動物智力和人類思維的進化

大腦結構的細微改進,而非大規模的改變,使我們比其他動物更聰明

據我們所知,沒有狗會作曲,沒有海豚會說押韻的話,也沒有鸚鵡能解二元一次方程。只有人類才能完成這些智力壯舉,大概是因為我們比所有其他動物物種都更聰明——至少按照我們自己對智力的定義來看是這樣。

當然,智力必然是從我們頭骨內三磅重溼件的運作中產生的。因此,研究人員試圖找出人類大腦的獨特特徵,這些特徵可以解釋我們卓越的智力。但是,從解剖學上看,人類的大腦與其他靈長類動物的大腦非常相似,因為人類和黑猩猩擁有共同的祖先,這個祖先在不到七百萬年前還生活在地球上。

因此,人類的大腦並沒有包含任何可能解釋該物種聰明才智的顯著特徵。例如,科學家們未能發現人類和其他動物物種的絕對或相對腦容量與聰明程度之間存在關聯。他們也未能辨別出智力與大腦特定區域的大小或存在之間的平行關係,或許布羅卡區除外,該區域控制著人類的語言。人類智力缺乏明顯的結構相關性,這與我們的智力可能並非完全獨特的觀點相符:研究表明,黑猩猩以及其他各種物種,都擁有多種類人的社交和認知技能。


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事能夠擁有未來。


儘管如此,研究人員還是發現了一些關於人類天賦的微觀線索。我們大腦皮層(最外層)中的神經元比其他哺乳動物更多。人類大腦中神經周圍的絕緣層也比其他物種更厚,這使得神經能夠更快地傳導訊號。這些生物學上的細微之處,以及行為上的細微之處,表明人類的智力最好比作對非人類靈長類動物認知能力的升級,而不是一種異常高階的認知形式。

聰明的物種
因為動物不會閱讀或說話,所以它們的才能很難辨別,更不用說衡量了。因此,比較心理學家發明了基於行為的測試,以評估鳥類和哺乳動物的學習和記憶能力、理解數字的能力以及解決實際問題的能力。各種各樣的動物——尤其是非人類靈長類動物——在這些以行動為導向的智商測試中經常獲得高分。例如,在第一次世界大戰期間,德國心理學家沃爾夫岡·科勒表明,黑猩猩在面對懸掛在高天花板上的水果時,設計了一種巧妙的方法來獲得它:它們堆疊箱子站上去夠到水果。它們還製作長棍子來夠到圍欄外的食物。研究人員現在知道,類人猿對工具的使用和製造有著深刻的理解。

心理學家已經使用這種行為測試來闡明其他哺乳動物以及鳥類中類似的認知壯舉。鴿子可以區分男性和女性的面孔,以及不同藝術家的畫作;它們還可以將圖片分組為諸如樹木之類的類別,透過用喙啄來選擇屬於該類別的圖片,這種行為通常會帶來食物獎勵。烏鴉的智力能力正在顛覆關於大腦的傳統觀念。

另一方面,行為生態學家更喜歡根據動物的街頭智慧來判斷它們——也就是說,它們解決與自然棲息地生存相關問題的能力——而不是它們的應試才能。在這種觀點中,智力是在響應特定環境而進化而來的一系列能力。一些科學家進一步提出,心理或行為的靈活性,即提出解決問題的新穎方案的能力,是衡量動物智力的另一個好方法。在鳥類中,綠鷺偶爾會向水中扔一個物體來引誘好奇的魚——鳥類學家觀察到,生活在遙遠地區的這些動物群體重新發明了這種技巧。即使是魚類也表現出非凡的實際智慧,例如在野外使用工具。例如,麗魚科魚類使用樹葉作為其卵團的“嬰兒車”。

