论文部分内容阅读
设想有一天，脑扫描能够让老师知道每个学生认知能力的长处和短处，那么就可以做到因材施教。
屏幕上展开了一连串的黑白照片，每一张都显示了我大脑的一小部分。对于任何看到过脑部扫描的人来说，灰色的图像看来都很熟悉，但是这些图像是不同的。加州大学洛杉矶分校的神经学家安德鲁·弗鲁(AndrewFrew)用光标选择了一个小方块，像意大利面一样的细条纹就出现了，它代表通过其中的数千条神经纤维。点击光标几下，弗鲁使屏幕上的纤维束更清晰，首先突出显示的是我的视神经，接着是通过大脑语言区的神经，然后是伸向脑干的运动和感觉神经束。
弗鲁正在给我演示我的脑白质——连接神经元、或者神经细胞的薄膜，而神经元构成了灰质。扭曲旋转的、在神经元之间传递信息的神经网络或许可以解释人类智力的差别，至少在某种程度上可以解释，比如：它们独特的厚度、或者也可能是它们的丰富程度。或者是它们从大脑的一个部分到另一个部分所采用的特殊通道。
两个多世纪以来，科学家们一直在寻找智力的来源——通常以智商的形式量化的认知能力。随着核磁共振等技术的出现，关注灰质的研究人员们能够将发挥作用的大脑部分描绘出来。但也仅此而已，关于灰质的研究还没能揭开全部的奥秘。直到最近几年，核磁共振的焦点转向了大脑的白质，更深刻的理解开始出现。 “现在，科学家能够将关注点从大脑的某些特定区域，转向连接这些区域的东西，”谢里夫’卡拉马(Sherif Karama)说。他是一个精神科医生，也是麦吉尔大学的蒙特利尔神经学研究所的神经科学家。他们的初步发现使得卡拉马和其他人相信，神经网络以及它在大脑中携带信息的方式是决定智商的至关重要的因素。
直到最近，仍只有一小部分科学家在研究大脑结构与智商之间可能的关系，部分原因在于，生物与遗传基础与智商有关的观点长期以来一直是有争议的。来自不同族裔的人往往在智商测试中取得不同的分数，这样的研究可能引发种族主义的争论。而批评者担心，这可能被滥用，导致潜在的教育和就业上的歧视。然而，新的成像技术使得从前不可能的研究成为了可能，而聚焦这个问题的研究组数量正在迅速上升。许多研究组都瞄准了白质。
人们希望找到与智力相关的大脑区域和回路，能为妨碍认知的神经和精神疾病提供新的认识，如阿尔茨海默氏症和精神分裂症。“如果你想弄明白认知能力因何下降，那么你需要明白认知能力是如何在大脑中出现并组合在一起的。新墨西哥州阿尔伯克基精神研究网络(Mind Research Network)的神经科学家雷克斯·荣格(Rex Jung)说。这项研究也能提高对于学习障碍的认识，如阅读障碍和注意力不足过动症(ADHD)，也许可以导致更好的治疗方法。但其他潜在的应用则更具争议性。有些科学家设想，也许有一天，脑扫描可以用来测定智商。安大略省麦克马斯特大学迈克尔·G·德格罗特医学院的神经科学家桑德拉·F·怀特森(Sandra F.Witelson)表示，“未来的某个时刻，脑扫描可以作为测定人们能力高低的工具组合中一部分，这并不是无稽的猜想。”
发达的大脑
神经学家保罗·汤普森(Paul Thompson)是研究大脑结构与智商的研究员之一，但是，当年他在加州大学洛杉矶分校创立实验室的时候，那并不是他的初衷：他的关注点是老年痴呆症和精神分裂症的大脑内形态变化。然而，由于这两种疾病都伴随有严重的认知障碍，汤普森和他的合作者在研究中测试了他们病人的认知能力。当他们开始寻找与大脑结构更密切相关的变量时，他们发现，智力似乎是最重要的。“智商成了决定大脑形态的关键因素，”汤普森说。
