腦容量重要嗎?

事實證明,在關鍵認知區域,有些物種比我們更優越

雖然“大小並不重要”是政治正確人士普遍宣揚的格言,但日常經驗告訴我們,這不可能是全部真相——在許多情況下,它顯然很重要。想想伍迪·艾倫第二喜歡的器官,大腦的大小。諸如“高雅”和“低俗”之類的形容詞起源於19世紀顱相學家們廣泛宣揚的信念,即高額頭——也就是大腦袋——與智力之間存在密切的對應關係。這是真的嗎?更大的大腦必然會讓你更聰明或更有智慧嗎?神經系統的大小(無論如何衡量)與其所有者的精神能力之間存在任何簡單的聯絡嗎?雖然第一個問題的答案是有條件的“是的,有點”,但對於第二個問題缺乏公認的答案揭示了我們對智慧行為如何產生的無知。

越大稍微越好

人類大腦持續生長,直到在三四十歲達到峰值大小。一項針對 46 名主要為歐洲血統的成年人的 MRI 研究發現,男性平均腦容量為 1,274 立方厘米 (cm3),女性平均腦容量為 1,131 cm3。考慮到一夸脫牛奶等於 946 cm3,你可以將略多於一夸脫的牛奶倒入頭骨中而不會溢位。當然,腦容量存在相當大的變異性,男性範圍為 1,053 至 1,499 cm3,女性範圍為 975 至 1,398 cm3。由於腦物質的密度僅略高於水加上一些鹽,因此男性大腦的平均重量約為 1,325 克,接近美國教科書中經常引用的俗語三磅。


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在主人去世後取出的大腦顯示,俄羅斯小說家伊萬·屠格涅夫的大腦突破了兩公斤大關,達到 2,021 克,而作家阿納托爾·法朗士的大腦僅為 1,017 克,勉強達到這個重量的一半。(請注意,屍檢測量結果與從活體大腦獲得的資料不具有直接可比性。)換句話說,健康成年人的總體腦容量差異很大。

那麼智力呢?我們都從日常互動中知道,有些人就是不開竅,需要很長時間才能理解一個新概念;另一些人則具有強大的精神力量,儘管過多地糾纏於這些差異是不禮貌的。想想 P. G. 伍德豪斯的一系列小說及其成功的英國小熒幕改編作品中的伯蒂·伍斯特,一個遊手好閒但愚蠢的富人,以及他的天才男僕吉夫斯。

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來源:“大腦的進化、皮質迴路的人類本性和智力創造力”,Javier DeFelipe,載於《神經解剖學前沿》,第 5 卷,第 29 條。線上釋出於 2011 年 5 月 16 日

個體在理解新想法、適應新環境、從經驗中學習、抽象思維、計劃和推理的能力方面存在差異。心理學家試圖透過許多密切相關的概念來捕捉這些精神能力上的差異,例如一般智力(g,或一般認知能力)以及流體智力和晶體智力。人們在現場解決問題的能力以及保留和應用過去學到的見解來應對當前情況的能力上的這些差異,是透過心理測量智力測試來評估的。這些觀察是可靠的,因為不同的測試彼此之間密切相關。它們在幾十年內也保持穩定。也就是說,智商 (IQ) 等指標可以在近 70 年後從同一受試者身上反覆且可靠地獲得。

以這種方式評估的一般智力的差異與生活中的成功、社會流動性和工作績效、健康和壽命相關。在一項針對一百萬瑞典男性的研究中,智商每提高一個標準差(一種變異性衡量標準),死亡率就會驚人地降低 32%。聰明人在生活中表現更好。雖然高智商可能不會使人們更容易快樂或理解約會的微妙之處,但在對沖基金經理中比在超市收銀員中更有可能發現高智商的人。