動物還可以表現出類人的社交智慧。例如,猴子會進行欺騙;已知海豚會照顧另一隻受傷的族群成員(表現出同情心),鯨魚或鼠海豚可能會在鏡子裡認出自己。甚至有些魚類也表現出微妙的社交技巧。瑞士納沙泰爾大學的行為生態學家雷杜安·布沙裡和他的同事在2006年的一篇論文中描述了這樣一個案例。像所謂的清潔魚(Labroides dimidiatus)這樣的硬骨魚會合作並清除其他魚類皮膚上的寄生蟲或以它們的粘液為食。布沙裡的團隊發現,旁觀魚在觀察到清潔魚合作後,比其他魚類更願意花更多時間在清潔魚旁邊。作者指出,人類傾向於注意到利他行為,並且更願意幫助他們觀察到為他人做好事的好心人。同樣,清潔魚觀察並評估其他鰭狀海洋居民的行為,並且更願意幫助他們看到正在幫助第三方的魚類。

從這些研究中,科學家們構建了智力的進化等級。靈長類動物和鯨目動物(鯨魚、海豚和鼠海豚)被認為是哺乳動物中最聰明的。在靈長類動物中,人類和猿被認為比猴子更聰明,而猴子又比原猴類更聰明。在猿類中,黑猩猩和倭黑猩猩的排名高於長臂猿、猩猩和大猩猩。據說海豚和抹香鯨比非掠食性鬚鯨(如藍鯨)更聰明。在鳥類中,科學家們認為鸚鵡、貓頭鷹和鴉科動物(烏鴉和渡鴉)最聰明。這種等級制度反駁了智力沿著單一路徑進化,最終達到人類智慧頂峰的觀點。相反,智力似乎在鳥類和哺乳動物以及鯨目動物和靈長類動物中獨立出現。

沉重的思考?
大腦的哪些方面可能是這些通往智慧的平行路徑的基礎?一個候選因素是絕對腦容量。雖然許多研究已將腦質量與人類智力的變化聯絡起來[參見 Christian Hoppe 和 Jelena Stojanovic 的“高天賦頭腦”],但大小並不總是與不同物種的聰明程度相關。例如,聰明的體型較小的動物,如鸚鵡、烏鴉、老鼠和相對矮小的猿類,大腦比例適中,而一些大型動物,如大腦較大的馬和牛,則相對遲鈍。腦容量也不能解釋人類的智力:抹香鯨和虎鯨的大腦重達八到九公斤,遠遠超過我們頭腦中 1.4 公斤的神經組織。大象的大腦重達五公斤,也比我們的大腦笨重得多。

相對腦容量——大腦與身體質量的比率——也不能為物種間智力的差異提供令人滿意的解釋。人類確實比許多中型和大型物種更具優勢:我們的大腦約佔我們體重的 2%,而例如藍鯨的大腦,僅佔其體重的不到百分之一。但是,一些微小的、不太聰明的動物,如鼩鼱和松鼠,在這項指標上勝出。一般來說,小型動物擁有相對較大的大腦,而大型動物則擁有相對較小的大腦。雖然絕對腦質量隨著體重的增加而增加,但腦質量佔體重的比例往往隨著體重的增加而減少。

科學家們試圖將智力與大腦的另一個衡量標準聯絡起來,那就是腦化程度,用腦化商數 (EQ) 來衡量。EQ 表示一個物種的相對腦重量偏離其動物類別(例如,哺乳動物、鳥類或兩棲動物)平均水平的程度。在這裡,人類的大腦位居榜首:它比同等體重的哺乳動物預期的大七到八倍。但 EQ 也不能完美地與智力平行:長臂猿和一些捲尾猴的 EQ 高於更聰明的黑猩猩,甚至一些原猴類動物——今天仍然存活的最早進化的靈長類動物——的 EQ 也高於大猩猩。

或者,也許大腦最外層,大腦皮層——我們許多認知能力的所在地——的大小才是關鍵。但事實證明,大腦皮層的尺寸取決於整個大腦的尺寸,而皮層的大小並不能更好地判斷優越的頭腦。前額葉皮層也是如此,它是推理和行動計劃的中心。雖然一些大腦研究人員過去曾聲稱人類的前額葉皮層異常大,但最近的研究表明並非如此。人類的這個結構的大小與其他靈長類動物的大小相當,甚至可能相對於大象和鯨目動物的同類結構而言相對較小。