研究智力的科学家们通常用比较的形式来定义它，认知能力测试往往是与平均值相对的。量化的“一般智力因素”，也就是我们所说的g，能从一组智力测试中统计出来。某些人显然是某些领域的天才，在一个测试中分数较高的人很可能。在其他的测试中分数也高，反映出较高的g。
研究人员们还没有为g找到一个简单救神经学解释。2001年，汤普森演示了它与额叶皮质的体积有密切联系，这个结果与一系列将智商与整个大脑的大小联系起来的研究相一致。但是，体积大小只是个粗略的测法：尽管从总体上来说，较大的大脑可能更聪明，但目前还不清楚，那是因为它们有更多的神经细胞，还是因为细胞之间有更多的连接，或者更多携带神经信号的纤维。这些因素都可能导致更大的大脑和更厚的大脑皮层，但是，这些都不是高智力的必须因素。例如，对于爱因斯坦大脑的研究发现，它的大小很普通，甚至是偏小的(他的顶下小叶缺少一条褶皱，位于额叶皮质之后。有人推测，正是这一异常使得那个区域的神经元能够更有效的交流)。
由于脑结构成像变得更加精细，科学家开始聚焦于负责特定任务的大脑部分，包括感觉处理、记忆力、注意力和做决定的区域。然而，不同的研究将不同的区域与智力联系起来，就很难得出一个解剖学基础的统一理论。
但是，如果决定智力的关键既不是某个独立的区域，也不是整体的大小，而是传递和整合信息的网络呢?2007年，荣格和理查德·海尔(Richard Haier) (他现在是加州大学尔湾分校的名誉心理学教授)开发了第一套神经影像的综合理论，关于大脑是如何产生智力的。他们收集了37份已发表的利用影像研究智力的论文，制订了至少在三分之一的研究’中已经准确定位的大脑区域图像，以描绘出从额叶至顶叶的区域网络。
该网络包含大约10个节点，或者说细胞丛，与注意力、工作记忆、面部识别等认知功能相联系。：利用现有的关于信息如何在大脑中流动的理论，荣格和海尔假设，神经信号从大脑后部的节点出发，感觉数据在这里收集并综合，传向负责做出决定和计划的额叶。他们认为，这些节点之间的连接与节点本身一样重要。“如果网络中的节点不能有效且高效地交流，那么这个网络就不能有效地发挥它的功能。荣格说。
这个理论很刺激，但是，发展这个理论所使用的数据有一个主要的限制：已发表的研究主要都集中在灰质上。至于连接的白质，荣格和海尔依靠的是从关键节点的位置出发的路径，以及现有的神经解剖学地图。他们并不是直接研究白质本身，很大原因在于缺少这样做的技术。
联络和效率
从体积上看，灰质大约构成了人类大脑的一半。另一半是白质，由被叫做髓磷脂的脂肪物质包裹的长纤维状神经组成，这样高比例的白质似乎是人类特有的。由于我们是“从幼虫进化为人类，”加州大学洛杉矶分校的精神病学教授乔治·巴索基斯(George BarLzokis)说，大脑中非神经细胞的数目增长比神经元多50倍。他还说，“我的假设一直是，事实上让我们拥有认知能力的并不是神经元的数量(这个数字在人与人之间也有很大差别)，而是我们的连接的质量。”
由于那层能够防止电脉冲泄露的绝缘层，髓神经纤维传 递信号的速度比无髓的快100倍。髓鞘还能通过减少信号之间的等候时间，每一秒内让更多的信息通过。结果就是，与其他可能的情况相比，神经元处理信息的速度可以加快3000倍。巴索基斯相信，这种能力是说话和处理语言的关键。
