瞳孔越大,智力越高:眼睛與大腦的關係比你想象中複雜

  來源:科研圈

  一項新研究表明,一個人的瞳孔處於基線狀態時的直徑越大,他的智商就越高。這可能與我們的大腦中控制瞳孔活動的區域有關。

  原作 Jason S。 Tsukahara, Alexander P。 Burgoyne, Randall W。 Engle

  翻譯 許楚楚

  編輯 魏瀟

  我們的瞳孔不僅僅會對光線有所反應,它們還能體現一個人的喚起(arousal)、興趣(interest)或精神耗竭(mental exhaustion)等狀態。美國聯邦調查局(Federal Bureau of Investigation,FBI)甚至使用瞳孔擴張程度來探測一個人是否存在欺騙行為。如今,我們在美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的實驗室所進行的研究表明,瞳孔基線大小(baseline pupil size)與個體智力的差異密切相關。從有關推理、注意力和記憶力的測試來看,一個人的瞳孔處於基線狀態時的直徑越大,他的智商就越高。事實上,通過這三項研究,我們還發現,在認知測試中得分最高和最低的被試之間,其瞳孔的基線尺寸差異竟大到可以直接通過肉眼觀察到。

  這種令人驚訝的聯繫,是我們在研究人們在記憶任務中所需腦力存在差異性時被發現的。以往,我們通常用瞳孔的擴張程度來衡量一個人在腦力勞動中的努力程度,這一觀點由心理學家 Daniel Kahneman 在 20 世紀 60-70 年代推廣普及。因此,當我們發現瞳孔基線大小與智力之間存在一定關係時,我們其實並不確定它的真實性,或是這一現象到底意味著什麼。

  出於好奇,我們從美國亞特蘭大市(Atlanta)招募了 500 多名年齡 18 到 35 歲的志願者,展開了幾項規模更大的研究。我們用眼動儀測量了這些被試的瞳孔大小,這種設備可以利用高性能相機和電腦捕捉瞳孔和角膜反射光線,從而獲得相關數據。我們測量了參与者在休息時注視空白電腦屏幕長達 4 分鐘的瞳孔尺寸。在此期間,眼動儀一直在記錄著數據,這讓我們可以計算出每個參与者的平均瞳孔大小。

  需要明確的一點是,瞳孔大小指的是眼睛中央黑色圓孔的直徑,它的範圍從 2 毫米到 8 毫米不等。瞳孔被稱為虹膜(iris)的彩色區域包圍著,其中,虹膜負責控制瞳孔的縮放。除此之外,由於明亮的光線會使瞳孔收縮,因此我們讓所有被試所在的實驗室都保持在一個昏暗的狀態。

  接下來,被試們完成了一系列認知測試,這些測試旨在衡量其「流體智力」(fluid intelligence,即通過推理解決新問題的能力),「工作記憶能力」(working memory capacity,即在短時間內記住信息的能力),和「注意力控制」(attention control,即在被干擾和被干涉的環境中集中注意力的能力)。

  舉例來說,在注意力控制的測試環節中,被試必須忍住不去看電腦屏幕一側閃爍的加粗星號,而是迅速向相反的方向看,去識別一個英文字母。由於這個字母會在瞬間消失,所以即使參与者僅僅是對著閃爍的星號做一個短時間的掃視,也極有可能因此錯過這個字母。雖然人類已學會利用周邊視覺(peripheral vision)對看到的物體做出反應,且這項技能曾讓我們能夠有效發現捕食者或獵物,但此次任務卻是要求參与者將注意力從閃爍的星號轉移到字母上。

  我們發現,更大的瞳孔基線尺寸與更高的流體智力、注意力控制能力有關(也與工作記憶能力有輕微的相關性),這表明大腦和眼睛之間存在著一種奇妙的關聯。有趣的是,瞳孔大小與年齡呈負相關:年齡較大的參与者,其瞳孔往往更小、更狹窄。不過,對年齡進行標準化后,上述瞳孔大小和認知能力之間的關聯仍然存在。

  但為什麼瞳孔大小會和智力有關呢?在回答這個問題之前,我們需要了解我們的大腦中到底發生了什麼。首先,瞳孔的大小與藍斑(locus coeruleus)的活動有關。藍斑是位於腦幹(brain stem)上部的一個神經核團,其與大腦的其他部分有著影響深遠的神經連接。其次,藍斑會釋放去甲腎上腺素(norepinephrine)。去甲腎上腺素在大腦和身體中既是一種神經遞質,也是一種激素,它能夠調節諸如感知、注意力、學習和記憶等過程。此外,藍斑還有助於使大腦活動維持在一種井然有序的狀態下,使大腦的不同區域可以協同工作,以完成具有挑戰性的任務和目標。藍斑的功能障礙以及由此導致的系統性大腦活動的崩潰,與多種疾病有關,其中包括阿爾茨海默病(Alzheimer』s disease)和注意缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivity disorder)。事實上,這種對大腦活動的組織安排功能非常重要,以至於大腦會消耗大部分的能量用於維持其正常運行,哪怕在此期間我們什麼都不做,譬如僅僅只是連續盯著空白的電腦屏幕看個幾分鐘,也是如此。

  另外,還有這樣一種假說:在休息時瞳孔更大的人,藍斑對其大腦活動的調節能力也更強,這對認知功能和休息狀態下的大腦功能而言是件好事。當然,還需要進一步的研究來探索這種可能性,並確定為什麼較大的瞳孔與更高的流體智力和注意力控制有關。但很明顯的是,事情遠不止我們眼前所見。

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