人脑为什么发达?不完全因为大
作者: CARL ZIMMER / 4047次阅读 时间: 2014年1月03日
来源: 纽约时报 标签: 大脑 栓系假说
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oE v \F{ff0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。心理学空间JjyG|;}:@R

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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。心理学空间4p/c:Kv r7K?-h

_-E4Yn J oH e.i0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。

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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。心理学空间 uz W~R

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“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。心理学空间1E1G!W2qI&IO@

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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。心理学空间'`E|h?(Z'Rsdjp[

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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。心理学空间6pjm"[Ba

;MoLJ)e Q1t-K i0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。

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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。心理学空间`1vrnO

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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。

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*q"I \(S-Q_0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。”

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S{D}b3E| ?j F0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。心理学空间6~dh%X ]X$s5Z.lx*KeGv

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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。心理学空间2uqhtz

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

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翻译:黄铮、王湛心理学空间E4oi-j6K+Ob

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