)像中,這或許意味著容量提升的神經(jīng)可塑性沒(méi)有發(fā)生變化(von Bastian et al.,2022)。換而言之,雖然認(rèn)知訓(xùn)練的效果來(lái)自容量和效率,但容量的改變并沒(méi)有效率上的改變那么容易。

總而言之,以上的智力干預(yù)技術(shù)都主要集中在心理層面對(duì)容量和效率的提升上:工作記憶和執(zhí)行功能的訓(xùn)練效果,以及結(jié)合腦刺激的訓(xùn)練的效果均體現(xiàn)在神經(jīng)處理效率的變化,而策略訓(xùn)練效果則更多體現(xiàn)在容量和效率兩個(gè)方面上。

4.2 干預(yù)效果

不論是對(duì)工作記憶還是對(duì)執(zhí)行功能的訓(xùn)練,對(duì)智力訓(xùn)練的影響都沒(méi)有得到一致的結(jié)果:

4.2.1 干預(yù)有效

一方面,有大量研究支持認(rèn)知訓(xùn)練可以提升智力表現(xiàn):

(1)行為研究中,已有大量研究證據(jù)表明認(rèn)知訓(xùn)練的有效性(Covey et al.,2019;Weicker et al.,2018)。但工作記憶的不同成分對(duì)智力的影響不同,其中存儲(chǔ)加工和執(zhí)行控制的訓(xùn)練更有助于提升個(gè)體的推理和創(chuàng)造性能力(von Bastian &Oberauer,2013)。

(2)電生理研究也證實(shí)了認(rèn)知訓(xùn)練的提升作用。4周的n-back訓(xùn)練后,字母3-back任務(wù)中P3的增強(qiáng)(Covey et al.,2019),高干擾的n-back訓(xùn)練也引起了頂葉P3的增加(Oelhafen et al.,2013)以及工作記憶訓(xùn)練后theta波的增強(qiáng)(Langer et al.,2013),這可能與注意分配和目標(biāo)分類的效率提升有關(guān) 。

(3)大腦結(jié)構(gòu)像研究顯示,工作記憶訓(xùn)練引起雙側(cè)額頂葉區(qū)和左側(cè)顳上回的體積減少(Takeuchi et al.,2011),右側(cè)梭狀回和外側(cè)眶額皮質(zhì)皮層厚度的改變(Engvig et al.,2010),體現(xiàn)了神經(jīng)可塑性上的變化。

(4)功能像研究中,5周n-back訓(xùn)練導(dǎo)致額上回和和額中回、頂下回、前部扣帶回和顳中回等腦區(qū)的激活水平下降(Miró-Padilla et al.,2019)。類似的工作記憶訓(xùn)練研究中也發(fā)現(xiàn)了額頂網(wǎng)絡(luò)激活水平下降的趨勢(shì)(Heinzel et al.,2016)。而除了額頂區(qū)域激活水平的改善之外,功能連通性的研究也同樣發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后額頂網(wǎng)絡(luò)功能連通性的改善(Thompson et al.,2016)。

(5)非侵入式的腦刺激配合認(rèn)知訓(xùn)練的研究也提供了相關(guān)的證據(jù)。有研究表明,tDCS配合工作記憶訓(xùn)練確實(shí)可以提高工作記憶的表現(xiàn)(Byrne et al.,2020)。有研究者認(rèn)為,這種訓(xùn)練效果會(huì)受到被試原本工作記憶容量(Assecondi et al.,2021)以及tDCS劑量(Nikolin et al.,2018)的影響。

4.2.2 干預(yù)無(wú)效

也有研究認(rèn)為認(rèn)知訓(xùn)練的作用并不可靠:

(1)行為研究中,訓(xùn)練青少年的執(zhí)行功能,卻未發(fā)現(xiàn)流體智力的提升(Talanow &Ettinger,2018);工作記憶訓(xùn)練也未顯示跨任務(wù)的遷移效應(yīng)(Minear et al.,2016)。訓(xùn)練結(jié)果存在爭(zhēng)議的原因可能在于:訓(xùn)練任務(wù)本身特點(diǎn)、策略的使用和個(gè)體差異等。

(2)腦影像研究中,6周的工作記憶訓(xùn)練后,發(fā)現(xiàn)上邊緣回的皮層厚度和體積在訓(xùn)練前后差異顯著,但主要是由對(duì)照組而非訓(xùn)練組的變化導(dǎo)致的,且經(jīng)不起多重矯正,因此這種結(jié)果并不可信(Lawlor-Savage et al.,2019)。

