人類的大腦是獨一無二的：我們卓越的認知能力使我們能夠發明輪子、建造金字塔並登上月球。事實上，科學家有時將人類的大腦稱為“進化的最高成就”。
但究竟是什麼讓我們的頭腦如此特別呢？一些主要的論點是，我們的大腦擁有比我們體型預期更多的神經元，消耗更多的能量，並且我們負責高階認知的腦皮層不成比例地大——佔我們大腦總質量的80%以上。
里約熱內盧生物醫學科學研究所的神經科學家蘇珊娜·赫庫拉諾-豪澤爾近年來推翻了這些根深蒂固的觀點，她發現了一種計算神經元的新方法——將大腦溶解成均勻的混合物，或“大腦湯”。使用這種技術，她發現神經元的數量相對於大腦大小與其他靈長類動物一致，並且負責高階認知的腦皮層僅包含我們大腦所有神經元的約20%，與其他哺乳動物中的比例相似。鑑於這些發現，她認為人類的大腦實際上只是一個線性放大的靈長類大腦，當我們開始食用更多卡路里時，由於熟食的出現，它的大小隨之增長。
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其他研究人員發現，曾經被認為僅屬於人類的特徵也存在於其他動物王國成員中。猴子具有公平感。黑猩猩會參與戰爭。老鼠表現出利他主義和表現出同情心。在上週發表在《自然通訊》上的一項研究中，紐卡斯爾大學的神經科學家克里斯托弗·佩特科夫和他的團隊發現，獼猴和人類共享負責處理語言基本結構的大腦區域。[《大眾科學》是自然出版集團的一部分。]
儘管之前提出的一些我們大腦特殊的理由可能已被推翻，但在許多方面我們仍然有所不同。它們存在於我們的基因和適應環境的能力中。最近發表的另外兩項研究為這場辯論增添了新的見解。
獨特的基因特徵
在基因層面，人類與其他動物相似。我們與我們最親近的親屬，包括黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩，共享超過90%的DNA。小鼠和人類也共享許多相同的基因——這就是為什麼科學家將它們作為研究許多人類疾病的模型的原因。然而，近年來的研究表明，在人類和其他動物中，基因（編碼特定蛋白質的DNA片段）的表達方式可能大相徑庭。
科學家現在能夠解開人類大腦與其他物種之間這些更細微差異的一個原因是更強大的資料收集技術的興起。例如，艾倫腦科學研究所的科學家已經開發了各種物種中數千個基因的表達模式的詳細圖譜，包括成年小鼠和人類的大腦。在上週發表在《自然神經科學》上的一項研究中，研究人員使用這些龐大的資料集來尋找在人類群體中共享的基因表達模式。他們能夠識別出20,000個基因中的32個獨特特徵，這些特徵似乎在6個人的132個大腦區域中共享（請參見此處的地圖）。這種獨特的遺傳密碼可能有助於解釋我們獨特的人類特徵的產生原因。
當研究人員將人類與小鼠進行比較時，他們發現，與神經元相關的基因在物種之間得到了很好的保留，而與神經膠質細胞（具有多種功能的非神經元細胞）相關的基因則沒有。他們還發現，與神經膠質相關的基因模式與阿爾茨海默病等大腦疾病有關。這增加了最近的進展，揭示了神經膠質細胞，長期以來被認為只是大腦的支援細胞，實際上是發育和疾病的主要參與者。艾倫研究所的計算生物學家，該研究的第一作者邁克爾·霍利維茨說：“這證實了這些神經膠質模式在腦部疾病中的重要性。”
這一發現可能還有另一個重要的意義——可塑性；研究人員發現神經膠質在塑造大腦方面起著重要作用。“在[人類大腦的獨特性]的背景下，一件有趣的事情是，你可以想象，增強系統的一種方法是使其更具可塑性——我在這裡假設，但[神經膠質]可能是實現這一目標的一種途徑，”該論文的資深作者，艾倫神經科學家艾德·萊恩說。“[但是]我們仍然需要進行分析，以確定這是否是人類特有的，還是在靈長類動物中常見的。”
從猴子到人
可塑性可能是我們大腦中導致我們獨特認知能力的具體差異的基礎。一項上週發表在《美國國家科學院院刊》上的研究表明，人類大腦的遺傳性可能低於黑猩猩，因此比我們最親近的祖先黑猩猩更具可塑性。
喬治華盛頓大學的人類學家艾達·戈麥斯-羅伯斯和她的同事比較了基因對218個人類和206個黑猩猩大腦的大小和組織的影響。他們發現，儘管大腦的大小在兩個物種中都具有很高的遺傳性，但腦皮層的組織——尤其是在涉及高階認知功能的大腦區域——在人類中受到的遺傳控制遠小於黑猩猩。研究人員認為，造成這種差異的一個潛在解釋是，由於我們的大腦在出生時不如我們靈長類表親的大腦發達，因此創造了更長的時間段，在此期間我們可以被周圍環境塑造。
然而，還需要進行更多的研究來準確找出這些差異所在。“關於人類與大型猿類和其他哺乳動物之間的共同之處，我們仍然有很多不瞭解，”戈麥斯-羅伯斯說。瞭解我們的獨特性和非獨特性不僅可以闡明我們如何成為地球上的優勢物種，還可以幫助我們更好地瞭解自己。瞭解人類與其他物種之間的相似之處還可以幫助科學家開發更有效的疾病療法和治療方法。