动物智力和人类思维的进化

大脑结构的细微改进,而非大规模的改变,使我们比其他动物更聪明

据我们所知,没有狗会作曲,没有海豚会说押韵的话,也没有鹦鹉能解二元一次方程。只有人类才能完成这些智力壮举,大概是因为我们比所有其他动物物种都更聪明——至少按照我们自己对智力的定义来看是这样。

当然,智力必然是从我们头骨内三磅重湿件的运作中产生的。因此,研究人员试图找出人类大脑的独特特征,这些特征可以解释我们卓越的智力。但是,从解剖学上看,人类的大脑与其他灵长类动物的大脑非常相似,因为人类和黑猩猩拥有共同的祖先,这个祖先在不到七百万年前还生活在地球上。

因此,人类的大脑并没有包含任何可能解释该物种聪明才智的显著特征。例如,科学家们未能发现人类和其他动物物种的绝对或相对脑容量与聪明程度之间存在关联。他们也未能辨别出智力与大脑特定区域的大小或存在之间的平行关系,或许布罗卡区除外,该区域控制着人类的语言。人类智力缺乏明显的结构相关性,这与我们的智力可能并非完全独特的观点相符:研究表明,黑猩猩以及其他各种物种,都拥有多种类人的社交和认知技能。


支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事能够拥有未来。


尽管如此,研究人员还是发现了一些关于人类天赋的微观线索。我们大脑皮层(最外层)中的神经元比其他哺乳动物更多。人类大脑中神经周围的绝缘层也比其他物种更厚,这使得神经能够更快地传导信号。这些生物学上的细微之处,以及行为上的细微之处,表明人类的智力最好比作对非人类灵长类动物认知能力的升级,而不是一种异常高级的认知形式。

聪明的物种
因为动物不会阅读或说话,所以它们的才能很难辨别,更不用说衡量了。因此,比较心理学家发明了基于行为的测试,以评估鸟类和哺乳动物的学习和记忆能力、理解数字的能力以及解决实际问题的能力。各种各样的动物——尤其是非人类灵长类动物——在这些以行动为导向的智商测试中经常获得高分。例如,在第一次世界大战期间,德国心理学家沃尔夫冈·科勒表明,黑猩猩在面对悬挂在高天花板上的水果时,设计了一种巧妙的方法来获得它:它们堆叠箱子站上去够到水果。它们还制作长棍子来够到围栏外的食物。研究人员现在知道,类人猿对工具的使用和制造有着深刻的理解。

心理学家已经使用这种行为测试来阐明其他哺乳动物以及鸟类中类似的认知壮举。鸽子可以区分男性和女性的面孔,以及不同艺术家的画作;它们还可以将图片分组为诸如树木之类的类别,通过用喙啄来选择属于该类别的图片,这种行为通常会带来食物奖励。乌鸦的智力能力正在颠覆关于大脑的传统观念。

另一方面,行为生态学家更喜欢根据动物的街头智慧来判断它们——也就是说,它们解决与自然栖息地生存相关问题的能力——而不是它们的应试才能。在这种观点中,智力是在响应特定环境而进化而来的一系列能力。一些科学家进一步提出,心理或行为的灵活性,即提出解决问题的新颖方案的能力,是衡量动物智力的另一个好方法。在鸟类中,绿鹭偶尔会向水中扔一个物体来引诱好奇的鱼——鸟类学家观察到,生活在遥远地区的这些动物群体重新发明了这种技巧。即使是鱼类也表现出非凡的实际智慧,例如在野外使用工具。例如,丽鱼科鱼类使用树叶作为其卵团的“婴儿车”。

