人类的七倍大脑，为何带来千倍烦恼？

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相比于动物的大脑，人类大脑一定有某些独特之处，让我们能够规划将来、发挥想象、解复杂谜题、讲讽刺笑话，等等。这些能力除了共同构成了人类的独特性外，或许也能解释为什么人类会患上一些动物身上很少出现的疾病，好比双相情感障碍和精力分裂症。


这种独特性是什么？


在过去的几年里，基于新型研究手段的突破性进展，科学家们得以通过前所未有的精细度，揭示人类与其他物种的神经系统之间的关键差异[1]。


通过分析脑细胞中产生的基因、RNA和卵白质等信息，研究人员现在能够一窥数百万个脑细胞的内部活动。并借助对脑组织的研究，逐步揭开了这个细密器官发育与运作的重要规律：


其一，人类脑细胞与其他物种的差异往往非常小；其二，相比其他动物，人类大脑的发育进程更为缓慢。不过，尽管科学家们已经发现了若干极具潜力的研究方向，这些特征究竟如何造就人类独特的认知能力，仍然是待解之谜。


大脑大脑，巨细很重要


如果要找出人类大脑与其他灵长类动物（甚至一些已灭绝的人类近亲）大脑最显著的区别，那就是它的巨细。




人类大脑的体积（紫色）是黑猩猩（蓝色）、大猩猩（赤色）和许多已灭绝人类近亲（绿色）的将近三倍。


在大多数动物中，大脑尺寸与身材尺寸密切相关，但人类打破了这一规律。考虑到我们身材的尺寸，大脑的体积比预期的要大得多。



图中按次序展示了一些动物的大脑尺寸。


研究人员通常使用一个名为“脑指数”（EQ）的比率来衡量动物的大脑尺寸相对于身材尺寸偏大或偏小的水平。如果大脑与体重的比例符合预期，则EQ为1.0。



根据EQ比例缩放的几种动物的大脑巨细，理论的大脑尺寸用虚线表示。例如，小鼠的大脑只有其预期尺寸的一半，而人类大脑则比预期大了七倍多。


尽管人类大脑在进化过程中变大了，但这种变化并不是均匀的，有些脑区的扩张比其他区域更加显著。此中，扩张尤为突出的是大脑皮层，这一区域负责计划、推理、语言以及人类善于的许多其他行为。其他区域，好比小脑也有所扩张，它位于大脑后部，具有神经元密集的特点，有助于进行运动和规划。另外，黑猩猩和人类的前额叶皮层结构相似，不过在人类大脑中，前额叶皮层占据的空间比在黑猩猩大脑中要大得多。





人类与黑猩猩大脑各部位巨细的区别


与其他动物相比，人类大脑中的神经元数量也有很大差异。例如，人类大脑的神经元数量大约是老鼠大脑的 1000 倍，是猕猴大脑的13.5倍[2]。然而，大脑尺寸和神经元数量并不能决定统统；一些在大脑的外观和发育上与哺乳动物不同的生物，好比渡鸦和鸦科的其他成员，它们的学习和记忆能力也令人惊叹。华盛顿特区乔治华盛顿大学的人类学家兼神经科学家切特舍伍德（Chet Sherwood）认为：“仅靠大脑尺寸无法解释人类的认知能力。”



人类与其他动物大脑神经元数量的对比。


特别配方


对脑细胞的深入研究已经发现一些风趣的现象。在过去五年里，科学家借助能够对单个细胞中表达的基因进行分类的技术，揭示出构成大脑的多种不同细胞类型，其详细水平远超以往任何成果。


客岁，位于华盛顿州西雅图市的艾伦脑科学研究所的一个团队，发布了迄今为止最全面的小鼠和人类脑细胞类型图谱。作为“大脑计划细胞普查网络”（BRAIN Initiative Cell Census Network，简称 BICCN）这一国际互助项目标一部门，研究人员对小鼠的所有大脑细胞进行了分类，发现了 5300 种细胞类型[3]。人类的大脑细胞类型图谱虽未全部完成，但研究人员已发现来自 100 个区域的 3300 多种细胞类型[4]，并预计还有更多类型未被发现。


这些研究表明，有些区域确实存在独特的细胞类型。例如，人类视觉皮层中包含几种仅存在于该区域的神经元[5]。但总体而言，人类独有的细胞类型较为有数。


人类大脑的细胞类型与其他物种总体上是相似的。到场人类、小鼠及其他动物大脑细胞分类工作的艾伦脑科学研究所神经科学家埃德莱因（Ed Lein）表示：“我本来以为差异会更大。” 他说：“在深入到更细微的细节之前，基础的细胞结构在不同物种间展现出了惊人的保守性。


人类大脑的大多数区域与灵长类动物和小鼠相比的不同之处在于出现的细胞类型的相对比例[6]，以及这些细胞表达基因的方式上。换句话说，并非组成成分不同，而是“配方”有别。


以人类和小鼠大脑皮层中处理听觉信息的这两个具有可比性的区域为例。相对于抑制神经活动的抑制性神经元，小鼠的这个区域中流传信号的兴奋性神经元的比例更高。而人类的相应区域中，非神经元细胞（如星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞）的比例要高得多。这些细胞为神经元提供支持，并且在发育过程中帮助修剪和完善神经元之间的连接，其与神经元的比例是小鼠的五倍。



这些差异最终会产生什么影响尚不清楚，但这些图谱为研究这些细胞及其表达的基因提供了一种途径，有助于更好地理解它们的功能。

来源：参考文献6

来源：https://view.inews.qq.com/k/20250311A01M0V00
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