是什么让人脑如此特别？这个问题不容易回答，并且将在未来几代人中继续困扰神经科学家。但是，已经可以提出一些初步的回答。与我们的身体尺寸相比，这个器官肯定比预期的要大。并且它有自己专门的区域——其中一个专门用于处理语言。近年来，脑部扫描开始显示，神经元相互连接的特定方式也是故事的一部分。
这些研究中的一个关键工具是磁共振成像 (MRI)——特别是，一种称为扩散张量成像的版本。这项技术可以可视化从神经元延伸出来并连接大脑区域的长纤维，而无需移除一块颅骨。像电线一样，这些连接在神经元之间传递电信息。所有这些连接的总和，也称为连接组，可以提供关于大脑如何处理信息的线索。
关于连接组的一个长期存在的问题是，独特的布线模式是否与小鼠、猴子或人类明显的认知差异有关。一种称为比较连接组学的新方法已经确定了跨物种大脑布线的一些通用规则，这可能有助于提供答案。与此同时，它还发现人类连接组的一些独特之处，并发现了负责大脑布线维护的细胞的变化。这些进化创新共同作用，似乎可以保持信息在大型人脑中高效流动。当它们被破坏时，可能会导致精神疾病。
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假设最有效的连接组将遵循一对多的设计，即每个神经细胞都连接到所有其他神经细胞。但是这种方法是极其不可行的，因为它需要大量的空间来容纳所有这些连接，以及能量来维持它们的运作。或者，一对一的设计，即每个神经元仅连接到一个其他神经元，将不那么具有挑战性——但效率也较低：信息必须像垫脚石一样穿过大量的神经细胞才能从 A 点到达 B 点。
特拉维夫大学的 Yaniv Assaf 说：“现实生活介于两者之间。” 他在 6 月份的《自然神经科学》杂志上发表了一篇关于 123 种哺乳动物连接组的调查。Assaf 以一种有点迂回的方式发现了他的研究：最初只是与他在特拉维夫的同事 Yossi Yovel 一起成像蝙蝠大脑的周末爱好，演变成对尽可能多的从附近兽医研究所借来的哺乳动物尸检大脑进行了长达七年的探索。研究人员观察了各种器官——从最小的蝙蝠大脑（需要放大镜才能检查），一直到人类的重量级大脑。在这些例子之间，有长颈鹿、蜜獾和牛的大脑。在所有这些大脑中，该团队发现了相同的工作连接模式：从一个地方到另一个地方的垫脚石数量在每个器官中大致相同。不同的大脑使用了相似的布线设计。
然而，这种安排的实现方式存在一些差异。大脑两个半球之间长程连接较少的物种，往往在每个半球内有更多的短程连接，其中附近区域彼此“密集交谈”。长程连接较多的物种，例如人类和其他灵长类动物，则稀疏了这些局部网络。
这种连接方法可能反映了将神经系统塞进颅骨的几何约束。但是，物种内这些连接的变异也可能与不同的能力有关。“如果一个区域的连接更密集，你可能会拥有其他人不具备的某种能力，”Assaf 说。
尽管人脑遵循哺乳动物的连接游戏规则，但它们也显示出一些引人注目的创新。去年发表的一项人类连接组与我们最近的近亲黑猩猩的连接组的正面比较中，阿姆斯特丹自由大学的 Martijn van den Heuvel 和埃默里大学的人类学家 James Rilling 揭示了 33 个人类特有的连接。这些独特的连接比这两个物种共有的 255 个连接更长，对网络效率更重要。跨距离的连接还将皮层中参与语言、工具使用和模仿的高级“联想”区域联系在一起。
van den Heuvel 说：“人脑倾向于在保持这些联想区域连接方面进行更高的投入。” 这种设置可以实现来自大脑不同部分的信息的有效整合，特别是那些负责概念处理的部分。“我认为这种投入为我们带来了更复杂的大脑功能，”他补充道。
当 van den Heuvel 和他的同事观察语言区域时，“连接指纹”突显出来。黑猩猩有它们自己有限版本的布罗卡区和韦尼克区，分别是负责人类语言产生和理解的区域。但在人类中，两者之间的联系更强。并且从布罗卡区到大脑其他区域的连接实际上更弱。就好像这两个区域已经将其处理能力专门用于彼此，并为语言奠定了基础。
然而，人类特有的连接可能形成人类的阿喀琉斯之踵。在去年 11 月发表的一项研究中，van den Heuvel、Rilling 和他们的同事发现 人类特有的连接在精神分裂症中更容易被破坏。“这提出了这样一种可能性，即这些新型人类连接的进化是有代价的，”Rilling 说。
虽然这些研究论证了大脑连接的进化重要性，但成像方法并非没有错误。它们的分辨率有限，因此它们可能会错过连接的末端或转弯。特拉华州立大学研究人类大脑进化的助理教授 Christine Charvet 说，这个问题意味着该领域需要借鉴其他证据领域来巩固研究结果，她没有参与这些论文。
基因组学可以填补一些空白。一月份发表的一项研究侧重于称为增强子的 DNA 片段，它控制基因是否开启或关闭。荷兰伊拉斯谟大学医学中心的 Menno Creyghton 和他的同事发现，人类和黑猩猩中的某些增强子 与更远亲缘关系的猕猴和狨猴中的增强子显着不同。这种基因组重塑发生在称为少突胶质细胞的细胞中，这些细胞用蛋白质绝缘鞘包裹连接。这样做可以确保电信号快速到达目的地。
Creyghton 认为这些细胞试图赶上大脑扩张。“这些少突胶质细胞需要重塑自身以促进更大的大脑，”他说。“所以你有一个壮观的变化，它给你一个更大的大脑。然后你需要大脑中进行大量的适应来应对这种情况。”