医疗扫描通常使用的那一类核磁共振不能显示出大脑白质的细节。但是有了磁共振弥散张量成像技术(DTI) (这种技术利用扫描仪的磁铁跟踪水分子在大脑中的运动)，科学家找到了描绘具体的神经线路的方法。尽管在大多数脑组织中，水在脑组织的大部分区域是随机运动的，但它却是沿着绝缘神经纤维流动的，就像电流随着导线流动。
大多数的DTI扫描把核磁共振的图像拆分成小的区域，然后在每一块区域中的6到12个方向上测量水分子的弥散，对于监测厚神经束来说，这就足够了。但是，线路重叠的地方看上去就比较模糊。新的弥散成像测量50至500个方向。计算机的算法将这些数据综合成三维图像，显示在每一个区域中神经纤维最有可能通过的路径，然后从多个点把信息整合起来，创建出一张线路图。
弥散信号的强度——它向一个明确的方向弥散的程度——是用来衡量白质纤维的有序程度的。较强的弥散信号表示更多的纤维，还是更厚的髓鞘，科学家们还不知道。但是新的弥散成像方法揭示了信号强度(研究人员指的白质完整性)与标准智商测试中表现的相关性。“关于认知功能，事实证明，DTI是我们所拥有的最敏感的核磁共振测量方法。”辛辛那提儿童医院的神经学家文森特·施米道斯特(Vincent Schmithorst)说。
汤普森把它的弥散图像成为“智力速度的图像”。以前的研究曾经一再地把智商与处理速度联系起来，而另有研究表明，处理速度与白质的质量紧密相连。那是不是意味着智力取决于大脑的运行速度?如果是这样的话，找到大脑中处理速度的关键是不是就意味着研究人员们终于找到了智力的奥秘呢?
实际上，速度可能并不是决定智商的唯一因素。“对于智商很重要的一个因素是额叶的功能，它负责计划、做出决定以及权衡征象，”汤普森说。“我认为那些技能并不完全依赖智力的速度。”
一些关于智力的最新理论表明，关键因素或许在于信息在大脑中移动的效率如何，而不仅仅是多快。在最近的一项由荷兰乌德勒支大学医学中心的神经学家马丁·潘·登·霍伊维尔(MartijnP.van den Heuvel)领导的研究中，研究人员将效率定义为从一个节点到另一个节点所需的连接数量——大脑的某个特定区域及整个大脑中都是如此。就像从巴黎直飞芝加哥航班比在伦敦转机更高效，大脑中两个部分之间的直接连接也比间接的途径更高效。
潘·登·霍伊维尔和他的同事们发现，智商在比普通人120以上的人群，拥有最高效的大脑网络。“我们的假设是，智商是关于人类大脑如何整合各种不同的信息，从大脑的一个区域将信息传到另一区域的便捷度的指标，”潘·登·霍伊维尔说。 “这些活动模式很大程度上受到大脑中白质结构的影响，也就是大脑是怎样连接起来的。”
理查德·海尔和他的同事们正在用一种新的方法——脑磁描记法(MEG)测量大脑周围的信息流动。MEG测量活性神经元周围的磁场波动，使得科学家能够追踪大脑中毫秒级别的神经信号。比如：当人们执行不同任务的时候，如按下一个按钮回应光束。研究人员希望弄清楚不同智商的人这些信号的流动是否有差别——例如，更聪明的人是否遵循同样的顺序流动，只是速度更快，或者他们的大脑是不是在整个过程中跳过了几个步骤。“加上节点和网络的时间，”荣格说，“那才是我们所说的真正的大脑运行时间。”提高智商
如果白质是决定智商的关键因素，有什么方法可以改善它呢?它是否给了我们让自己变得更聪明的方法?或者帮助患有神经或精神疾病的人提高认知技能?