(3)也有非侵入式腦刺激結(jié)合認(rèn)知訓(xùn)練的研究認(rèn)為認(rèn)知訓(xùn)練是無(wú)效。訓(xùn)練工作記憶和執(zhí)行功能的同時(shí)輔以 tDCS,卻未發(fā)現(xiàn)這種訓(xùn)練效果的收益(Nilsson et al.,2017),或者訓(xùn)練的認(rèn)知收益僅體現(xiàn)在近遷移上(Byrne et al.,2020)。Holmes等(2016)采用Transcranial random noise stimulation(tRNS)技術(shù)刺激背外側(cè)前額葉配合工作記憶訓(xùn)練,也未發(fā)現(xiàn)這種訓(xùn)練對(duì)智力有明顯的改善。

干預(yù)研究結(jié)果不一致,認(rèn)知訓(xùn)練是否有效仍然存在爭(zhēng)議,可能是由于以往研究的潛在假設(shè)為過(guò)程重疊理論(Beaver,2008):訓(xùn)練任務(wù)的認(rèn)知過(guò)程和智力活動(dòng)的過(guò)程是相同的,因此訓(xùn)練效果可以遷移到智力測(cè)量中。但訓(xùn)練實(shí)際上只能改善與訓(xùn)練任務(wù)相關(guān)的特定認(rèn)知過(guò)程,這才導(dǎo)致眾多研究結(jié)果的矛盾。

Oberauer(2016)提出,流體智力的形成要素并非是認(rèn)知過(guò)程,而是異質(zhì)的認(rèn)知系統(tǒng)的參數(shù),可能包括:激活擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)中源激活的數(shù)量,表征獨(dú)特性,反應(yīng)選擇中積累的噪音,以及從工作記憶中移除無(wú)關(guān)信息的效率。因此,恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)知訓(xùn)練應(yīng)當(dāng)考慮如何匹配被試當(dāng)前認(rèn)知參數(shù),而非特定認(rèn)知加工。

5 總結(jié)與展望

通過(guò)回顧進(jìn)化心理學(xué)和發(fā)展心理學(xué)對(duì)智力的解釋,梳理相應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)智力的關(guān)鍵腦區(qū)集中在額頂網(wǎng)絡(luò),且通過(guò)神經(jīng)震蕩的耦合連接不同腦區(qū),但是認(rèn)知訓(xùn)練并沒(méi)有顯示出一致的效果。為了加強(qiáng)認(rèn)知訓(xùn)練對(duì)智力的提升作用的理解,在未來(lái)研究中需要厘清以下問(wèn)題:

(1)訓(xùn)練任務(wù)范式的不統(tǒng)一。智力訓(xùn)練任務(wù)范式繁雜,且任務(wù)本身所包含的成分與訓(xùn)練的目標(biāo)成分并不一致。但不管是多任務(wù)還是單一任務(wù),都未能真正明確造成陽(yáng)性或陰性結(jié)果的原因。今后對(duì)于訓(xùn)練包含認(rèn)知成分的探索有助于明確影響智力干預(yù)效果的因素。

(2)工作記憶和執(zhí)行功能或是智力的必要不充分條件。無(wú)論是工作記憶還是執(zhí)行功能都與智力息息相關(guān),但似乎都不能直接促進(jìn)智力的提升。這些基礎(chǔ)的認(rèn)知過(guò)程缺乏信息整合與加工,缺乏經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)的支持。這可能是兩種認(rèn)知訓(xùn)練結(jié)果不一致的原因,因此有必要挖掘其他智力訓(xùn)練方案。

(3)智力發(fā)展階段的影響(認(rèn)知能力與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育)。額頂網(wǎng)絡(luò)是智力的神經(jīng)基礎(chǔ),其中前額葉的發(fā)育從幼年持續(xù)至中年(35歲左右)。這也意味著在前額葉完全發(fā)育之前,智力仍然具有可干預(yù)性。當(dāng)下研究的不一致可能有兩方面原因:一是隨著年齡的增長(zhǎng),神經(jīng)可塑性逐漸下降。二是流體智力存在發(fā)展的關(guān)鍵期。但神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育研究不足,其如何影響認(rèn)知能力發(fā)展也不清楚,因此需要神經(jīng)系統(tǒng)縱向研究的深入。

(4)社會(huì)化程度對(duì)智力的影響。不論是進(jìn)化心理學(xué)視角下物種存續(xù)策略,還是發(fā)展心理學(xué)視角下的個(gè)體發(fā)育,都表現(xiàn)出了社會(huì)化的屬性。這也意味著個(gè)體智力發(fā)展可能有賴于社會(huì)化程度,包括社會(huì)撫養(yǎng)和社會(huì)學(xué)習(xí),有待后續(xù)研究關(guān)注社會(huì)化對(duì)智力發(fā)展的作用。