海关官员睁大了眼睛。她正在查看我的两个行李箱的X光图像。两个行李箱都装满了大大小小的塑料容器，所有容器都单独双层包装，每个容器都装着浸泡在透明液体中的柔软物质。“你带的是新鲜奶酪吗？”她问我。那是2012年6月，我正从南非经由圣保罗国际机场返回巴西。在我前面的一对葡萄牙夫妇刚刚被抓到偷偷携带违禁的新鲜奶酪，这种奶酪可能含有对当地牛有害的活病原体。
“不，只是大脑，”我回答道。我不怕那些珍贵的器官被没收。我知道我做的一切都正确，所以我耐心地等待着，坐在我仍然未打开的行李箱旁，而她去请了合适的官员。那天晚上吃晚饭的时候，有人会有一个相当有趣的故事可以讲。
当困惑的官员试图回忆起有人携带大脑入境时该怎么做时，我向海关人员出示了厚厚一叠多种语言的许可证——包括声明我的标本不构成生物威胁且没有商业价值的文件。我带入境的是长颈鹿、各种羚羊、狮子、鬣狗、一头小须鲸和数十种较小的非洲啮齿动物的大脑，这些动物是我的合作者在南非、刚果民主共和国、沙特阿拉伯、丹麦和冰岛收集的。我把我的文件递给代理人，她让我走了，甚至没有打开我的行李箱。我有点遗憾：我希望她能看到我酷炫的收藏。
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从事动物大脑进口业务大约10年了，我从许多国家的合作者的实验室携带它们。我的研究兴趣是找出每个大脑包含多少神经元，这与大脑大小有何关系，以及它与人类大脑的比较情况。
十四年前，当我在里约热内卢联邦大学时，我开发了一种方法，使我能够计算来自各种大小生物（包括人类和其他生物）的神经元数量，这在以前的脊椎动物大脑中是无法做到的。我的程序？把大脑变成汤。我们获得的数字推翻了一些关于人类特殊性的旧神话，并揭示出，与其他灵长类动物相比，我们的大脑既具有独特的强大功能，又出人意料地具有可预测性。事实上，将我们与进化上的近亲进行比较表明，是技术而非解剖结构使我们能够充分发挥我们的神经元能力。
如何制作脑浆
50多年来，科学家们一直试图给大脑细胞计数。由解剖学家汉斯·埃利亚斯在1960年代初期开创，经典的也是最广泛使用的无偏计数方法是立体学：首先“固定”脑组织，用甲醛使其变硬，然后将其精细切片。化学染色剂随后使细胞在显微镜下可见，仔细的采样方案使科学家能够通过少量计数推断出大脑结构中细胞的总数。
以这种方式计算细胞的问题在于，它只能在定义明确的、同质的大脑区域中正确完成。这个过程非常费力且耗时。虽然如果使用得当，它非常准确，但它也很容易出现用户错误。将该程序应用于整个大脑，特别是大型大脑，将花费很长时间。
在1970年代，一些研究人员观察到，由于每个脑细胞的细胞核都具有一定量的DNA含量——并且每个细胞只有一个细胞核——因此应该可以提取大脑中的所有DNA，并用它来计算细胞的总数。这个想法启发了我：如果我不从细胞核中提取DNA，而是提取细胞核本身呢？
2012年，赫尔库拉诺-霍泽尔（左）和她装满标本的行李箱。她研究了数百个大脑，包括非洲象的大脑（右），以检查神经元数量在不同动物物种之间如何变化。图片来源：Suzana Herculano-Houzel
我认为细胞核可以从细胞中释放出来，就像桃子中的核一样，一旦释放出来，就可以将它们混合在已知体积的液体中，直到它们均匀分布，然后在显微镜下计数它们，而无需精细的采样方案。正如我后来了解到的，我不是第一个计算游离细胞核的人。1963年，比较解剖学家约翰·扎卡里·杨在液体中计数并染色脑组织，以估计章鱼的大脑和手臂中的神经元数量。他的统计结果：5亿。