至少在一定程度上，白质的质量很有可能是由遗传决定的，因而很难改变。胼胝体(即连接大脑两个半球的厚厚的白质)的大小有95％是由基因决定的。根据汤普森的观点，大约85％顶叶中白质变异是由于基因，那个区域负责逻辑和视觉空间技巧。但是颞叶的变异似乎只有约45％是遗传的，那儿负责学习和记忆。
现在，汤普森试图确定与白质的质量有关的具体基因。目前最有可能的是一种叫做BDNF的蛋白的基因，它能促进细胞增长。拥有某种变异的人拥有更有序的纤维，他说。
但是，环境因素也起到了作用。在激励的环境中长大的啮齿动物拥有更多的白质。研究显示，在婴儿时期吃母乳与吃瓶装奶粉的人的智商可能有明显的差别，因为母乳含有omega-3，这是产生髓磷脂所需的脂肪酸。因此，现在一些婴儿奶粉已经包含有这些物质。
对那些很早以前错过了婴幼儿配方奶粉的人来说，希望还是存在的。尽管成年人的大脑不如年轻人那样可塑，也不易受到环境因素的影响，但是，越来越多的证据显示，成年人的大脑依然具有极高的可塑性。科学家对于白质的研究还不够，还无法直接改善它的质量，尤其是对健康的人来说。但是，运动、饮食和精神活动都能促进大脑的健康，降低患痴呆症的风险，这是一种与白质的损伤有关的疾病。另有研究表明，仅仅花几个月的时间练习一项新的技能，就能扩大大脑的某个区域，包括负责计划运动的额皮质，以及负责整合视觉、听觉、触觉和内部生理信息的颞叶。其他相似的、关于如何提高白质质量的研究也正在进行中。
尽管看到自己的白质图像很让人激动，但是这并没有很深的启发性。扫描并没有告诉我，我的智力活动过程多么高效或者多灵活。而且，研究人员告诉我，光看一眼我的脑扫描，即使是最厉害的神经学家也无法说出我的认知能力如何。
了解更多关于大脑白质对于智力的作用，使得科学家们对于大脑解剖学如何影响认知有了更全面的了解。它可以解释不同结构的大脑如何产生相同的智商，或者特殊的模式——这儿的白质很厚，那儿有一大块灰质～一是否与认知的长处与短处有关。“过去十年里，关于智力的研究获得的关键发现在于，大脑能以许多不同的方式产生相同的智商分数。”海尔说。智力的特点在于“个体在学习、记忆、注意力以及如何将它们整合起来等方面都是有差异的”。海尔设想有一天，脑扫描能够让老师知道每个学生认知能力的长处和短处，那么就可以做到因材施教。大量的认知测试有可能得到的是相同的信息，但这样的测试却很罕见，因为它很昂贵，也很耗时。从另一方面来说，一个15分钟的脑扫描可能可以说明更多的问题。
尽管目前还不可能从脑扫描判断一个人的智商，但一些科学家表示，那一天也许不远了。“举个很简单的例子，”海尔说，“假设某一些区域的灰质的总量与智商密切相关，那么如果我们加上扫描信息的话——也许是其他区域的白质数量，或者在解决一个问题后特定区域的活化数量——这个相关性就更高了。我们还不知道哪些大脑参数的组合最能预测心理智商或其他智力因素或者脑力，但是我们知道如何找到它。一旦资金充足，能够用多种技术扫描非常大的样本，用一套心理测量方法测试所有人，这只是时间的问题。”
对于那些治疗阿尔茨海默氏症病人以及其他导致认知能力损害疾病的医生来说，这是一个福音。然而，有些专家担心，这会导致一种人的能力完全是先天决定的观点。这个领域的科学家们认为，实际上，用脑扫描测定智力与用SAT这样的标准测试测定智力没有什么不同。但是，由于脑扫描测量的是生理性质，它有可能引发比如今的测试更多的关注。“如果你能用脑扫描测量智商，即使它并不比SAT的分数更具预示性，它会给人一种幻觉：他或她的未来已经‘先天注定’了，”卡拉马说。
