是什麼讓人腦如此特別？這個問題不容易回答，並且將在未來幾代人中繼續困擾神經科學家。但是，已經可以提出一些初步的回答。與我們的身體尺寸相比，這個器官肯定比預期的要大。並且它有自己專門的區域——其中一個專門用於處理語言。近年來，腦部掃描開始顯示，神經元相互連線的特定方式也是故事的一部分。
這些研究中的一個關鍵工具是磁共振成像 (MRI)——特別是，一種稱為擴散張量成像的版本。這項技術可以視覺化從神經元延伸出來並連線大腦區域的長纖維，而無需移除一塊顱骨。像電線一樣，這些連線在神經元之間傳遞電資訊。所有這些連線的總和，也稱為連線組，可以提供關於大腦如何處理資訊的線索。
關於連線組的一個長期存在的問題是，獨特的佈線模式是否與小鼠、猴子或人類明顯的認知差異有關。一種稱為比較連線組學的新方法已經確定了跨物種大腦佈線的一些通用規則，這可能有助於提供答案。與此同時，它還發現人類連線組的一些獨特之處，並發現了負責大腦佈線維護的細胞的變化。這些進化創新共同作用，似乎可以保持資訊在大型人腦中高效流動。當它們被破壞時，可能會導致精神疾病。
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假設最有效的連線組將遵循一對多的設計，即每個神經細胞都連線到所有其他神經細胞。但是這種方法是極其不可行的，因為它需要大量的空間來容納所有這些連線，以及能量來維持它們的運作。或者，一對一的設計，即每個神經元僅連線到一個其他神經元，將不那麼具有挑戰性——但效率也較低：資訊必須像墊腳石一樣穿過大量的神經細胞才能從 A 點到達 B 點。
特拉維夫大學的 Yaniv Assaf 說：“現實生活介於兩者之間。” 他在 6 月份的《自然神經科學》雜誌上發表了一篇關於 123 種哺乳動物連線組的調查。Assaf 以一種有點迂迴的方式發現了他的研究：最初只是與他在特拉維夫的同事 Yossi Yovel 一起成像蝙蝠大腦的週末愛好，演變成對儘可能多的從附近獸醫研究所借來的哺乳動物屍檢大腦進行了長達七年的探索。研究人員觀察了各種器官——從最小的蝙蝠大腦（需要放大鏡才能檢查），一直到人類的重量級大腦。在這些例子之間，有長頸鹿、蜜獾和牛的大腦。在所有這些大腦中，該團隊發現了相同的工作連線模式：從一個地方到另一個地方的墊腳石數量在每個器官中大致相同。不同的大腦使用了相似的佈線設計。
然而，這種安排的實現方式存在一些差異。大腦兩個半球之間長程連線較少的物種，往往在每個半球內有更多的短程連線，其中附近區域彼此“密集交談”。長程連線較多的物種，例如人類和其他靈長類動物，則稀疏了這些區域性網路。
這種連線方法可能反映了將神經系統塞進顱骨的幾何約束。但是，物種內這些連線的變異也可能與不同的能力有關。“如果一個區域的連線更密集，你可能會擁有其他人不具備的某種能力，”Assaf 說。
儘管人腦遵循哺乳動物的連線遊戲規則，但它們也顯示出一些引人注目的創新。去年發表的一項人類連線組與我們最近的近親黑猩猩的連線組的正面比較中，阿姆斯特丹自由大學的 Martijn van den Heuvel 和埃默裡大學的人類學家 James Rilling 揭示了 33 個人類特有的連線。這些獨特的連線比這兩個物種共有的 255 個連線更長，對網路效率更重要。跨距離的連線還將皮層中參與語言、工具使用和模仿的高階“聯想”區域聯絡在一起。
van den Heuvel 說：“人腦傾向於在保持這些聯想區域連線方面進行更高的投入。” 這種設定可以實現來自大腦不同部分的資訊的有效整合，特別是那些負責概念處理的部分。“我認為這種投入為我們帶來了更復雜的大腦功能，”他補充道。
當 van den Heuvel 和他的同事觀察語言區域時，“連線指紋”突顯出來。黑猩猩有它們自己有限版本的布羅卡區和韋尼克區，分別是負責人類語言產生和理解的區域。但在人類中，兩者之間的聯絡更強。並且從布羅卡區到大腦其他區域的連線實際上更弱。就好像這兩個區域已經將其處理能力專門用於彼此，併為語言奠定了基礎。
然而，人類特有的連線可能形成人類的阿喀琉斯之踵。在去年 11 月發表的一項研究中，van den Heuvel、Rilling 和他們的同事發現 人類特有的連線在精神分裂症中更容易被破壞。“這提出了這樣一種可能性，即這些新型人類連線的進化是有代價的，”Rilling 說。
雖然這些研究論證了大腦連線的進化重要性，但成像方法並非沒有錯誤。它們的解析度有限，因此它們可能會錯過連線的末端或轉彎。特拉華州立大學研究人類大腦進化的助理教授 Christine Charvet 說，這個問題意味著該領域需要借鑑其他證據領域來鞏固研究結果，她沒有參與這些論文。
基因組學可以填補一些空白。一月份發表的一項研究側重於稱為增強子的 DNA 片段，它控制基因是否開啟或關閉。荷蘭伊拉斯謨大學醫學中心的 Menno Creyghton 和他的同事發現，人類和黑猩猩中的某些增強子 與更遠親緣關係的獼猴和狨猴中的增強子顯著不同。這種基因組重塑發生在稱為少突膠質細胞的細胞中，這些細胞用蛋白質絕緣鞘包裹連線。這樣做可以確保電訊號快速到達目的地。
Creyghton 認為這些細胞試圖趕上大腦擴張。“這些少突膠質細胞需要重塑自身以促進更大的大腦，”他說。“所以你有一個壯觀的變化，它給你一個更大的大腦。然後你需要大腦中進行大量的適應來應對這種情況。”