脑容量重要吗?

事实证明,在关键认知区域,有些物种比我们更优越

虽然“大小并不重要”是政治正确人士普遍宣扬的格言,但日常经验告诉我们,这不可能是全部真相——在许多情况下,它显然很重要。想想伍迪·艾伦第二喜欢的器官,大脑的大小。诸如“高雅”和“低俗”之类的形容词起源于19世纪颅相学家们广泛宣扬的信念,即高额头——也就是大脑袋——与智力之间存在密切的对应关系。这是真的吗?更大的大脑必然会让你更聪明或更有智慧吗?神经系统的大小(无论如何衡量)与其所有者的精神能力之间存在任何简单的联系吗?虽然第一个问题的答案是有条件的“是的,有点”,但对于第二个问题缺乏公认的答案揭示了我们对智能行为如何产生的无知。

越大稍微越好

人类大脑持续生长,直到在三四十岁达到峰值大小。一项针对 46 名主要为欧洲血统的成年人的 MRI 研究发现,男性平均脑容量为 1,274 立方厘米 (cm3),女性平均脑容量为 1,131 cm3。考虑到一夸脱牛奶等于 946 cm3,你可以将略多于一夸脱的牛奶倒入头骨中而不会溢出。当然,脑容量存在相当大的变异性,男性范围为 1,053 至 1,499 cm3,女性范围为 975 至 1,398 cm3。由于脑物质的密度仅略高于水加上一些盐,因此男性大脑的平均重量约为 1,325 克,接近美国教科书中经常引用的俗语三磅。


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在主人去世后取出的大脑显示,俄罗斯小说家伊万·屠格涅夫的大脑突破了两公斤大关,达到 2,021 克,而作家阿纳托尔·法朗士的大脑仅为 1,017 克,勉强达到这个重量的一半。(请注意,尸检测量结果与从活体大脑获得的数据不具有直接可比性。)换句话说,健康成年人的总体脑容量差异很大。

那么智力呢?我们都从日常互动中知道,有些人就是不开窍,需要很长时间才能理解一个新概念;另一些人则具有强大的精神力量,尽管过多地纠缠于这些差异是不礼貌的。想想 P. G. 伍德豪斯的一系列小说及其成功的英国小荧幕改编作品中的伯蒂·伍斯特,一个游手好闲但愚蠢的富人,以及他的天才男仆吉夫斯。

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来源:“大脑的进化、皮质回路的人类本性和智力创造力”,Javier DeFelipe,载于《神经解剖学前沿》,第 5 卷,第 29 条。在线发布于 2011 年 5 月 16 日

个体在理解新想法、适应新环境、从经验中学习、抽象思维、计划和推理的能力方面存在差异。心理学家试图通过许多密切相关的概念来捕捉这些精神能力上的差异,例如一般智力(g,或一般认知能力)以及流体智力和晶体智力。人们在现场解决问题的能力以及保留和应用过去学到的见解来应对当前情况的能力上的这些差异,是通过心理测量智力测试来评估的。这些观察是可靠的,因为不同的测试彼此之间密切相关。它们在几十年内也保持稳定。也就是说,智商 (IQ) 等指标可以在近 70 年后从同一受试者身上反复且可靠地获得。

以这种方式评估的一般智力的差异与生活中的成功、社会流动性和工作绩效、健康和寿命相关。在一项针对一百万瑞典男性的研究中,智商每提高一个标准差(一种变异性衡量标准),死亡率就会惊人地降低 32%。聪明人在生活中表现更好。虽然高智商可能不会使人们更容易快乐或理解约会的微妙之处,但在对冲基金经理中比在超市收银员中更有可能发现高智商的人。