我们现在知道这个数字可能太低了。我的脑浆方法能够准确工作，而其他方法会遗漏细胞的原因是，我从固定的而非新鲜的组织开始，这使细胞核变硬，并使其能够抵抗液化过程。当然，它最初并没有奏效。我最初从生物化学家那里借用了一种常用的释放细胞核的方法：在液氮中快速冷冻脑组织，然后在搅拌机中将其破碎。可以预见的是，实验室里到处都是被抛出的冷冻脑组织碎片。我母亲建议：“你必须盖上盖子，傻瓜。”但仍然没有用；搅拌机的壁上粘了太多的碎片。我必须确保我能收集到最后一个细胞核。
2003年，我使用洗涤剂溶解已经固定好的大脑，取得了突破性进展。将组织在玻璃管内的洗涤剂中晃动，我将异质分布的神经元变成了均匀分布的游离细胞核的汤。
然后我可以轻松快速地在显微镜下计数游离细胞核，并且——由于每个细胞只有一个细胞核的规则——这与计数细胞一样有效。对于大鼠大脑，我只需要大约半杯液体就可以悬浮所有细胞核，然后将它们加起来。我可以在一个上午完成这项工作。即使是大象的大脑也可以通过几加仑的大象脑浆在六个月左右的时间内完成计数。
自2003年以来，范德堡大学和内华达大学里诺分校的研究团队都表明，在两种方法都可以轻松应用的情况下，脑浆的计数结果与传统的立体学相当。加拿大、澳大利亚、德国、香港、捷克共和国、巴西和美国的研究人员已经研究了来自鸟类、鱼类、哺乳动物和无脊椎动物的脑浆。
人类真的特别吗？
很快，我的方法开始产生见解。我发现，哺乳动物大脑皮层（大脑外层组织）中的神经元数量差异巨大——在不同物种中，从仅几百万到数十亿神经元不等。这些细胞负责感觉整合、运动产生、个性、气质、模式识别、逻辑推理和未来规划，使行为不仅仅是对刺激的简单反应。
相关的动物，例如有蹄类动物、灵长类动物或啮齿动物，具有相似的大脑结构，但神经元数量可能不同。图片来源：Ignacio Palacios Getty Images（有蹄类动物）； Anup Shah Getty Images（猩猩）；Getty Images（花栗鼠）
此外，在我同事和我迄今为止进行的数十项研究中，我们尚未发现大脑皮层的大小与其中神经元数量之间存在单一的普遍关系。在我们2014年对迄今为止的研究结果的回顾中，我们得出结论，不同的规则适用于灵长类动物和非灵长类动物，与大小相似的啮齿动物或有蹄类动物相比，灵长类动物皮层中可以不显眼地容纳更多数量的较小神经元。
例如，狒狒的大脑皮层比大小相似的羚羊的大脑皮层多10倍的神经元。因此，神经元的数量不能简单地从大脑皮层的大小来推断。与此同时，人类的大脑皮层拥有惊人的160亿个神经元，这对于我们的大脑大小来说似乎很不寻常——但只有当我们与非灵长类动物进行比较时才是如此。
长期以来，人类大脑一直被视为进化上的异常值：对于任何物种来说，它相对于身体而言都显得过大。但根据我的数据，人类大脑实际上只是一个按比例放大的灵长类动物大脑。
2014年，我们研究了象的大脑皮层，它的大小是我们的两倍，但发现它只有大约三分之一的神经元：56亿。即使是最大的鲸鱼，根据我们的说法，皮层神经元也不超过30亿到50亿。大多数哺乳动物的神经元少于10亿。
多年来，科学家们还怀疑，人类的前额叶区域不成比例地大，前额叶是大脑皮层的一部分，除了简单地整合感觉信息和产生运动之外，还处理复杂的、关联的功能。然而，在2016年，我们发现了相反的证据。我的同事和我研究了八种灵长类动物皮层中神经元的分布，发现人类的前额叶皮层仅占所有皮层神经元的约8％——与其他灵长类动物的比例相同。但是，由于我们的大脑皮层总体上拥有最多的神经元，因此这8％转化为任何灵长类动物中此类神经元的最大数量。
