本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
青少年時期，切特·舍伍德是喬治·華盛頓大學的生物人類學家，他並不知道自己註定要成為一名科學家。“我不是那種收集國家地理或觀看諾瓦節目的孩子，”他說。在 20 世紀 90 年代中期，舍伍德是布魯克林朋克樂隊 Speedking 的成員，AllMusic.com 將其描述為“一支激烈的後硬核樂隊，擁有猛烈的吉他、推進的合成器和在所有三名成員之間輪換的人聲。”
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他對人類大腦解剖學的細微之處，以及最終人類器官與其他動物的器官相比有何不同之處的著迷，是在哥倫比亞大學跟隨傑出的體質人類學家 拉爾夫·霍洛威 上本科課程後產生的，那時他仍然沉浸在朋克的強烈儀式中。舍伍德後來跟隨霍洛威和西奈山醫學院的共同導師 帕特里克·霍夫 攻讀博士學位。
他現在致力於探索是什麼特質使人類大腦與眾不同。“當我剛開始研究時，很少有科學家將此作為他們的主要研究領域，”他說。“這似乎是一個非常難得的機會，因為我們仍然有很多不瞭解的地方。僅僅投入一些努力就可以取得重大發現。”舍伍德與我談論了我們從分子到整個大腦的各個尺度上對人類器官的瞭解。以下是經過編輯的文字記錄：
關於人類和其他動物之間的差異，您能做一個概括性的陳述嗎？
人類大腦皮層的整體大小，出於某種原因，已經變得異常龐大。它比我們這種體型的靈長類動物的預期大小大三到四倍
初級感覺和運動區域，對於視覺、觸覺和聽覺的傳入輸入的初始處理以及運動控制非常重要，其大小在人類大腦中的增長速度與身體大小保持一致，正如您所預期的那樣。但在人類大腦皮層中，除了這些之外，還有許多額外的神經組織。
額外的空間由聯合皮層區域組成，這些區域參與複雜的認知操作。與其他物種相比，在人類中，聯合皮層中有更多的神經元（計算單元）以及這些神經元之間更多的連線。
在細胞水平上發生了什麼？
當您觀察人類的新皮層的細胞和微觀結構組成與與其他哺乳動物相比時，您總體上看到的是非凡的相似性。存在相似型別的神經元，以常見的模式排列成層。然而，人類和其他物種之間細胞水平上的細微差異在達爾文的“帶有修飾的演化”方面是有意義的。我們的大腦皮層的構成最接近於我們最近的親屬大型猿類，然後是其他靈長類動物等等。
人類和黑猩猩在前額葉皮層中共享用於神經遞質血清素、多巴胺乙醯膽鹼的高密度神經支配。我們與大型猿類共享分子特化，以利用神經遞質穀氨酸來提高興奮性訊號的表達，並且我們在新皮層中具有相關的分子變化以支援有氧能量的產生。
此外，人類、黑猩猩和其他大型猿類在前扣帶皮層和前腦島皮層中具有更高密度的被稱為 馮·埃科諾莫神經元。馮·埃科諾莫神經元呈細長的紡錘形，並具有非常粗的軸突，使其能夠向大腦的其他部分進行高速輸出投射。
在人類和大型猿類中，它們集中在大腦皮層中與監測身體狀態並將該資訊與社互動動背景下的決策相結合的部分。
在一家科普雜誌上有一篇文章講述了這些神經元是如何使我們成為人類的。這完全是錯誤的。這傳達了一種觀念，即可能存在一種在人腦中發現的獨特的神奇子彈，可以解釋是什麼使我們成為人類。
馮·埃科諾莫神經元現在也在大象和鯨魚以及許多其他物種中被發現。馮·埃科諾莫神經元代表了比較神經解剖學中一個引人入勝的問題，我們才剛剛觸及表面。
我們經常認為我們發現了人類獨有的東西，但這些發現後來被證偽，這難道不是真的嗎？
