瞳孔越大，智力越高：眼睛与大脑的关系比你想象中复杂
一项新研究表明，一个人的瞳孔处于基线状态时的直径越大，他的智商就越高。这可能与我们的大脑中控制瞳孔活动的区域有关。
图片来源：Pexels
原作 Jason S. Tsukahara, Alexander P. Burgoyne, Randall W. Engle
翻译 许楚楚
编辑 魏潇
我们的瞳孔不仅仅会对光线有所反应，它们还能体现一个人的唤起（arousal）、兴趣（interest）或精神耗竭（mental exhaustion）等状态。美国联邦调查局（Federal Bureau of Investigation，FBI）甚至使用瞳孔扩张程度来探测一个人是否存在欺骗行为。如今，我们在美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的实验室所进行的研究表明，瞳孔基线大小（baseline pupil size）与个体智力的差异密切相关。从有关推理、注意力和记忆力的测试来看，一个人的瞳孔处于基线状态时的直径越大，他的智商就越高。事实上，通过这三项研究，我们还发现，在认知测试中得分最高和最低的被试之间，其瞳孔的基线尺寸差异竟大到可以直接通过肉眼观察到。
这种令人惊讶的联系，是我们在研究人们在记忆任务中所需脑力存在差异性时被发现的。以往，我们通常用瞳孔的扩张程度来衡量一个人在脑力劳动中的努力程度，这一观点由心理学家 Daniel Kahneman 在 20 世纪 60-70 年代推广普及。因此，当我们发现瞳孔基线大小与智力之间存在一定关系时，我们其实并不确定它的真实性，或是这一现象到底意味着什么。
出于好奇，我们从美国亚特兰大市（Atlanta）招募了 500 多名年龄 18 到 35 岁的志愿者，展开了几项规模更大的研究。我们用眼动仪测量了这些被试的瞳孔大小，这种设备可以利用高性能相机和电脑捕捉瞳孔和角膜反射光线，从而获得相关数据。我们测量了参与者在休息时注视空白电脑屏幕长达 4 分钟的瞳孔尺寸。在此期间，眼动仪一直在记录着数据，这让我们可以计算出每个参与者的平均瞳孔大小。
需要明确的一点是，瞳孔大小指的是眼睛中央黑色圆孔的直径，它的范围从 2 毫米到 8 毫米不等。瞳孔被称为虹膜（iris）的彩色区域包围着，其中，虹膜负责控制瞳孔的缩放。除此之外，由于明亮的光线会使瞳孔收缩，因此我们让所有被试所在的实验室都保持在一个昏暗的状态。
接下来，被试们完成了一系列认知测试，这些测试旨在衡量其“流体智力”（fluid intelligence，即通过推理解决新问题的能力），“工作记忆能力”（working memory capacity，即在短时间内记住信息的能力），和“注意力控制”（attention control，即在被干扰和被干涉的环境中集中注意力的能力）。
举例来说，在注意力控制的测试环节中，被试必须忍住不去看电脑屏幕一侧闪烁的加粗星号，而是迅速向相反的方向看，去识别一个英文字母。由于这个字母会在瞬间消失，所以即使参与者仅仅是对着闪烁的星号做一个短时间的扫视，也极有可能因此错过这个字母。虽然人类已学会利用周边视觉（peripheral vision）对看到的物体做出反应，且这项技能曾让我们能够有效发现捕食者或猎物，但此次任务却是要求参与者将注意力从闪烁的星号转移到字母上。
我们发现，更大的瞳孔基线尺寸与更高的流体智力、注意力控制能力有关（也与工作记忆能力有轻微的相关性），这表明大脑和眼睛之间存在着一种奇妙的关联。有趣的是，瞳孔大小与年龄呈负相关：年龄较大的参与者，其瞳孔往往更小、更狭窄。不过，对年龄进行标准化后，上述瞳孔大小和认知能力之间的关联仍然存在。
但为什么瞳孔大小会和智力有关呢？在回答这个问题之前，我们需要了解我们的大脑中到底发生了什么。首先，瞳孔的大小与蓝斑（locus coeruleus）的活动有关。蓝斑是位于脑干（brain stem）上部的一个神经核团，其与大脑的其他部分有着影响深远的神经连接。其次，蓝斑会释放去甲肾上腺素（norepinephrine）。去甲肾上腺素在大脑和身体中既是一种神经递质，也是一种激素，它能够调节诸如感知、注意力、学习和记忆等过程。此外，蓝斑还有助于使大脑活动维持在一种井然有序的状态下，使大脑的不同区域可以协同工作，以完成具有挑战性的任务和目标。蓝斑的功能障碍以及由此导致的系统性大脑活动的崩溃，与多种疾病有关，其中包括阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease）和注意缺陷多动障碍（attention deficit hyperactivity disorder）。事实上，这种对大脑活动的组织安排功能非常重要，以至于大脑会消耗大部分的能量用于维持其正常运行，哪怕在此期间我们什么都不做，譬如仅仅只是连续盯着空白的电脑屏幕看个几分钟，也是如此。
另外，还有这样一种假说：在休息时瞳孔更大的人，蓝斑对其大脑活动的调节能力也更强，这对认知功能和休息状态下的大脑功能而言是件好事。当然，还需要进一步的研究来探索这种可能性，并确定为什么较大的瞳孔与更高的流体智力和注意力控制有关。但很明显的是，事情远不止我们眼前所见。
原文链接：
https://www.scientificamerican.com/article/pupil-size-is-a-marker-of-intelligence/
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【标题】Is baseline pupil size related to cognitive ability? Yes (under proper lighting conditions)
【作者】Jason S. Tsukahara, Randall W. Engle
【期刊】Cognition
【时间】 2021 年 3 月 10 日
【DOI】https://doi.org/10.1016/j.cognition.2021.104643.
【摘要】
There has been some controversy as to whether baseline pupil size is related to individual differences in cognitive ability. Previously, we had shown that a larger baseline pupil size was associated with higher cognitive ability and that the correlation to fluid intelligence was larger than that to working memory capacity (Tsukahara, Harrison, & Engle, 2016). However, other researchers have not been able to replicate our findings – though they only measured working memory capacity and not fluid intelligence. Many of the studies showing no relationship had major methodological issues, namely small baseline pupil size values – down to the physiological minimum – that resulted in reduced variability on baseline pupil size. We conducted two large-scale studies to investigate how different lighting conditions affect baseline pupil size values and the correlation with cognitive abilities. We found that fluid intelligence, working memory capacity, and attention control did correlate with baseline pupil size except in the brightest lighting conditions. We showed that a reduced variability in baseline pupil size values is due to the monitor settings being too bright. Overall, our findings demonstrated that the baseline pupil size – working memory capacity relationship was not as strong or robust as that with fluid intelligence or attention control. Our findings have strong methodological implications for researchers investigating individual differences in task-free or task-evoked pupil size. We conclude that fluid intelligence does correlate with baseline pupil size and that this is related to the functional organization of the resting-state brain through the locus coeruleus-norepinephrine system.
【链接】
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010027721000627
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