关于其他大脑（尤其是大象和鲸鱼的大脑）中前额叶神经元的数量，目前尚无定论。与我们相比，这些物种拥有大量的灰质，但大脑皮层中的神经元数量相对较少。此外，它们的前额叶皮层似乎只占大脑的一小部分，而在人类中，它占据的比例更大，这使得人类大脑很可能拥有最高阶的前额叶神经元。
这有什么关系呢？如果神经元是大脑的基本信息处理单元，那么大脑皮层中的神经元越多，它就应该越强大，而与结构的总体大小无关。到目前为止，我们拥有地球上任何单个大脑中最多的大脑皮层神经元。鉴于我们大脑的整体连接性和功能分布实际上对于哺乳动物大脑来说非常典型，我相信，这是我们非凡认知能力的最简单解释。
发人深思
脑细胞是昂贵的，因此令人印象深刻的是，我们能够负担得起如此多的大脑皮层神经元。尽管大脑仅占我们身体质量的2％，但它每天消耗约占身体运转所需总能量的25％。
然而，在这里，我们的大脑再次只是按比例放大的灵长类动物的大脑。通过将不同大脑消耗的能量估计值除以我们对其中神经元数量的计算，我们发现，无论大小如何，啮齿动物和灵长类动物的大脑每天每十亿个神经元消耗约六千卡路里。人类大脑平均拥有860亿个神经元，预计每天消耗516千卡路里，非常接近其实际测量的每日消耗量约500千卡路里。
越大并不总是越好。鲸鱼和大象的大脑很大，但似乎只有相对较少的大脑皮层神经元可以帮助人类进行高阶思维。与此同时，鹦鹉和鸣禽的神经元密度比哺乳动物更高。 Getty Images（鲸鱼）；Annick Vanderschelden Getty Images（大象）；Frans Lanting Getty Images（鹦鹉）
考虑到我们的身体，人类拥有的神经元数量和大脑质量恰好符合预期。在许多旧世界和新世界猴子以及较小的灵长类动物中，大脑占身体质量的2％——就像人类一样。突出的是大型猿类，它们的大脑占身体质量不到0.5％。特别是大猩猩，它们的体重可能是人类的三倍。由于较大的动物往往拥有较大的大脑，我们可能会期望最大的灵长类动物拥有比我们更大的大脑。然而，恰恰相反，人类大脑的重量大约是大猩猩或猩猩大脑的三倍。
大猩猩拥有庞大而昂贵的身体，可能已经达到了一个临界点，它们无法负担得起能量来支持像我们一样多的神经元。有了这些发现，我可以将比较神经科学的一个关键问题颠倒过来：如果由于能量限制，是大型猿类的大脑对于它们的身体来说太小，而不是人类的大脑对于他们的身体来说太大，会怎么样呢？
无论可用于支持大脑和身体的能量有多少，它都必须来自动物的食物。2012年，卡琳娜·丰塞卡-阿泽维多和我发表了一篇论文——基于她还是我的本科生时所做的工作——其中包含一些计算，包括不同灵长类动物的大脑和身体需要多少能量，它们从自然饮食中获得多少能量，以及它们需要多长时间才能找到并摄取这些能量。
我们发现，以它们目前的身体质量，大猩猩和猩猩无法负担得起比它们已经拥有的大脑中更多的神经元。这些动物每天觅食和进食约八小时，当它们觅食和摄入八小时的食物不足时，例如在旱季，它们会体重减轻。
对于每天还需要睡七到八个小时并处理其他事务（例如保卫领土或维护社会地位）的灵长类动物来说，为了负担更多神经元而延长进食时间不是一个选择。没有太多时间做其他事情了。对于需要觅食和进食这么长时间的人来说，大学教育是一个不可能实现的梦想。由于能量摄入有限，因此身体质量和神经元数量之间存在权衡。就大型猿类而言，它们的大脑只有身体仍然允许的那么大。
