科学家研究发现:COMT基因影响人的学习成就

  在,每年5月有超过20万的九年级学生要参加“国民中学学生基本学力测验”。这不是一次普通的考试,这个分数将决定学生会被哪所高中录取——或者能不能入读高中。只有39%的学生能过关,剩下的就只能去职业学校或后备的私立学校。从本质上来说,这次考试决定着学生的未来。

  考试的难度超乎想象;多项选择题涵盖了化学、物理、高等代数和几何学,而且考试要持续两天。“很多学生几乎每天晚上都要去上补习班,学习要考的各类科目,”师范大学科学教育中心的主任张俊彦表示,“只是一两个百分点的差距就能让你从本区排名第一的高中落到第三名或第四名的学校。”

  换句话说,这个考试对于研究“遗传学对高风险竞争的影响”是一个完美的、现实世界的实验。张俊彦和他的研究团队从最近在三个地区参加了基本学力测验的779名学生中提取了血液样本,并把每个学生的基因型和测试成绩进行了配对。

  研究者们感兴趣的是一个单个基因——COMT基因。这种基因带有一种酶的汇编代码,而这种酶会清除大脑前额皮质的多巴胺。前额皮质是主管我们做计划、做决定、期待未来的结果,以及解决冲突的区域。

  “多巴胺会改变神经元的触发率,像涡轮增压器一样使大脑加速运行,”大学伯克利分校心理学和神经科学副教授西尔维娅•邦吉(Silvia Bunge)指出。当多巴胺处于一个理想水平,我们的大脑会达到最佳的工作状态。太多或太少都不行。COMT酶是通过移除多巴胺来调节神经活动和保持大脑的功能的。

  不过问题在于:有两类不同的基因,一类能够构建出缓慢移除多巴胺的酶,而另一类构建的是快速清除多巴胺的酶。我们都带有这两类基因之一,或者是两类基因的组合。

  在实验室实验中,受试者被安排完成一系列认知任务——计算机字谜和游戏,以及一部分智商测试——研究者们一致发现,在正常条件下,那些“慢作用酶”具有认知优势。它们有优秀的执行功能以及该功能所需要的一切“能力”:它们能够推论、解决问题、编排复杂的思维,以及更好地预见后果。它们更加专注。这种优势会随着受教育的年数增加而增长。

  而拥有另一类基因的人的大脑就相对比较懒散。快速行动的酶移除了过多的多巴胺,导致多巴胺的整体水平很低。大脑的前额皮质也就停止工作了。

  就这方面来说,拥有动作缓慢的酶听起来更好。不过有得也有失,因为这些“慢作用酶”会被压力触发。在没有压力的情况下,这种酶具有一种认知优势。但处在压力之下时,这一优势就会消失甚至逆转。

  “压力会和多巴胺一起冲击前额皮质,”英属哥伦比亚大学发展认知神经科学的教授阿黛尔•黛蒙德指出。一些多巴胺的冲击通常是好的,但是随压力一起而来的大量多巴胺对于那些拥有“慢作用酶”的人来说就太多了,因为这些酶无法快速移除多巴胺。“这很像用过多的汽油冲击机车引擎,前额叶皮层功能就退化了,”黛蒙德说。

  有其他研究表明,拥有“慢作用酶”的人的平均智商更高。一个针对小学生的研究计算出这个差值约为10个点。但是尚不清楚如果在实验室以外的压力之下,他们的认知优势还是否存在。

  的研究是首个在高风险的、现实世界的下观察COMT基因的研究。智商优势是否会保持,还是压力会表现?结果是后者。拥有“慢作用酶”的学生在国考中失利。他们的分数比那些拥有“快作用酶”的学生的分数平均低8%。就好像平时的一等生和二等生在考试时对调了角色。

  “我并不反对压力。实际上,压力对一些人来说是好的,”张俊彦认为,“但是这对那些较易受到压力影响的人更加不利。”

  到2014年,随着将实行12年的义务教育制度,该地将不再要求所有的学生参加基本学力测试。这项制度将不再淘汰学生,而是把他们都留在学校。但是学业优异的学生仍将参加某种入学考试。那些最拔尖的学生仍会感到压力,需要再次指出的是,这种压力会到一些人,但也会帮助到另一些人。