事实上，目前还不清楚在预测个体的认知功能上——或者是在学校、事业和生活中能否取得成功——脑扫描是否比SAT分数更好。它们的价值取决于我们拿它们做什么。也许，关于SAT，训练课程能帮助人们提高他们的分数——更好地利用他们大脑中的连接网络。加州大学洛杉矶分校的弗鲁说：“这不只是一个工具。关键是我们怎样运用它。”
屏幕上展开了一连串的黑白照片，每一张都显示了我大脑的一小部分。对于任何看到过脑部扫描的人来说，灰色的图像看来都很熟悉，但是这些图像是不同的。加州大学洛杉矶分校的神经学家安德鲁·弗鲁(AndrewFrew)用光标选择了一个小方块，像意大利面一样的细条纹就出现了，它代表通过其中的数千条神经纤维。点击光标几下，弗鲁使屏幕上的纤维束更清晰，首先突出显示的是我的视神经，接着是通过大脑语言区的神经，然后是伸向脑干的运动和感觉神经束。
弗鲁正在给我演示我的脑白质——连接神经元、或者神经细胞的薄膜，而神经元构成了灰质。扭曲旋转的、在神经元之间传递信息的神经网络或许可以解释人类智力的差别，至少在某种程度上可以解释，比如：它们独特的厚度、或者也可能是它们的丰富程度。或者是它们从大脑的一个部分到另一个部分所采用的特殊通道。
两个多世纪以来，科学家们一直在寻找智力的来源——通常以智商的形式量化的认知能力。随着核磁共振等技术的出现，关注灰质的研究人员们能够将发挥作用的大脑部分描绘出来。但也仅此而已，关于灰质的研究还没能揭开全部的奥秘。直到最近几年，核磁共振的焦点转向了大脑的白质，更深刻的理解开始出现。 “现在，科学家能够将关注点从大脑的某些特定区域，转向连接这些区域的东西，”谢里夫’卡拉马(Sherif Karama)说。他是一个精神科医生，也是麦吉尔大学的蒙特利尔神经学研究所的神经科学家。他们的初步发现使得卡拉马和其他人相信，神经网络以及它在大脑中携带信息的方式是决定智商的至关重要的因素。
直到最近，仍只有一小部分科学家在研究大脑结构与智商之间可能的关系，部分原因在于，生物与遗传基础与智商有关的观点长期以来一直是有争议的。来自不同族裔的人往往在智商测试中取得不同的分数，这样的研究可能引发种族主义的争论。而批评者担心，这可能被滥用，导致潜在的教育和就业上的歧视。然而，新的成像技术使得从前不可能的研究成为了可能，而聚焦这个问题的研究组数量正在迅速上升。许多研究组都瞄准了白质。
人们希望找到与智力相关的大脑区域和回路，能为妨碍认知的神经和精神疾病提供新的认识，如阿尔茨海默氏症和精神分裂症。“如果你想弄明白认知能力因何下降，那么你需要明白认知能力是如何在大脑中出现并组合在一起的。新墨西哥州阿尔伯克基精神研究网络(Mind Research Network)的神经科学家雷克斯·荣格(Rex Jung)说。这项研究也能提高对于学习障碍的认识，如阅读障碍和注意力不足过动症(ADHD)，也许可以导致更好的治疗方法。但其他潜在的应用则更具争议性。有些科学家设想，也许有一天，脑扫描可以用来测定智商。安大略省麦克马斯特大学迈克尔·G·德格罗特医学院的神经科学家桑德拉·F·怀特森(Sandra F.Witelson)表示，“未来的某个时刻，脑扫描可以作为测定人们能力高低的工具组合中一部分，这并不是无稽的猜想。”
发达的大脑