那么脑容量和智力之间存在任何数值关系吗?过去,只有病理学家才能接触到头骨及其内容物,因此很难建立这种相关性。随着大脑解剖结构的结构 MRI 成像技术的发展,现在可以常规进行此类测量。在健康志愿者中,总体脑容量与智力呈弱相关,相关值在 0.3 到 0.4 之间,最高为 1.0。换句话说,脑容量占一般智力总体变异性的 9% 到 16% 之间。用于寻找与特定精神活动相关的大脑区域的功能扫描显示,皮质的顶叶、颞叶和额叶区域以及这些区域的厚度与智力相关,但也只是适度相关。因此,平均而言,较大的大脑与稍微较高的智力相关。是大脑大导致智力高,还是更可能是两者都是由其他因素引起的,仍然未知。

最近的实验考虑了个人大脑某些区域神经元之间的特定连接,很像神经指纹。它们在预测流体智力(在新情况下解决问题的能力,寻找和匹配模式,独立于特定知识领域进行推理)方面做得更好,解释了人与人之间这种衡量标准约 25% 的差异。

当我们考虑到以下几个进一步的观察结果时,我们对智力如何从大脑中产生的无知就更加突出了。如前所述,成年男性的大脑比女性的大脑重 150 克。在新皮质中,即负责知觉、记忆、语言和推理的前脑部分,这种差异转化为男性 230 亿个神经元,而女性为 190 亿个。由于两性之间的平均智商没有差异,为什么基本开关元件的数量存在差异?

众所周知,尼安德特人(Homo neanderthalensis),即俗称的穴居人,的颅腔比现代人大了 150 到 200 cm3。然而,尽管尼安德特人的大脑更大,但在 35,000 到 40,000 年前,当智人(Homo sapiens)与他们共享欧洲环境时,他们还是灭绝了。如果你的小脑容量表亲比你更具竞争力,那么拥有大脑袋有什么意义呢?

跨物种的大脑大小

当我们观察人属以外的物种时,我们对导致智力的多种原因的理解不足就变得更加明显。我们观察到,许多动物都能够做出复杂的行为,包括感觉辨别、学习、决策、计划和高度适应性的社会行为。

想想蜜蜂。它们可以识别人脸,通过摇摆舞将食物来源的位置和质量传达给姐妹,并在短期记忆中存储的线索的帮助下导航复杂的迷宫。吹入蜂巢的气味可以触发蜜蜂返回之前遇到这种气味的地点,这是一种联想记忆,可以引导它们返回,这种记忆因马塞尔·普鲁斯特在他的《追忆似水年华》(À la Recherche du Temps Perdu)中而闻名。昆虫用不到一百万个神经元完成了所有这些工作,这些神经元的重量约为千分之一克,不到人类大脑大小的百万分之一。然而,我们真的比它们聪明一百万倍吗?如果我看看我们自我管理的能力,肯定不是。

普遍的经验法则是动物越大,大脑越大。毕竟,较大的生物有更多的皮肤需要神经支配,有更多的肌肉需要控制,并且需要更大的大脑来服务其身体。因此,在研究大脑大小时,控制总体大小是有意义的。通过这种衡量标准,人类的相对脑体质量约为 2%。那么大型哺乳动物——大象、海豚和鲸鱼呢?它们的大脑远远超过了渺小的人类,有些鲸鱼的大脑重达 10 公斤。考虑到它们的体重,从 7,000 公斤(雄性非洲象)到 180,000 公斤(蓝鲸)不等,它们的脑体比不到十分之一。相对于人类的体型而言,人类的大脑比这些生物的大脑大得多。不过,不要沾沾自喜。我们被鼩鼱(一种类似鼹鼠的哺乳动物)比下去了,它们的大脑约占其整个体重的 10%。甚至有些鸟类在这项指标上也超过了我们。嗯。

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来源:“海豚新皮质中的定量关系”,Heidi S. Mortensen 等人,载于《神经解剖学前沿》,第 8 卷,第 132 条。在线发布于 2014 年 11 月 26 日(图表);Heidi S. Mortensen(大脑);Ólavur Frederiksen(领航鲸