  “平时表现优异的人,在压力下不一定同样出色,”黛蒙德说,天生具有“快作用酶”的人“实际上在压力下才能发挥最佳水平”。对于他们来说,日常太平庸了,不足以使他们兴奋到能激发大脑的敏锐性。他们得益于激增的多巴胺——它提升到了理想水平。他们就像是在危机中突然从电话亭里出现的超人;他们的专注力和解决问题的能力提升了。

  一些学者认为,我们所有人不是“勇士”就是“忧士”。那些拥有快速清除多巴胺的酶的人就是“勇士”,对性的、需要发挥出最优水平的做好了准备。而那些拥有缓慢清除多巴胺的酶的人是“忧士”,能够做出更复杂的计划。在进化的过程中,“勇士”和“忧士”对于人类部落的都是很有必要的。

  事实上,由于我们是从父母那里分别得到一个COMT基因,有大约一半的人遗传到的是两类基因各一个,所以他们拥有的是介于“勇士”和“忧士”之间的酶;有大约四分之一的人只继承了“勇士”的基因,而另外四分之一的人只有“忧士”的基因。

  有大量的研究是针对COMT基因的,包括一些关于美队的研究。布朗大学的研究者一直在研究参加过伊拉克和阿富汗战争的老兵的COMT基因与创伤后应激障碍之间的关系;美国海军研究生院的心理研究学家奎因•肯尼迪目前研究的是基因与飞行员表现的相关性;大学圣迭哥分校的病学教授道格拉斯•C•约翰逊是OptiBrain中心研究团队的一员,他关注的是COMT基因对于竞争表现和幸福感的作用。

  虽然研究仍在进行,但初期的结果显示,拥有“忧士”基因的人仍然能处理难以置信的压力——只要他们训练有素。即使是海军海豹突击队的里也有“忧士”基因,所以你也可以是拥有“忧士”基因的“勇士”。在肯尼迪的样本中,几乎三分之一的高级飞行员都是“忧士”——比一般人群中的“忧士”比例还要高。

  肯尼迪的研究尤其具有性。她让飞行员们参与了六项飞行模拟器测试,其中包括气流、油压问题、汽化器冻结以及着陆时遇到侧风。她让他们一直忙得不可开交,调拨到新的频率、飞到新的纬度、确定飞行方位并录入应答机编码。

  在所有评分最低的休闲类飞行员(只被培训在白天飞行)中,有“勇士”基因的人表现最好。但是经验更丰富的飞行员情况就不同了。在拥有较高一级资格的休闲飞行员(可使用座舱仪表在夜间飞行)中——“忧士”的表现远远优于“勇士”。他们与生俱来的“内存储器”和注意力优势发挥了出来。而且他们的经验意味着他们不会在“遗传”的压力下影响发挥。

  肯尼迪表示,这些结果表明,对于“忧士”来说,“通过训练,他们能够学会管理在具体的飞行训练中遇到的特定压力,即使这种能力不会转移到他们生活中的其他方面。”

  所以说,虽然一局定输赢的标准化考试尤其不适合“忧士”基因型的人,但这不代表他们应该得到大赫,免于所有挑战。事实上,掩护他们是最糟糕的做法,这了他们适应反复出现的压力源的机会。约翰逊把这个解释为某种形式的压力免疫:向他们施压,但这种压力应不足以压垮他们。“这样他们就能得以充分恢复,”他继续说。训练、准备和重复,能够化解“忧士的”。

  长期的压力是有害的,关于这点有很多心理学和生理上的原因,但是关于“精英表现”的科学对于短期压力却得出了不同的结论。一些对比专业人士和业余爱好者之间竞争的研究——无论是音乐会钢琴家、男性橄榄球员,还是女性排球运动员——表明专业人士和业余人士的焦虑程度是相同的,差异在于他们诠释焦虑的方式。业余爱好者们认为焦虑是有害的,而专业人士则把压力看成是一种激励,让他们更专注。