类似的限制也适用于我们：与其他灵长类动物的饮食相当，我们的祖先每天应该花费将近9.5个小时寻找食物和进食——这对于较大的灵长类动物来说是令人望而却步的。如果他们和我们人类仍然像其他灵长类动物一样进食，我们就无法生存下来。
然而，我们现在在这里。如果我们的祖先没有吝啬神经元，没有极其廉价的大脑，并且不能将他们大部分的清醒时间都花在进食上，那么摆脱脑细胞能量限制的唯一方法就是彻底改变饮食。我的同事和我认为，我们祖先在大约三百万年前找到了绕过这种限制的方法。他们通过创造切割、砍、切丁、剁碎、压碎和捣碎的工具，改进了幸运的进化创新——双足行走——这扩大了人们可以漫游寻找食物的范围。
2016年，古人类学家丹尼尔·E·利伯曼及其在哈佛大学的研究小组的研究表明，在食用前对食物进行改良——按照我的定义，即烹饪——可以提高其能量产量。利伯曼的团队进行了一系列实验，包括一个参与者必须啃食生山羊肉的设置，这证明了旧石器时代的技术，例如用于切片和捣碎的石器，如何充分改变食物，使富含能量、耐嚼的肉类易于吞咽。
简而言之：我们的祖先，而且只有我们的祖先，才会烹饪。Homo culinarius，我喜欢这样称呼他们——也许这比自命不凡且不太可能的sapiens（意味着没有其他物种会思考或知道）更适合我们现代人。在可以食用前改良食物的技术工具清单中，我们的祖先后来又增加了一项，即大约一百万年前的火。同样在哈佛大学的灵长类动物学家理查德·兰厄姆此前曾提出用火烹饪是人类进化史上的分水岭。
像大猩猩和猩猩这样的大型猿类需要花费数小时觅食才能获得足够的能量来维持其庞大的体型。在类似的限制下，我们需要9.5个小时来寻找和消耗来自生植物的热量。烹饪使我们从相同的食物中获得更高的热量，并且也使肉类更容易食用，这使我们的身体能够负担得起更多的神经元。 Anup Shah Getty Images（大猩猩）；Christian Jegou Science Source（早期人类）
我们的研究表明，如果不是饮食的彻底改变极大地增加了我们祖先的热量摄入，我们就无法为我们的大脑提供能量，因此就不会在这里。烹饪，首先是不使用火，后来使用火，很可能就是这种改变。
Homo culinarius的遗产
像任何技术一样——根据定义，技术是帮助解决问题的物体、系统或程序——烹饪为我们的祖先释放了时间。他们可以将那些现在负担得起的额外神经元用于其他用途。
一旦空闲时间不再是稀缺商品，我们的祖先就可以开发技术创新并将这些发现与他人分享。新工具催生了进一步的进步。我们的物种在文化和复杂性方面不断发展。在这个过程中，我们可能将我们的大脑进一步推向了更多的神经元，随之而来，我们扩展了我们思维的能力。
然而，能力不是技能。从颅骨大小来看，我们现代的约160亿个神经元至少已经伴随我们存在了20万年。我们惊人的认知壮举——建造、写作、调查我们自己和宇宙——要近得多。
需要一生才能将新生儿的人脑塑造成为具有令人印象深刻的能力的、有学识的成熟大脑。在现代，我们的集体智慧和成就不再掌握在一个人手中。如果没有足够的人集体掌握这些知识，也没有文化传播，我们所有辛辛苦苦获得的成果都可能在一代人内消失，尽管事实上我们仍然有能力做出这些事。因此，我们必须通过文化和正规教育来培养、记录和传递知识和技能，以确保我们的能力能够产生后代的能力。
我们这个物种的成就是巨大的，我们集体思考的潜力是巨大的。我们无疑已经将自己与所有其他动物区分开来。但我们从未停止成为灵长类动物。