是什麼使人腦與眾不同

大腦中參與語言和認知的區域在進化時間尺度上已大大擴大

類與眾不同。現代人類的大腦大約是我們最早的人科祖先和現存大型猿類親屬的三倍大。在動物中,大腦尺寸與身體尺寸緊密相關。但與這種典型的比例關係相比,人類是極端的異常值。成年人的平均大腦重約三磅,約佔身體尺寸的 2%。但由於神經元的高度電活動以及將化學訊號從一個腦細胞傳遞到另一個腦細胞所需的代謝燃料,它消耗了身體能量預算中不成比例的 20%。

將人腦與我們現存的近親靈長類動物(包括黑猩猩)進行詳細比較後表明,大腦皮層中參與更高階認知功能(如創造力和抽象思維)的部分已變得特別擴大。這些皮層區域,被稱為聯合區域,在出生後發育中成熟相對較晚。與其他靈長類動物相比,在人類大腦中,將這些聯合區域相互連線並連線到小腦(後者在隨意運動和學習新技能中起作用)的長程神經連線更為豐富。這些人類增強的網路是語言、工具製造和模仿的場所。即使是位於皮層下區域(稱為紋狀體)的古老獎勵系統,也是大腦訊號分子多巴胺的活動中心,似乎也在人類大腦進化中得到了重塑。這種變化最有可能增加對社會訊號的關注並促進語言學習。

我們的大腦是如何變大的?人科動物化石記錄指向過去六百萬年左右顱容量普遍增加的趨勢。那時,我們的譜系與我們和黑猩猩和倭黑猩猩的最後共同祖先分離。科學家認為,人類生物學中一系列相互關聯的特徵與我們的大腦有關——兒童期生長緩慢、壽命更長,以及父親和祖父母更多地參與撫養後代以協助母親。出生後大腦的延長生長意味著,為認知奠定基礎的重大事件發生在豐富的社會和生態環境中。


關於支援科學新聞

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當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


使我們與黑猩猩和其他智慧物種不同的另一個線索來自引人注目的研究,該研究揭示了大腦進化漫長過程中發生的基因和分子變化。以下是對人腦一些獨特特徵的介紹。

致謝:梅薩·舒馬赫;資料來源:“黑猩猩大腦組織的生長發育模式為理解人腦的顯著擴大提供了重要線索”,T. Sakai 等人,《英國皇家學會學報B輯》,第 270 卷;2013 年 2 月 22 日(大腦區域擴張);“哺乳動物的大腦由這些構成:Glires、靈長類動物、Scandentia、Eulipotyphlans、Afrotherians 和 Artiodactyls 大腦中神經元和非神經元細胞數量和密度的資料集,以及它們與體重的關係”,S. Herculano-Houzel 等人,《大腦、行為與進化》,第 86 卷,第 3-4 期;2015 年 12 月(人類和獼猴神經元數量);“狗擁有最多的神經元,儘管大腦不是最大的:大型食肉動物大腦皮層中體重和神經元數量之間的權衡”,D. Jardim-Messeder 等人,《神經解剖學前沿》,第 11 卷,第 118 條;2017 年 12 月(貓神經元數量);“海豚新皮層的定量關係”,H. S. Mortensen 等人,《神經解剖學前沿》,第 8 卷,第 132 條;2014 年 11 月(領航鯨神經元數量);“一個黑猩猩半球的皮層細胞和神經元密度估計”,C. E. Collins 等人,《PNAS》,第 113 卷,第 3 期;2016 年 1 月 19 日(黑猩猩神經元數量);“人類進化史”,E. K. Boyle 和 B. Wood,《神經系統進化》。第二版。J. H. Kaas 編輯。學術出版社,2017 年(人科動物進化);史密森尼國家自然歷史博物館人科動物物種時間線

切特·C·舍伍德是喬治華盛頓大學的人類學教授。他的工作重點是靈長類動物和其他哺乳動物的大腦進化。

更多作者:切特·C·舍伍德

梅薩·舒馬赫是一位醫學插畫家和科學藝術家,熱衷於清晰的溝通和引人入勝的視覺效果。她是 Mesa Studios 的首席藝術家。她的作品可以在雜誌、書籍、期刊、博物館、動物園、水族館和教育遊戲中找到。

更多作者:梅薩·舒馬赫
大眾科學雜誌第 319 卷第 3 期本文最初以“我們的構造是否有所不同?”為標題發表於大眾科學雜誌 第 319 卷第 3 期(),第 60 頁
doi:10.1038/scientificamerican0918-60
© .