  一种类似的心理转变也能够帮助考试状态下的学生。罗彻斯特大学社会心理学助理教授杰瑞米•杰米森通过一系列实验,发现了给压力“贴标签”是如何对学术考试表现影响的。

  第一个实验是在哈佛大学进行的,实验对象是正在准备研究生入学考试(GRE)的本科生。在进行模拟测试之前,学生们读了一段关于“本研究目的是检验压力对于认知的影响”的说明。不过,有半数学生还读了另一份声明,声明称近期有研究表明“在考试中感到焦虑的人也许会发挥得更好。”因此,如果学生在模拟测试中感到焦虑,声明中写道,“你不必在意……只需要提醒自己,你的感觉会帮助你发挥出色。”

  这份声明明显地提升了学生们的表现。在模拟测试的数学部分(满分800分),他们的分数比对照组的学生高出50分。这似乎有些不可思议,在实验室得出这样的结果相对容易,那么它会影响他们实际的GRE成绩吗?几个月之后,学生们交上了他们真实的GRE成绩。经过计算,杰米森发现,那些在实验里读到了“焦虑有益”的学生的成绩比对照组的学生高65分。在正在进行中的一个研究中,杰米森在部社区学院数学补习班的学生中重复了这项实验:在被告知压力有益处之后,他们的分数提高了。

  乍一看,你也许会认为关于“焦虑有益”的说法仅仅是让学生冷静下来,减少他们的紧张感,让他们专注。但事实并非如此。杰米森的团队提取了学生们的唾液样本,一次是在模式测试前一天,设定一个基本指标;第二次是在读到说明之后和开始答题之前。杰米森测试了唾液中显示身体交感神经系统激活水平的生物标记——也就是我们的“战或逃”(fight or flight)反应。实验组的压力水平明显更高。“生物”是真实的,但具有不同的生理表现,而且以某种方式成了推动发挥的积极力量。

  如果你能去SAT(学术能力评估测试)考场,给考前在场外徘徊的学生们做生理和神经扫描,你会发现他们之间有很不同的生物标记。那些猫着腰站着、或摩拳擦掌、跺脚取暖的学生,或许正处在温迪•贝瑞•门德斯和同事们称作的“状态”中。

  大学分校心理学副教授门德斯认为,“状态”的特点是血管收缩——构成身体里每一根血管的平滑肌会绷紧。血压升高;呼吸变浅。血液含氧水平下降,能量供应减少。同时,大量荷尔蒙,增强了大脑杏仁核的活动,使你增加了对风险的意识和对犯错的恐惧。

  在同一个考场,你也许还会看到一些学生肩膀后展、挺起胸膛、把重心放在脚趾上。他们正处在“挑战状态”。荷尔蒙激活了大脑的励中心,并了恐惧网络,所以他们对即将开始测试感到兴奋。在这种情况下,决策制定成为了自动的反应。血管和肺部扩张。在另一个关于压力的研究中,杰米森发现那些被告知“要积极看待焦虑”的人们的血流平均每分钟增加了超过半公升,更多的氧气和能量也被运输到了身体和大脑。有些人每分钟还会额外增加最多两公升血流。

  我们的文化对待压力的态度很消极,这让杰米森很沮丧:“当人们说,‘我压力很大’时,就意味着‘我做不好’,而不是说‘我很兴奋——有更多的含氧血进入了我的大脑’。”

  随着考场大门打开,“挑战”和“”之间的界限就变窄了。或许没有什么感觉,比不允许自己犯任何错误更能引发“状态”出现了。受的生理反应会在以下两种感受下被激活——被评判,或是怕他人失望。当一个学生翻开他的考卷,如果看到一道题目是他最近学过但是没有掌握的,或者看到他不会解的题时,受感就会喷薄而出。

  阿曼多•罗德里格斯去年春季从的明星中学特许学院毕业,但是他要等到明年秋季才去上大学。他并不是要过一个“间隔年”来想清楚自己今后要做什么,而是因为要从一次膝关节手术中恢复,用这段时间做理疗。猜他在离校期间最想念什么?是竞争。

  “肾上腺素急速上升——与众不同的感觉。”他想念获胜时的快乐,甚至也想念失败的感觉。“至少这是你的感觉,”他说,“这种感觉让你想要下一次做得更好。”如果没有一个竞争目标,他会觉得没有方向感。他发现自己会和其他理疗患者进行上的竞争。

