在学习和生活中，我们常常会发现这样的差异：面对一道从未见过的新题目，有些青少年能够较快发现规律、调整思路、解决问题；而有些青少年则需要投入更多努力，才能完成类似任务。这种在新情境中进行推理、发现规律并解决问题的能力，在心理学中被称为流体智力。流体智力并不主要依赖已经掌握了多少知识，而更多反映个体面对新问题时的抽象推理和灵活解决能力。

那么，流体智力的差异是否会体现在大脑活动中？当不同流体智力水平的青少年完成同样的认知任务时，他们的大脑是否会以不同方式分配认知资源？

我们研究团队近日在国际期刊《Biological Psychology》发表的一项研究，为这一问题提供了新的脑电证据。研究发现，与高流体智力青少年相比，低流体智力青少年在多项执行功能任务中表现出更大的P3脑电波幅，提示他们可能需要投入更多晚期认知资源来完成任务。同时，在需要抑制干扰信息的任务中，高流体智力青少年的大脑背景活动表现出更明显的任务相关调节。

执行功能是支持复杂认知活动的重要基础，包括抑制无关信息、维持和更新信息、根据规则变化灵活调整行为等能力。它们就像大脑的“控制系统”，帮助我们在复杂环境中保持目标、分配注意，并及时调整策略。本研究选取了三类经典执行功能任务：Flanker 范式用于考察抑制控制能力；4-back 范式用于考察工作记忆维持与更新能力；任务转换范式则用于考察认知灵活性。

图1执行功能的基本成分及其与高级认知功能的关系（来源：Adele Diamond.2013）

研究团队首先使用瑞文标准推理测验评估青少年的流体智力水平，并根据完整学校样本中的测验分数，将学生分为高流体智力组（HG）和低流体智力组（LG）。随后，研究者记录他们在静息状态以及完成三类执行功能任务时的脑电活动。

P3是脑电信号中的常见成分之一。它通常出现在刺激呈现后的较晚阶段，与注意资源分配、任务相关信息加工和工作记忆更新等过程有关。可以把P3理解为大脑在处理任务信息时投入资源的一个指标。一般来说，当任务更困难、需要更多注意和认知控制时，大脑可能会表现出更大的P3波幅。本研究发现，在Flanker、4-back和任务转换三项范式中，低流体智力组都表现出显著更大的P3波幅。说明在完成这些执行功能任务时，低流体智力组可能需要投入更多晚期认知资源。这一结果与神经效率假说相一致：在完成相同认知任务时，能力较高的个体可能能够以相对更少的神经资源完成任务，而能力较低的个体则可能需要更多资源投入。

图2高、低流体智力组在三类执行功能范式中的 P3 波形及头皮地形图

近年来研究者越来越关注脑电信号中的非周期活动，如果说alpha、theta等传统脑电节律像是大脑活动中的节拍，那么非周期活动更像是大脑整体背景状态的变化。它不是某一个固定频率上的振荡，而是反映整个功率谱背景形态的活动模式。本研究使用FOOOF方法对脑电功率谱进行分解，提取非周期指数和非周期偏移两个关键指标。其中，非周期指数常被认为与神经兴奋—抑制平衡有关，非周期偏移则可能反映神经群体整体放电活动或宽频活动水平的变化。

本研究发现，在静息状态下，高、低流体智力组在非周期指标上没有显著差异。但在Flanker任务中，高流体智力组表现出更明显的非周期偏移调节。具体来说，当任务从一致条件变为不一致条件时，高流体智力组的非周期偏移显著增加，而低流体智力组没有表现出类似变化。这一结果提示，高流体智力青少年的大脑状态可能对冲突需求更加敏感，能够根据任务要求进行更明显的神经状态调节。

图3 Flanker 范式中非周期活动随任务条件变化的模式

本研究表明，流体智力的个体差异可能体现在大脑如何分配认知资源、如何根据任务需求调节神经状态上。低流体智力组在多项执行功能任务中表现出更大的P3波幅，提示其可能需要更多晚期认知资源投入；而高流体智力组在高冲突任务条件下表现出更明显的非周期偏移调节，提示其大脑状态可能对任务需求变化更加敏感。这些发现为理解青少年流体智力的神经生理机制提供了新的证据。需要强调的是，本研究并不是为了给青少年贴上“聪明”或“不聪明”的标签。流体智力只是认知能力的一个方面，个体发展还受到教育经验、家庭环境、动机、情绪状态和学习机会等多种因素影响。此外，本研究属于横断研究，不能说明某种脑电活动直接导致了流体智力差异。未来还需要结合纵向追踪、更多年龄阶段样本以及脑成像技术，进一步揭示流体智力发展背后的动态神经机制。

大脑不是静止的，能力也不是固定的。理解大脑活动与流体智力之间的关系，并不是为了简单的划分等级，而是为了更科学地认识青少年认知发展的多样性，并为未来教育评估和认知发展支持提供更多依据。

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原文索引：

Men, Y., Wang, F., Gao, M., Zhang, Y., Dong, H., & Zhou, R. (2026). Neurophysiological mechanisms of fluid intelligence: Insights from ERP and aperiodic activity in adolescents. Biological psychology, 209, 109330.