當整個大腦作為一個整體運作時，智力就會出現

這項方法取得了重大突破。然而，它並沒有完全解釋人類思維的核心特徵：所有這些獨立的系統如何聚集在一起形成一個統一的思維。

聖母大學的研究人員正在著手回答這個問題。他們利用先進的神經影像學檢查了大腦的整體組織方式以及這種組織如何產生智力。

「神經科學在解釋特定網路的作用方面非常成功，但在解釋單一連貫思維如何從它們的相互作用中產生方面卻不太成功，」聖母大學心理學係安德魯·麥肯納家族心理學教授亞倫·巴比（Aaron Barbee）說。

一般智力和相關認知能力

心理學家很早就注意到，注意力、記憶力、知覺力和語言等技能往往是相關的。在某一領域表現出色的人通常在其他領域也表現出色。這種風格被稱為「一般智力」。它影響個人學習、解決問題以及適應學術、專業、社會和健康環境的效率。

一個多世紀以來，這種模式顯示人類認知在深層上是統一的。科學家缺乏的是為什麼這種統一存在的明確解釋。

「智力問題不是功能定位的問題，」巴比說，他也是聖母大學人類神經影像中心和決策神經科學實驗室的主任。 「當代研究經常詢問一般智力來自大腦的哪裡——主要關注額葉和頂葉皮層內的特定區域網絡。但更重要的問題是智力如何從控制全球大腦功能的原則中產生——分佈式網絡如何通信和集體處理信息。”

為了探索這個更廣泛的視角，巴比和他的團隊（包括主要作者和聖母大學研究生拉姆齊·威爾科克斯）測試了一個稱為網路神經科學理論的框架。他們的研究結果發表在 自然通訊。

解釋網路神經科學的理論

研究者認為，一般智力並不是一種特定的心理能力或策略。相反，它反映了許多認知技能呈正相關的模式。他們認為這種模式源自於大腦網路的建構效率以及它們協同工作的程度。

為了評估這個想法，研究小組分析了人類連結組計畫中 831 名成年人的大腦影像數據和認知表現。他們還在 INSIGHT 研究中對由 145 名成年人組成的獨立小組進行了檢查，該研究由情報高級研究計畫活動的 SHARP 計畫資助。透過結合大腦結構和功能的測量，研究人員創建了大規模大腦組織的詳細圖像。

網路神經科學理論並未將智力與單一大腦區域或功能聯繫起來，而是將其視為整個大腦的屬性。在這種情況下，情報取決於網路如何有效地協調和重組自身以應對不同的挑戰。

巴比和威爾科克斯將此描述為觀點的重大轉變。

「我們發現的證據表明大腦的系統級協調是強大且適應性強的，」威爾科克斯說。 “這種協調本身並不實現認知，而是定義了系統可以支持的認知操作的範圍。”

「在這個框架內，大腦被設計成一個網絡，其行為受到效率、靈活性和整合等通用屬性的約束，」威爾科克斯說。 “這些屬性與單一任務或大腦網路無關，而是整個系統的屬性，塑造了每一個認知過程，但不能簡化為其中任何一個。”

威爾科克斯指出：“一旦問題從智慧在哪裡轉向系統如何組織，實驗目標就會改變。”

智力是全腦協調

結果支持了網路神經科學理論的四大預測。

首先，智慧並不存在於單一網路中。它源自於跨多個網路的分散式處理。大腦必須在專門的系統之間劃分任務，並在必要時整合它們的輸出。

其次，成功的協調需要強而有力的整合和遠端溝通。巴比描述了「一個龐大而複雜的連接系統，充當連接遙遠大腦區域和跨網絡整合信息的『捷徑』。」這些連接允許大腦的遠距離區域有效地交換訊息，支持統一處理。

第三，整合取決於指導資訊流動的組織領域。這些中心有助於協調跨網路的活動並為任務選擇正確的系統。無論某人是在解釋隱藏的線索、學習新技能，還是在仔細分析和快速直覺之間做出決定，這些組織區域都有助於管理流程。

最後，通用智能取決於本地專業化與全球一體化的平衡。當緊密相連的本地群體有效運作，同時保持與遙遠地區的短距離溝通路徑時，大腦才能發揮最佳作用。這種平衡支持靈活有效地解決問題。

在研究的兩組中，一般智力的差異與這些廣泛的組織特徵一致。沒有傳統的大腦區域或「情報網絡」來解釋這些結果。

「當認知協調時，當許多過程必須在系統級約束下協同工作時，通用智能就會變得可見，」巴比指出。

對人工智慧和大腦發育的影響

其影響遠遠超出了理解人類智慧的範疇。透過關注廣泛的大腦組織，這些發現讓我們深入了解為什麼大腦首先作為一個統一的系統發揮作用。

這種觀點也可以解釋為什麼智力在童年時期往往會增加，隨著年齡的增長而下降，並且特別容易受到廣泛的腦損傷。在每種情況下，變化最大的是大規模的協調，而不是孤立的功能。

研究結果也有助於人工智慧的討論。如果人類智慧依賴系統級組織而不是單一的通用機制，那麼建構通用人工智慧可能需要的不僅僅是擴大專用工具的範圍。

巴比說：“這項研究可以讓我們思考如何利用人腦的設計特徵來促進以人為中心、受生物學啟發的人工智慧的進步。”

「許多人工智慧系統可以很好地執行特定任務，但它們仍然很難在不同情況下應用它們所知道的知識。」芭比說。 “人類智力就是由這種靈活性定義的，它反映了人類大腦的獨特組織。”

該研究是與石溪大學的合著者巴巴克·赫馬蒂安 (Babak Hematyan) 和拉夫·瓦什尼 (Lav Varshney) 共同進行的。