  罗德里格斯在高中最后一年的平均绩点达到了3.86,他还是学校足球队的后卫。他的膝盖是在校足球队的一次比赛上受伤的:他的医生过他踢比赛太冒险了,但他说“我只是想尝试一下。”他以前一直和朋友们比试测验成绩;这是他把家庭作业变得有趣的方式。

  但是当他去年参加SAT考试时,他经历了一种不同的感觉。“我的心怦怦地跳,”他说,“紧张得七上八下。”他偶尔会抬头看看其他人答卷的情况:他们看起来全神贯注,而且答得比他快。“如果他们考得比我好怎么办?”下一个想法又会立刻冒出来:“这些人比我聪明。所有好学校都会录取他们,而不是我。”几秒钟之内他就想到了最糟糕的后果:他上好大学的希望将要破灭。

  同一个人面对竞争时也会有不同的表现,这听起来似乎令人惊讶。但是研究者们认为这是由于“挑战性竞争”和“性竞争”之间的差异。

  参加标准化考试,对任何人来说,唯一在乎的就是最终成绩。没有人会说,“我没考好,但是也很值得一考,因为我从过去几个月的学习中学到很多数学知识。”也没有人会在考完SAT考试时说,“嗯,我去不了我想上的大学了,但是也没关系,因为我在卡普兰中心交了很多新朋友。”标准化考试不会带来竞争其他方面的好处,来缓解孩子们的焦虑。当你为你的孩子报名参加一个游泳比赛,他也许真的想要拿第一,但是游泳本身还有很多其他的好处,即使他只能拿最后一名。

  高风险的学业测试不会消失,学生们之间的竞争也不会消失。实际上,有一些学者已经得出结论:学生们需要更多的学业竞争,但是要以孩子们喜欢的模式进行。

  密苏里大学教育及发展心理学的教授大卫•伯金和克里斯蒂•伯金开始了一项关于初中生参加数学竞赛的初步研究。他们发现,在几周之内,学生们解难题的数量比他们原本读了一年课程之后能解的还要多,有些人甚至可以解出大学水平的数学题。连那些在加入这个小组之前不喜欢数学、被父母加入的学生,也得到了同样的效果。得知他们将在观众面前挑战其他小组,孩子们对教材有了主人翁意识。他们对于学到更多高级概念而兴奋,而且也意识到了每一个新概念都是他们知识库里的新武器。

  课堂拼写大赛、科技博览会、国际象棋小组。“当众展示常激发斗志的,”大卫•伯金说。即使一个孩子知道她的科学项目不能赢得科技博览会的冠军,她也有展示的机会。无论在展示的那一刻是紧张的、振奋的,还是恐惧的,如果这个孩子能够处理好,那一刻就是胜利。

  “孩子们会从他们紧锣密鼓准备的竞争中受益,尤其是当他们把竞争看作是对他们努力的认同、或下次改进的机会时,”美国心理学会的心理学家丽纳•苏波特尼克表示。苏波特尼克认为,学术方面的竞争能够提升学术研究以及竞争者研究的社会地位。这样的竞争当然有压力,但是这种压力的起伏是可预测的,其中也会有乐趣和刺激。

  也许学术竞争最好的方面就是能够让“勇士”和“忧士”都得到好处。“勇士”能够获得恰如其分的刺激,助他们发挥出色;而“忧士”获得了他们需要的渐进压力免疫,以至于有一天他们不仅仅是承受压力——而是欣然接受。在这个准备、表现和恢复的循环中,应对压力的技能也会根植于心。

  也许很难相信,正如杰米森指出的那样,压力有助于你的发挥。我们可以读它,我们可以谈论它,但是它是一种需要的本领,也许几年之后,它就会成为一个根深蒂固的。

  阿曼多•罗德里格斯最后收到了五所大学的录取通知。他在SAT考试当天恢复了状态。不过这也不是他的最好成绩——他第二次考得更好——但也不是像他担心的那么糟糕。罗德里格斯从没有听说过杰瑞米•杰米森。他从没有读过这方面的文章,也没有谁告诉他可以利用强烈的压力让自己发挥到最好。但是他自己领了这一点,并有所收获。在螺旋式下降的恐慌中,他意识到:“我处在一场比赛中。这是一场比赛。我必须要击败他们。”

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