人脑为什么发达？不完全因为大

人脑为什么发达？不完全因为大

CARL ZIMMER

纽约时报

许多事情让人类成为独一无二的物种，但其中两样尤为突出。一是我们的意识，二是我们的大脑。人类的智力能执行其他动物无法做到的认知任务，比如运用语言、展望遥远的未来，以及推断他人的想法。人类的大脑也出类拔萃。它重3磅（约合1.4千克），相对于我们的体型可谓巨大。现存最接近的人类近亲是黑猩猩，而它们的脑部只有人类的三分之一大。

科学家们长期以来一直揣测，人类体积极大的大脑和强大的意识之间紧密相关。远古时近亲物种的化石显示，从大约300万年前开始，它们的大脑尺寸急剧增加。头颅甫一增大，我们的祖先就开始留下意识复杂度与日俱增的印记，比如石器和洞穴岩画。

不过，科学家们一直没法理解，简单的尺寸增加怎么会导致这些官能的进化呢？现在，两名哈佛的神经科学家兰迪·L·巴克纳(Randy L. Buckner)与费娜·M·克里嫩(Fenna M. Krienen)提出了一种有力而简洁的解释。

卡尔·齐默

两名研究者提出，脑部较小的人类祖先的神经元，是以较为简单的联接模式紧密地栓系在一起的。当人类祖先的大脑扩大之后，这些栓系被撕裂开来，从而给神经元形成新回路创造了条件。巴克纳博士与克里嫩博士将他们的理论称为“栓系假说”(tether hypothesis)，并以论文的形式发表在了12月号的《认知科学趋势》期刊(Trends in Cognitive Sciences)上。

“我认为这提出了一些相当令人兴奋的想法，”未参与该研究的乔治·华盛顿大学(George Washington University)人脑进化专家切特·C·舍伍德(Chet C. Sherwood)说。

研究出该假说之前，巴克纳博士与克里嫩博士使用功能性磁共振成像仪(fMRI)扫描了人脑，得出详细的联接图。把这些图像与其他物种的大脑图像进行比较之后，他们看出了一些惊人的差异。

哺乳动物大脑的外层被划分成名为“脑皮层”的不同区域。比如，视觉皮层位于大脑后侧。在这里，神经元处理眼部传来的信号，分辨出边缘和阴影等特征。其他知觉也有相应的皮层。各感觉皮层将信号传递到被称为“运动皮层”的另一片区域，然后由运动皮层发出指令。这一回路在控制基本的哺乳动物行为中颇为有效。“你感知到外界的东西，然后做出回应，”克里嫩博士说。

这种较为简单的行为，在神经元的联接方式上也得到了反映。一个区域的神经元大多会与相邻区域建立短的联系。它们在大脑中传递信号的方式类似于从知觉区到运动区，一个接一个地传递。

当哺乳动物还是胚胎的时候，这种传递就开始成型。大脑的不同区域释放出化学信号，召唤正在形成的神经元。“比方说，它们会告诉一个神经元，‘你的使命是去到大脑后侧，成为一个视神经元，’”克里嫩博士说。哺乳动物出生后的种种生活体验将令这些神经元的网络进一步强化。例如，随着哺乳动物看到的东西越来越多，其视觉皮层上的神经元就会与运动皮层形成更多联接，这种一传一式的信号传递也会更加迅速和高效。

人类的大脑却不是这样。在脑容量增大的过程中，其感觉皮层和运动皮层几乎没有增大，急剧增大的是这两者中间的区域，即所谓的联合皮层。联合皮层对于人类所擅长的多种思考至关重要。它在人类做出决定、检索记忆，以及自我反省的思维过程具有关键的作用，此外还有着其他功能。联合皮层的神经网络也不同寻常。它们不是以相对简单的、一传一的模式相连的。相反，它们之间的联系杂乱无章。联合皮层的联接不像是一个流水线，更像是互联网，每个区域都彼此相联，无论远近。

巴克纳博士和克里嫩博士称，这种变化是因为大脑发育的方式而产生的。在人类大脑中，一些神经元接收化学信号，并从感觉皮层传递到运动皮层。但是，因为人类大脑的尺寸较大，一些神经元距离这些信号太远，所以无法接收它们的指令。巴克纳博士说，“它们之间的联系可能会断裂，然后形成一个新的回路。”

这种新型的神经网络对人类的进化至关重要。联合皮层把我们从其他哺乳动物大脑的那种即时反应中解放了出来。这些新的大脑区域不需要外界的输入就可以相互联系，从而使人类对周围环境和自身产生新的见解。

巴克纳博士预言了一些验证“栓系假说”的方法。例如，许多哺乳动物的大脑，包括黑猩猩的大脑，还没有被完全绘制出来。他说，“我们希望未来10到15年，这将成为可能。”乔治·华盛顿大学的专家舍伍德称赞了这个假说，称它“相当简洁”。人类意识的出现，可能不是因为大量的突变改变了大脑的细微结构。单单是神经元的进一步生长，就可能让它们冲破阻碍进化的牢笼，为人类意识的诞生创造机会。

卡尔·齐默(Carl Zimmer)的专栏《事物》(Matter)每周四更新。他的Twitter账号为：@carlzimmer。

翻译：黄铮、王湛