神经学家保罗·汤普森(Paul Thompson)是研究大脑结构与智商的研究员之一，但是，当年他在加州大学洛杉矶分校创立实验室的时候，那并不是他的初衷：他的关注点是老年痴呆症和精神分裂症的大脑内形态变化。然而，由于这两种疾病都伴随有严重的认知障碍，汤普森和他的合作者在研究中测试了他们病人的认知能力。当他们开始寻找与大脑结构更密切相关的变量时，他们发现，智力似乎是最重要的。“智商成了决定大脑形态的关键因素，”汤普森说。
研究智力的科学家们通常用比较的形式来定义它，认知能力测试往往是与平均值相对的。量化的“一般智力因素”，也就是我们所说的g，能从一组智力测试中统计出来。某些人显然是某些领域的天才，在一个测试中分数较高的人很可能。在其他的测试中分数也高，反映出较高的g。
研究人员们还没有为g找到一个简单救神经学解释。2001年，汤普森演示了它与额叶皮质的体积有密切联系，这个结果与一系列将智商与整个大脑的大小联系起来的研究相一致。但是，体积大小只是个粗略的测法：尽管从总体上来说，较大的大脑可能更聪明，但目前还不清楚，那是因为它们有更多的神经细胞，还是因为细胞之间有更多的连接，或者更多携带神经信号的纤维。这些因素都可能导致更大的大脑和更厚的大脑皮层，但是，这些都不是高智力的必须因素。例如，对于爱因斯坦大脑的研究发现，它的大小很普通，甚至是偏小的(他的顶下小叶缺少一条褶皱，位于额叶皮质之后。有人推测，正是这一异常使得那个区域的神经元能够更有效的交流)。
由于脑结构成像变得更加精细，科学家开始聚焦于负责特定任务的大脑部分，包括感觉处理、记忆力、注意力和做决定的区域。然而，不同的研究将不同的区域与智力联系起来，就很难得出一个解剖学基础的统一理论。
但是，如果决定智力的关键既不是某个独立的区域，也不是整体的大小，而是传递和整合信息的网络呢?2007年，荣格和理查德·海尔(Richard Haier) (他现在是加州大学尔湾分校的名誉心理学教授)开发了第一套神经影像的综合理论，关于大脑是如何产生智力的。他们收集了37份已发表的利用影像研究智力的论文，制订了至少在三分之一的研究’中已经准确定位的大脑区域图像，以描绘出从额叶至顶叶的区域网络。
该网络包含大约10个节点，或者说细胞丛，与注意力、工作记忆、面部识别等认知功能相联系。：利用现有的关于信息如何在大脑中流动的理论，荣格和海尔假设，神经信号从大脑后部的节点出发，感觉数据在这里收集并综合，传向负责做出决定和计划的额叶。他们认为，这些节点之间的连接与节点本身一样重要。“如果网络中的节点不能有效且高效地交流，那么这个网络就不能有效地发挥它的功能。荣格说。
这个理论很刺激，但是，发展这个理论所使用的数据有一个主要的限制：已发表的研究主要都集中在灰质上。至于连接的白质，荣格和海尔依靠的是从关键节点的位置出发的路径，以及现有的神经解剖学地图。他们并不是直接研究白质本身，很大原因在于缺少这样做的技术。
联络和效率
从体积上看，灰质大约构成了人类大脑的一半。另一半是白质，由被叫做髓磷脂的脂肪物质包裹的长纤维状神经组成，这样高比例的白质似乎是人类特有的。由于我们是“从幼虫进化为人类，”加州大学洛杉矶分校的精神病学教授乔治·巴索基斯(George BarLzokis)说，大脑中非神经细胞的数目增长比神经元多50倍。他还说，“我的假设一直是，事实上让我们拥有认知能力的并不是神经元的数量(这个数字在人与人之间也有很大差别)，而是我们的连接的质量。”
由于那层能够防止电脉冲泄露的绝缘层，髓神经纤维传 递信号的速度比无髓的快100倍。髓鞘还能通过减少信号之间的等候时间，每一秒内让更多的信息通过。结果就是，与其他可能的情况相比，神经元处理信息的速度可以加快3000倍。巴索基斯相信，这种能力是说话和处理语言的关键。