神经解剖学家发明的一种叫做脑化指数 (EQ) 的东西,可以带来一丝安慰。它是被研究物种的大脑质量相对于属于同一分类群的标准大脑的比率。因此,如果我们考虑所有哺乳动物,并将它们与猫作为参考动物进行比较(因此猫的 EQ 为 1),那么人类以 7.5 的 EQ 位居榜首。换句话说,人类大脑比体重与我们相当的典型哺乳动物的大脑大 7.5 倍。猿猴和猴子的 EQ 为 5 或更低,海豚和其他鲸类动物也是如此。我们终于登顶了,验证了我们对人类特殊地位根深蒂固的信念。

然而,就大脑的细胞成分而言,这一切意味着什么还不是很清楚。神经科学家一直认为,人类在新皮质(大脑中最重要的部分)中拥有比地球上任何其他物种都多的神经细胞,无论它们的大脑大小如何。

2014 年对来自法罗群岛的 10 头长肢领航鲸的研究对这一假设造成了严重破坏。这些优雅的哺乳动物(也称为黑鲸)是在苏格兰和冰岛之间的北大西洋寒冷水域进行的当地捕猎活动中捕获的,实际上是海豚。构成它们高度回旋的新皮质的神经细胞数量是在几个样本切片中估计的,然后外推到整个结构。总数达到了惊人的 372 亿个神经元。令人震惊,因为这意味着长肢领航鲸的新皮质神经元数量大约是人类的两倍!

如果认知能力的关键在于新皮质神经元的数量,那么这些海豚应该比包括我们在内的所有现存生物都聪明。虽然高度活泼和群居的海豚表现出多种技能,包括在镜子中认出自己的能力,但它们不具备语言或任何容易辨别的抽象能力,这些能力与其他非人类动物的抽象能力相比脱颖而出。那么问题出在哪里?是神经细胞本身的复杂性远低于人类细胞,还是这些神经元的交流或学习方式不如人类复杂?我们不知道。

人们总是要求唯一能将人类与所有其他动物区分开来的东西,他们假设这种神奇的特性可以解释我们进化上的成功——我们能够建造广阔的城市、将人类送上月球、创作《安娜·卡列尼娜》和创作《英雄交响曲》的原因。有一段时间,人们认为人类大脑中的秘密成分可能是一种特殊的神经元,即纺锤体神经元或冯·埃科诺莫神经元,以康斯坦丁·冯·埃科诺莫男爵 (Constantin von Economo)(1876-1931 年)的名字命名。

但我们现在知道,不仅大型猿类,而且鲸鱼、海豚和大象的前额叶皮层中也存在这些神经元。因此,区分我们的不是大脑大小、相对大脑大小或神经元的绝对数量。也许我们的布线变得更加精简,我们的新陈代谢更加高效,我们的突触更加复杂。

正如查尔斯·达尔文推测的那样,极有可能是在逐渐的进化过程中共同作用的许多不同因素的组合,使我们与其他物种区分开来。我们是独一无二的,但每个其他物种也是如此,各有各的方式。

更多探索

大脑的进化、皮质回路的人类本性和智力创造力。Javier DeFelipe,载于《神经解剖学前沿》,第 5 卷,第 29 条。在线发布于 2011 年 5 月 16 日。

海豚新皮质中的定量关系。Heidi S. Mortensen 等人,载于《神经解剖学前沿》,第 8 卷,第 132 条。在线发布于 2014 年 11 月 26 日。

克里斯托夫·科赫是艾伦研究所和 Tiny Blue Dot 基金会的神经科学家,艾伦脑科学研究所前所长,以及加州理工学院前教授。他的最新著作是《那时我就是世界本身。》科赫定期为包括《大众科学》在内的多家媒体撰稿。他住在太平洋西北地区。

更多作者:克里斯托夫·科赫
SA Mind 第 27 卷第 1 期本文最初以“脑容量重要吗?”为标题发表于SA Mind 第 27 卷第 1 期(),第 22 页
doi:10.1038/scientificamericanmind0116-22
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