动物还可以表现出类人的社交智慧。例如,猴子会进行欺骗;已知海豚会照顾另一只受伤的族群成员(表现出同情心),鲸鱼或鼠海豚可能会在镜子里认出自己。甚至有些鱼类也表现出微妙的社交技巧。瑞士纳沙泰尔大学的行为生态学家雷杜安·布沙里和他的同事在2006年的一篇论文中描述了这样一个案例。像所谓的清洁鱼(Labroides dimidiatus)这样的硬骨鱼会合作并清除其他鱼类皮肤上的寄生虫或以它们的粘液为食。布沙里的团队发现,旁观鱼在观察到清洁鱼合作后,比其他鱼类更愿意花更多时间在清洁鱼旁边。作者指出,人类倾向于注意到利他行为,并且更愿意帮助他们观察到为他人做好事的好心人。同样,清洁鱼观察并评估其他鳍状海洋居民的行为,并且更愿意帮助他们看到正在帮助第三方的鱼类。

从这些研究中,科学家们构建了智力的进化等级。灵长类动物和鲸目动物(鲸鱼、海豚和鼠海豚)被认为是哺乳动物中最聪明的。在灵长类动物中,人类和猿被认为比猴子更聪明,而猴子又比原猴类更聪明。在猿类中,黑猩猩和倭黑猩猩的排名高于长臂猿、猩猩和大猩猩。据说海豚和抹香鲸比非掠食性须鲸(如蓝鲸)更聪明。在鸟类中,科学家们认为鹦鹉、猫头鹰和鸦科动物(乌鸦和渡鸦)最聪明。这种等级制度反驳了智力沿着单一路径进化,最终达到人类智慧顶峰的观点。相反,智力似乎在鸟类和哺乳动物以及鲸目动物和灵长类动物中独立出现。

沉重的思考?
大脑的哪些方面可能是这些通往智慧的平行路径的基础?一个候选因素是绝对脑容量。虽然许多研究已将脑质量与人类智力的变化联系起来[参见 Christian Hoppe 和 Jelena Stojanovic 的“高天赋头脑”],但大小并不总是与不同物种的聪明程度相关。例如,聪明的体型较小的动物,如鹦鹉、乌鸦、老鼠和相对矮小的猿类,大脑比例适中,而一些大型动物,如大脑较大的马和牛,则相对迟钝。脑容量也不能解释人类的智力:抹香鲸和虎鲸的大脑重达八到九公斤,远远超过我们头脑中 1.4 公斤的神经组织。大象的大脑重达五公斤,也比我们的大脑笨重得多。

相对脑容量——大脑与身体质量的比率——也不能为物种间智力的差异提供令人满意的解释。人类确实比许多中型和大型物种更具优势:我们的大脑约占我们体重的 2%,而例如蓝鲸的大脑,仅占其体重的不到百分之一。但是,一些微小的、不太聪明的动物,如鼩鼱和松鼠,在这项指标上胜出。一般来说,小型动物拥有相对较大的大脑,而大型动物则拥有相对较小的大脑。虽然绝对脑质量随着体重的增加而增加,但脑质量占体重的比例往往随着体重的增加而减少。

科学家们试图将智力与大脑的另一个衡量标准联系起来,那就是脑化程度,用脑化商数 (EQ) 来衡量。EQ 表示一个物种的相对脑重量偏离其动物类别(例如,哺乳动物、鸟类或两栖动物)平均水平的程度。在这里,人类的大脑位居榜首:它比同等体重的哺乳动物预期的大七到八倍。但 EQ 也不能完美地与智力平行:长臂猿和一些卷尾猴的 EQ 高于更聪明的黑猩猩,甚至一些原猴类动物——今天仍然存活的最早进化的灵长类动物——的 EQ 也高于大猩猩。

或者,也许大脑最外层,大脑皮层——我们许多认知能力的所在地——的大小才是关键。但事实证明,大脑皮层的尺寸取决于整个大脑的尺寸,而皮层的大小并不能更好地判断优越的头脑。前额叶皮层也是如此,它是推理和行动计划的中心。虽然一些大脑研究人员过去曾声称人类的前额叶皮层异常大,但最近的研究表明并非如此。人类的这个结构的大小与其他灵长类动物的大小相当,甚至可能相对于大象和鲸目动物的同类结构而言相对较小。