當然。達爾文的《人類的由來》第二版反映了當時理查德·歐文和 T.H. 赫胥黎之間正在進行的關於人類大腦是否具有獨特部分的大辯論，這些獨特部分可以讓我們被區分為不同於其他哺乳動物的目，即人類。這是歐文提出的論點。
但是 T.H. 赫胥黎仔細解剖了人類和猿類的大腦，並表示差異更多的是程度上的差異，而不是整體型別的差異。查爾斯·達爾文認為這是進化中漸變主義的一個主要例子，因此他讓 T.H. 赫胥黎在《人類的由來》第二版中寫了一個附錄，全部關於人類大腦與猿類大腦的比較。赫胥黎的結論是，是的，人類大腦很大，但定義它們的是與猿類大腦的程度差異，而不是任何獨特的個體特化。赫胥黎使用的是粗略解剖的工具。但即使是現代細胞生物學和基因組學的工具也證實了這一觀察。
區分人類的一些因素難道不是與腦細胞之間的連線有關嗎？
一個有趣的故事開始從許多不同的實驗室中浮現出來，即人類大腦進化中發生的最顯著的變化不是不同細胞型別的分佈，甚至不一定是神經遞質的表達，而是長程連線。
似乎最顯著改變的是連線的佈線圖——例如，弓狀束，它是人類語言中涉及的重要通路。與其他靈長類動物相比，人類大腦中沒有任何新的、主要的白質束 [白質是神經元線狀延伸周圍的絕緣材料，與訊號在神經元之間傳播的速度有關。] 但已經表明的是，人類大腦沿著我們近親也存在的通路具有更廣泛的連線性。人類的這些通路延伸開來，連線更廣泛的區域。這意味著最終傳遞的資訊正在吸收更大動態範圍的輸入並對其進行綜合。
您所說的動態範圍是什麼意思？
人類大腦中的所有主要高速公路都與大型猿類和猴子相同。但用一個類比來說，想想華盛頓和波士頓之間的高速公路。人類似乎所做的是增加了更多的入口匝道。在費城，您可以進入高速公路。在紐約，您可以進入。最終到達波士頓的交通來自更多樣化的來源。在人類大腦中，這可能意味著我們大腦皮層中的聯合區域有可能以其他靈長類動物不可能的方式整合和組合資訊。
那麼基因水平的差異呢？
已經報道的許多基因變化表明，細胞週期動力學發生了改變，從而允許早期生命中神經元增殖的擴張，從而導致大腦尺寸變大。大腦能量傳遞的分子機制也發生了變化。
所有這些神經解剖學如何與我們是一個非常社會化的物種的想法聯絡起來？
我認為答案必須包含關於我們的大腦如何與其他物種不同地發育的資訊。成為人類的過程在發育階段展開，這些階段允許與其他人以及環境互動，這透過語言的使用為認知發展提供了支架。
如果您從廣義上觀察人類大腦發育，它的過程比其他靈長類動物物種花費更長的時間，並且更緩慢。我們出生時大腦相對不發達。因此，在整個童年時期，它們仍然具有可塑性和可塑造性，受到社會和環境輸入的影響，可能比包括黑猩猩在內的其他物種的程度更大。
其中一些可能是與生俱來的，也許是為了引導我們花更多時間互相注視眼睛，更加寬容彼此，不具攻擊性，以便進行密切的社互動動，從而將高度可塑性的大腦塑造成人類在文化屬性、習慣、食物和音樂方面的奇妙多樣性。所有這一切真正證明了可塑性透過這種不同的大腦發育軌跡定義了我們這個物種
在發育過程中生理上發生了什麼？
我們知道，在人類中，大腦皮層中的白質持續成熟，青春期後連線的持續完善對思維產生影響。我們還知道，在人類中，青春期後衝動控制和決策能力得到改善。這段漫長的認知發展時期可能對於學習非常複雜的技能非常重要。在非人類靈長類動物中，我們知道白質不會在性成熟後繼續發育。這表明，大腦中長程聯合連線的延長成熟期是人類大腦發育的一個獨特方面。
然而，有趣的是，理解人類大腦發育的獨特性也可以揭示神經退行性和神經精神疾病的脆弱性。青春期是精神分裂症和雙相情感障礙的發病時期，這些疾病的特徵是白質病變。
圖片來源：喬治·華盛頓大學