缺乏可以解釋我們表現的人類大腦的大規模衡量標準可能反映了這樣一種觀點,即人類的智力可能並非完全無可比擬。畢竟,猿類理解因果關係,製造和使用工具,產生和理解語言,以及對他人撒謊和模仿他人。這些靈長類動物甚至可能擁有心理理論——理解另一隻動物的精神狀態並用它來指導自己行為的能力。鯨魚、海豚甚至一些鳥類也擁有其中一些精神才能。因此,成年人可能只是比其他物種更直觀、更熟練地使用工具和語言,而不是擁有獨特的認知技能。

網路連線
恰如其分的是,研究人員透過觀察更小的尺度,找到了與智力的最佳相關性。大腦由神經細胞或神經元以及稱為神經膠質細胞的支援細胞組成。神經元越多,神經元網路就可能越廣泛、越有效——而這些網路決定了各種大腦功能,包括感知、記憶、計劃和思考。大腦較大並不一定意味著擁有更多的神經元;事實上,由於支援大腦袋所需的額外神經膠質細胞和血管,神經元密度通常會隨著大腦尺寸的增加而降低。

人類擁有 115 億個皮質神經元——比任何其他哺乳動物都多,因為人類大腦的神經元密度很高。然而,人類的皮質神經元僅比鯨魚和大象多約 5 億個——不足以解釋人類與這些物種之間顯著的認知差異。此外,大腦的資訊處理能力取決於其神經傳導電脈衝的速度。傳導速度最快的神經被包裹在稱為髓磷脂的絕緣鞘中。神經的髓磷脂鞘越厚,神經衝動沿該神經傳播的速度就越快。鯨魚和大象大腦中髓鞘化的神經明顯比靈長類動物的薄,這表明資訊在人類大腦中的傳播速度比在非靈長類動物大腦中的傳播速度更快。

更重要的是,與相對緊湊的人類大腦相比,神經元資訊必須在相對較大的大象和鯨魚大腦中傳播更遠的距離。資訊處理速度的由此提高可能至少部分解釋了人類與其他大腦袋生物之間能力上的差異。

在人類的腦力優勢中,語言可能是最明顯的。各種動物都可以向其物種的其他成員傳遞複雜的資訊;它們可以交流不在眼前的事物,並傳遞有關個人和事件的資訊。黑猩猩、大猩猩、海豚和鸚鵡甚至可以理解和使用人類的語言、手勢或符號,構成最多約三個詞的結構。但是,即使經過多年的訓練,這些生物中也沒有任何一種發展出比三歲兒童更高階的語言技能。

在人類中,語法和詞彙量幾乎在三歲時爆發式增長。這個時間與左額葉布羅卡語言區的發展相吻合,這可能是人類獨有的。也就是說,科學家不確定在非人類靈長類動物的大腦中是否存在這個語言區域的直接前身。其他物種的大腦中缺乏錯綜複雜的語言區域可能解釋了為什麼在所有動物中,只有人類擁有包含複雜語法的語言。研究人員將人類語法和句法的發展追溯到 8 萬到 10 萬年前,這使其成為相對較新的進化進步。這也是一項可能大大增強人類智力的進步。

編者注:這篇文章最初的標題是“智力的進化”

(延伸閱讀)

  • 烏鴉的智力:鴉科動物和猿類智力的趨同進化。N. J. Emery 和 N. S. Clayton 發表於《科學》,第 306 卷,第 1903–1907 頁;2004 年 12 月 10 日。

  • 大腦和智力的進化。G. Roth 和 U. Dicke 發表於《認知科學趨勢》,第 9 卷,第 5 期,第 250–257 頁;2005 年 5 月。

  • 清潔魚互惠共生中的影像評分和合作。R. Bshary 和 A. S. Grutter 發表於《自然》,第 441 卷,第 975–978 頁;2006 年 6 月 22 日。

SA Mind Vol 19 Issue 4本文最初以“智力的進化”為標題發表於SA Mind 第 19 卷第 4 期(),第 70 頁
doi:10.1038/scientificamericanmind0808-70
© .