文 / 周亦川 編 / 袁月

【搜狐健康】腦核磁可以掃描整個大腦，那么能不能“測出”大腦的智力水平呢？據(jù)medicalxpress網(wǎng)站12月27日報道，《青少年腦認(rèn)知發(fā)展神經(jīng)認(rèn)知預(yù)測》雜志一項研究中，來自于Skoltech計算與數(shù)據(jù)密集型科學(xué)與工程中心的科學(xué)家進(jìn)行了這項挑戰(zhàn)，他們有史以來第一次使用基于深度學(xué)習(xí)3D網(wǎng)絡(luò)的集成方法，用于測量兒童的“流體智力”。

俄羅斯Skoltech研究所研究員Marina Pominova介紹，磁共振成像（MRI）可用于獲取人體內(nèi)部各類器官和組織圖像，也有不少科學(xué)家想到利用它評估智力水平。2013年，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）啟動了第一項青少年大腦研究，即青少年大腦認(rèn)知發(fā)展，以了解青少年的嗜好和習(xí)慣是否影響到了他們的大腦發(fā)育。

目前，NIH的數(shù)據(jù)庫中已收集了總計超過1.1萬幅9—10歲兒童大腦的結(jié)構(gòu)和功能磁共振圖像，他們發(fā)起了一項國際競賽，要求參賽者根據(jù)大腦圖像建立預(yù)測模型。這也是有史以來第一次NIH將龐大的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容提供給社會。

在這項競賽中，Skoltech團(tuán)隊將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于核磁圖像處理，為此他們建立了一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可將多個數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于同一數(shù)據(jù)以提高預(yù)測精度，并使用了一種新穎的集成方法對核磁影像分析。這套方法也在該項競賽中獲得了第四名的好成績。

本項研究主要關(guān)注于兒童天生的智力水平，即“流體智力”。人的智力可以分為“流體智力”和“晶體智力”。流體智力是我們思考和推理的能力，也是我們遇到一件不知道該的事情時，本能地、自動地去解決這件事的能力。這是神經(jīng)系統(tǒng)的生物學(xué)能力的表征，與已獲得的知識或技能無關(guān)。另外，流體智力是天生的、遺傳的，每個人在生下來的時候，他們的流體智力就有差別。

相對的，晶體智力是我們的知識儲備，是后天習(xí)得的，包括語法、數(shù)學(xué)、藝術(shù)技能等。流體智力和晶體智力是彼此獨立的，但又互相影響。如果一個人有比較高的流體智力的話，那么他的晶體智力可能會有更好的發(fā)展。

Pominova介紹，本項研究通過3D 超精密神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以對原始圖像進(jìn)行分類，而無需先縮小其維數(shù)，因此也不會丟失有價值的信息。研究人員將3739組數(shù)據(jù)用于建模訓(xùn)練，415組用于驗證。由此，研究人員還對流體智力水平和目標(biāo)變量都做了預(yù)測，這些均與年齡、性別、大腦體積或者使用的核磁掃描儀型號無關(guān)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兒童“流體智力”與大腦解剖結(jié)構(gòu)之間存在一定的相關(guān)性，遺憾的是，各種模型對智力預(yù)測的誤差較大。但是，Pominova指出，這一模型將有助于闡明青少年大腦結(jié)構(gòu)與認(rèn)知、社交、情感和身體發(fā)育等各個方面聯(lián)系，未來還有很大的研究發(fā)展空間。

當(dāng)然，除了預(yù)測智商，核磁還有預(yù)測和診斷各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛力。2019年12月初，發(fā)表于《放射學(xué):人工智能》上的一項研究提出“腦核磁+人工智能”方法將來可用于診斷兒童注意缺陷與多動癥。來自于辛辛那提醫(yī)學(xué)院的Lili He博士指出，目前多動癥還不能通過單一的測試或醫(yī)學(xué)影像檢查在單個兒童身上確診，但已有研究證明多動癥與大腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部聯(lián)系之間某種形式的破壞有關(guān)。先前的研究僅聚焦于單一的評價尺度，而本項研究中，研究人員使用了多尺度模型。他們將973名參與者的大腦數(shù)據(jù)與性別智商等個人特征進(jìn)行聯(lián)系發(fā)現(xiàn)，利用人工智能輔助下的多尺度評價方法顯著提高了多動癥的檢測性能。He指出，除多動癥外，這個模型和可以推廣到其它系統(tǒng)缺陷，比如早產(chǎn)兒的認(rèn)知缺陷等。

參考資料：

1. medicalxpress

Can MRI predict intelligence levels in children?

https://medicalxpress/news/2019-12-mri-intelligence-children.html

2. medicalxpress

Artificial intelligence boosts MRI detection of ADHD

https://medicalxpress/news/2019-12-artificial-intelligence-boosts-mri-adhd.html