医疗扫描通常使用的那一类核磁共振不能显示出大脑白质的细节。但是有了磁共振弥散张量成像技术(DTI) (这种技术利用扫描仪的磁铁跟踪水分子在大脑中的运动)，科学家找到了描绘具体的神经线路的方法。尽管在大多数脑组织中，水在脑组织的大部分区域是随机运动的，但它却是沿着绝缘神经纤维流动的，就像电流随着导线流动。
大多数的DTI扫描把核磁共振的图像拆分成小的区域，然后在每一块区域中的6到12个方向上测量水分子的弥散，对于监测厚神经束来说，这就足够了。但是，线路重叠的地方看上去就比较模糊。新的弥散成像测量50至500个方向。计算机的算法将这些数据综合成三维图像，显示在每一个区域中神经纤维最有可能通过的路径，然后从多个点把信息整合起来，创建出一张线路图。
弥散信号的强度——它向一个明确的方向弥散的程度——是用来衡量白质纤维的有序程度的。较强的弥散信号表示更多的纤维，还是更厚的髓鞘，科学家们还不知道。但是新的弥散成像方法揭示了信号强度(研究人员指的白质完整性)与标准智商测试中表现的相关性。“关于认知功能，事实证明，DTI是我们所拥有的最敏感的核磁共振测量方法。”辛辛那提儿童医院的神经学家文森特·施米道斯特(Vincent Schmithorst)说。
汤普森把它的弥散图像成为“智力速度的图像”。以前的研究曾经一再地把智商与处理速度联系起来，而另有研究表明，处理速度与白质的质量紧密相连。那是不是意味着智力取决于大脑的运行速度?如果是这样的话，找到大脑中处理速度的关键是不是就意味着研究人员们终于找到了智力的奥秘呢?
实际上，速度可能并不是决定智商的唯一因素。“对于智商很重要的一个因素是额叶的功能，它负责计划、做出决定以及权衡征象，”汤普森说。“我认为那些技能并不完全依赖智力的速度。”
一些关于智力的最新理论表明，关键因素或许在于信息在大脑中移动的效率如何，而不仅仅是多快。在最近的一项由荷兰乌德勒支大学医学中心的神经学家马丁·潘·登·霍伊维尔(MartijnP.van den Heuvel)领导的研究中，研究人员将效率定义为从一个节点到另一个节点所需的连接数量——大脑的某个特定区域及整个大脑中都是如此。就像从巴黎直飞芝加哥航班比在伦敦转机更高效，大脑中两个部分之间的直接连接也比间接的途径更高效。
潘·登·霍伊维尔和他的同事们发现，智商在比普通人120以上的人群，拥有最高效的大脑网络。“我们的假设是，智商是关于人类大脑如何整合各种不同的信息，从大脑的一个区域将信息传到另一区域的便捷度的指标，”潘·登·霍伊维尔说。 “这些活动模式很大程度上受到大脑中白质结构的影响，也就是大脑是怎样连接起来的。”
理查德·海尔和他的同事们正在用一种新的方法——脑磁描记法(MEG)测量大脑周围的信息流动。MEG测量活性神经元周围的磁场波动，使得科学家能够追踪大脑中毫秒级别的神经信号。比如：当人们执行不同任务的时候，如按下一个按钮回应光束。研究人员希望弄清楚不同智商的人这些信号的流动是否有差别——例如，更聪明的人是否遵循同样的顺序流动，只是速度更快，或者他们的大脑是不是在整个过程中跳过了几个步骤。“加上节点和网络的时间，”荣格说，“那才是我们所说的真正的大脑运行时间。”提高智商
如果白质是决定智商的关键因素，有什么方法可以改善它呢?它是否给了我们让自己变得更聪明的方法?或者帮助患有神经或精神疾病的人提高认知技能?