缺乏可以解释我们表现的人类大脑的大规模衡量标准可能反映了这样一种观点,即人类的智力可能并非完全无可比拟。毕竟,猿类理解因果关系,制造和使用工具,产生和理解语言,以及对他人撒谎和模仿他人。这些灵长类动物甚至可能拥有心理理论——理解另一只动物的精神状态并用它来指导自己行为的能力。鲸鱼、海豚甚至一些鸟类也拥有其中一些精神才能。因此,成年人可能只是比其他物种更直观、更熟练地使用工具和语言,而不是拥有独特的认知技能。

网络连接
恰如其分的是,研究人员通过观察更小的尺度,找到了与智力的最佳相关性。大脑由神经细胞或神经元以及称为神经胶质细胞的支持细胞组成。神经元越多,神经元网络就可能越广泛、越有效——而这些网络决定了各种大脑功能,包括感知、记忆、计划和思考。大脑较大并不一定意味着拥有更多的神经元;事实上,由于支持大脑袋所需的额外神经胶质细胞和血管,神经元密度通常会随着大脑尺寸的增加而降低。

人类拥有 115 亿个皮质神经元——比任何其他哺乳动物都多,因为人类大脑的神经元密度很高。然而,人类的皮质神经元仅比鲸鱼和大象多约 5 亿个——不足以解释人类与这些物种之间显着的认知差异。此外,大脑的信息处理能力取决于其神经传导电脉冲的速度。传导速度最快的神经被包裹在称为髓磷脂的绝缘鞘中。神经的髓磷脂鞘越厚,神经冲动沿该神经传播的速度就越快。鲸鱼和大象大脑中髓鞘化的神经明显比灵长类动物的薄,这表明信息在人类大脑中的传播速度比在非灵长类动物大脑中的传播速度更快。

更重要的是,与相对紧凑的人类大脑相比,神经元信息必须在相对较大的大象和鲸鱼大脑中传播更远的距离。信息处理速度的由此提高可能至少部分解释了人类与其他大脑袋生物之间能力上的差异。

在人类的脑力优势中,语言可能是最明显的。各种动物都可以向其物种的其他成员传递复杂的信息;它们可以交流不在眼前的事物,并传递有关个人和事件的信息。黑猩猩、大猩猩、海豚和鹦鹉甚至可以理解和使用人类的语言、手势或符号,构成最多约三个词的结构。但是,即使经过多年的训练,这些生物中也没有任何一种发展出比三岁儿童更高级的语言技能。

在人类中,语法和词汇量几乎在三岁时爆发式增长。这个时间与左额叶布罗卡语言区的发展相吻合,这可能是人类独有的。也就是说,科学家不确定在非人类灵长类动物的大脑中是否存在这个语言区域的直接前身。其他物种的大脑中缺乏错综复杂的语言区域可能解释了为什么在所有动物中,只有人类拥有包含复杂语法的语言。研究人员将人类语法和句法的发展追溯到 8 万到 10 万年前,这使其成为相对较新的进化进步。这也是一项可能大大增强人类智力的进步。

编者注:这篇文章最初的标题是“智力的进化”

(延伸阅读)

  • 乌鸦的智力:鸦科动物和猿类智力的趋同进化。N. J. Emery 和 N. S. Clayton 发表于《科学》,第 306 卷,第 1903–1907 页;2004 年 12 月 10 日。

  • 大脑和智力的进化。G. Roth 和 U. Dicke 发表于《认知科学趋势》,第 9 卷,第 5 期,第 250–257 页;2005 年 5 月。

  • 清洁鱼互惠共生中的图像评分和合作。R. Bshary 和 A. S. Grutter 发表于《自然》,第 441 卷,第 975–978 页;2006 年 6 月 22 日。

SA Mind Vol 19 Issue 4本文最初以“智力的进化”为标题发表于SA Mind 第 19 卷第 4 期(),第 70 页
doi:10.1038/scientificamericanmind0808-70
© . All rights reserved.