那麼腦容量和智力之間存在任何數值關係嗎?過去,只有病理學家才能接觸到頭骨及其內容物,因此很難建立這種相關性。隨著大腦解剖結構的結構 MRI 成像技術的發展,現在可以常規進行此類測量。在健康志願者中,總體腦容量與智力呈弱相關,相關值在 0.3 到 0.4 之間,最高為 1.0。換句話說,腦容量佔一般智力總體變異性的 9% 到 16% 之間。用於尋找與特定精神活動相關的大腦區域的功能掃描顯示,皮質的頂葉、顳葉和額葉區域以及這些區域的厚度與智力相關,但也只是適度相關。因此,平均而言,較大的大腦與稍微較高的智力相關。是大腦大導致智力高,還是更可能是兩者都是由其他因素引起的,仍然未知。

最近的實驗考慮了個人大腦某些區域神經元之間的特定連線,很像神經指紋。它們在預測流體智力(在新情況下解決問題的能力,尋找和匹配模式,獨立於特定知識領域進行推理)方面做得更好,解釋了人與人之間這種衡量標準約 25% 的差異。

當我們考慮到以下幾個進一步的觀察結果時,我們對智力如何從大腦中產生的無知就更加突出了。如前所述,成年男性的大腦比女性的大腦重 150 克。在新皮質中,即負責知覺、記憶、語言和推理的前腦部分,這種差異轉化為男性 230 億個神經元,而女性為 190 億個。由於兩性之間的平均智商沒有差異,為什麼基本開關元件的數量存在差異?

眾所周知,尼安德特人(Homo neanderthalensis),即俗稱的穴居人,的顱腔比現代人大了 150 到 200 cm3。然而,儘管尼安德特人的大腦更大,但在 35,000 到 40,000 年前,當智人(Homo sapiens)與他們共享歐洲環境時,他們還是滅絕了。如果你的小腦容量表親比你更具競爭力,那麼擁有大腦袋有什麼意義呢?

跨物種的大腦大小

當我們觀察人屬以外的物種時,我們對導致智力的多種原因的理解不足就變得更加明顯。我們觀察到,許多動物都能夠做出複雜的行為,包括感覺辨別、學習、決策、計劃和高度適應性的社會行為。

想想蜜蜂。它們可以識別人臉,透過搖擺舞將食物來源的位置和質量傳達給姐妹,並在短期記憶中儲存的線索的幫助下導航複雜的迷宮。吹入蜂巢的氣味可以觸發蜜蜂返回之前遇到這種氣味的地點,這是一種聯想記憶,可以引導它們返回,這種記憶因馬塞爾·普魯斯特在他的《追憶似水年華》(À la Recherche du Temps Perdu)中而聞名。昆蟲用不到一百萬個神經元完成了所有這些工作,這些神經元的重量約為千分之一克,不到人類大腦大小的百萬分之一。然而,我們真的比它們聰明一百萬倍嗎?如果我看看我們自我管理的能力,肯定不是。

普遍的經驗法則是動物越大,大腦越大。畢竟,較大的生物有更多的皮膚需要神經支配,有更多的肌肉需要控制,並且需要更大的大腦來服務其身體。因此,在研究大腦大小時,控制總體大小是有意義的。透過這種衡量標準,人類的相對腦體質量約為 2%。那麼大型哺乳動物——大象、海豚和鯨魚呢?它們的大腦遠遠超過了渺小的人類,有些鯨魚的大腦重達 10 公斤。考慮到它們的體重,從 7,000 公斤(雄性非洲象)到 180,000 公斤(藍鯨)不等,它們的腦體比不到十分之一。相對於人類的體型而言,人類的大腦比這些生物的大腦大得多。不過,不要沾沾自喜。我們被鼩鼱(一種類似鼴鼠的哺乳動物)比下去了,它們的大腦約佔其整個體重的 10%。甚至有些鳥類在這項指標上也超過了我們。嗯。

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來源:“海豚新皮質中的定量關係”,Heidi S. Mortensen 等人,載於《神經解剖學前沿》,第 8 卷,第 132 條。線上釋出於 2014 年 11 月 26 日(圖表);Heidi S. Mortensen(大腦);Ólavur Frederiksen(領航鯨