至少在一定程度上，白质的质量很有可能是由遗传决定的，因而很难改变。胼胝体(即连接大脑两个半球的厚厚的白质)的大小有95％是由基因决定的。根据汤普森的观点，大约85％顶叶中白质变异是由于基因，那个区域负责逻辑和视觉空间技巧。但是颞叶的变异似乎只有约45％是遗传的，那儿负责学习和记忆。
现在，汤普森试图确定与白质的质量有关的具体基因。目前最有可能的是一种叫做BDNF的蛋白的基因，它能促进细胞增长。拥有某种变异的人拥有更有序的纤维，他说。
但是，环境因素也起到了作用。在激励的环境中长大的啮齿动物拥有更多的白质。研究显示，在婴儿时期吃母乳与吃瓶装奶粉的人的智商可能有明显的差别，因为母乳含有omega-3，这是产生髓磷脂所需的脂肪酸。因此，现在一些婴儿奶粉已经包含有这些物质。
对那些很早以前错过了婴幼儿配方奶粉的人来说，希望还是存在的。尽管成年人的大脑不如年轻人那样可塑，也不易受到环境因素的影响，但是，越来越多的证据显示，成年人的大脑依然具有极高的可塑性。科学家对于白质的研究还不够，还无法直接改善它的质量，尤其是对健康的人来说。但是，运动、饮食和精神活动都能促进大脑的健康，降低患痴呆症的风险，这是一种与白质的损伤有关的疾病。另有研究表明，仅仅花几个月的时间练习一项新的技能，就能扩大大脑的某个区域，包括负责计划运动的额皮质，以及负责整合视觉、听觉、触觉和内部生理信息的颞叶。其他相似的、关于如何提高白质质量的研究也正在进行中。
尽管看到自己的白质图像很让人激动，但是这并没有很深的启发性。扫描并没有告诉我，我的智力活动过程多么高效或者多灵活。而且，研究人员告诉我，光看一眼我的脑扫描，即使是最厉害的神经学家也无法说出我的认知能力如何。
了解更多关于大脑白质对于智力的作用，使得科学家们对于大脑解剖学如何影响认知有了更全面的了解。它可以解释不同结构的大脑如何产生相同的智商，或者特殊的模式——这儿的白质很厚，那儿有一大块灰质～一是否与认知的长处与短处有关。“过去十年里，关于智力的研究获得的关键发现在于，大脑能以许多不同的方式产生相同的智商分数。”海尔说。智力的特点在于“个体在学习、记忆、注意力以及如何将它们整合起来等方面都是有差异的”。海尔设想有一天，脑扫描能够让老师知道每个学生认知能力的长处和短处，那么就可以做到因材施教。大量的认知测试有可能得到的是相同的信息，但这样的测试却很罕见，因为它很昂贵，也很耗时。从另一方面来说，一个15分钟的脑扫描可能可以说明更多的问题。
尽管目前还不可能从脑扫描判断一个人的智商，但一些科学家表示，那一天也许不远了。“举个很简单的例子，”海尔说，“假设某一些区域的灰质的总量与智商密切相关，那么如果我们加上扫描信息的话——也许是其他区域的白质数量，或者在解决一个问题后特定区域的活化数量——这个相关性就更高了。我们还不知道哪些大脑参数的组合最能预测心理智商或其他智力因素或者脑力，但是我们知道如何找到它。一旦资金充足，能够用多种技术扫描非常大的样本，用一套心理测量方法测试所有人，这只是时间的问题。”
对于那些治疗阿尔茨海默氏症病人以及其他导致认知能力损害疾病的医生来说，这是一个福音。然而，有些专家担心，这会导致一种人的能力完全是先天决定的观点。这个领域的科学家们认为，实际上，用脑扫描测定智力与用SAT这样的标准测试测定智力没有什么不同。但是，由于脑扫描测量的是生理性质，它有可能引发比如今的测试更多的关注。“如果你能用脑扫描测量智商，即使它并不比SAT的分数更具预示性，它会给人一种幻觉：他或她的未来已经‘先天注定’了，”卡拉马说。
事实上，目前还不清楚在预测个体的认知功能上——或者是在学校、事业和生活中能否取得成功——脑扫描是否比SAT分数更好。它们的价值取决于我们拿它们做什么。也许，关于SAT，训练课程能帮助人们提高他们的分数——更好地利用他们大脑中的连接网络。加州大学洛杉矶分校的弗鲁说：“这不只是一个工具。关键是我们怎样运用它。”