神經解剖學家發明的一種叫做腦化指數 (EQ) 的東西,可以帶來一絲安慰。它是被研究物種的大腦質量相對於屬於同一分類群的標準大腦的比率。因此,如果我們考慮所有哺乳動物,並將它們與貓作為參考動物進行比較(因此貓的 EQ 為 1),那麼人類以 7.5 的 EQ 位居榜首。換句話說,人類大腦比體重與我們相當的典型哺乳動物的大腦大 7.5 倍。猿猴和猴子的 EQ 為 5 或更低,海豚和其他鯨類動物也是如此。我們終於登頂了,驗證了我們對人類特殊地位根深蒂固的信念。

然而,就大腦的細胞成分而言,這一切意味著什麼還不是很清楚。神經科學家一直認為,人類在新皮質(大腦中最重要的部分)中擁有比地球上任何其他物種都多的神經細胞,無論它們的大腦大小如何。

2014 年對來自法羅群島的 10 頭長肢領航鯨的研究對這一假設造成了嚴重破壞。這些優雅的哺乳動物(也稱為黑鯨)是在蘇格蘭和冰島之間的北大西洋寒冷水域進行的當地捕獵活動中捕獲的,實際上是海豚。構成它們高度迴旋的新皮質的神經細胞數量是在幾個樣本切片中估計的,然後外推到整個結構。總數達到了驚人的 372 億個神經元。令人震驚,因為這意味著長肢領航鯨的新皮質神經元數量大約是人類的兩倍!

如果認知能力的關鍵在於新皮質神經元的數量,那麼這些海豚應該比包括我們在內的所有現存生物都聰明。雖然高度活潑和群居的海豚表現出多種技能,包括在鏡子中認出自己的能力,但它們不具備語言或任何容易辨別的抽象能力,這些能力與其他非人類動物的抽象能力相比脫穎而出。那麼問題出在哪裡?是神經細胞本身的複雜性遠低於人類細胞,還是這些神經元的交流或學習方式不如人類複雜?我們不知道。

人們總是要求唯一能將人類與所有其他動物區分開來的東西,他們假設這種神奇的特性可以解釋我們進化上的成功——我們能夠建造廣闊的城市、將人類送上月球、創作《安娜·卡列尼娜》和創作《英雄交響曲》的原因。有一段時間,人們認為人類大腦中的秘密成分可能是一種特殊的神經元,即紡錘體神經元或馮·埃科諾莫神經元,以康斯坦丁·馮·埃科諾莫男爵 (Constantin von Economo)(1876-1931 年)的名字命名。

但我們現在知道,不僅大型猿類,而且鯨魚、海豚和大象的前額葉皮層中也存在這些神經元。因此,區分我們的不是大腦大小、相對大腦大小或神經元的絕對數量。也許我們的佈線變得更加精簡,我們的新陳代謝更加高效,我們的突觸更加複雜。

正如查爾斯·達爾文推測的那樣,極有可能是在逐漸的進化過程中共同作用的許多不同因素的組合,使我們與其他物種區分開來。我們是獨一無二的,但每個其他物種也是如此,各有各的方式。

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大腦的進化、皮質迴路的人類本性和智力創造力。Javier DeFelipe,載於《神經解剖學前沿》,第 5 卷,第 29 條。線上釋出於 2011 年 5 月 16 日。

海豚新皮質中的定量關係。Heidi S. Mortensen 等人,載於《神經解剖學前沿》,第 8 卷,第 132 條。線上釋出於 2014 年 11 月 26 日。

克里斯托夫·科赫是艾倫研究所和 Tiny Blue Dot 基金會的神經科學家,艾倫腦科學研究所前所長,以及加州理工學院前教授。他的最新著作是《那時我就是世界本身。》科赫定期為包括《大眾科學》在內的多家媒體撰稿。他住在太平洋西北地區。

更多作者:克里斯托夫·科赫
SA Mind 第 27 卷第 1 期本文最初以“腦容量重要嗎?”為標題發表於SA Mind 第 27 卷第 1 期(),第 22 頁
doi:10.1038/scientificamericanmind0116-22
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