发声行为的使用,例如咕噜声、歌曲或吠叫,在整个动物王国中极为普遍。然而,人类是唯一一个这些发声行为达到了语言的复杂性和沟通有效性的物种。我们的祖先是如何成为唯一会说话的动物的?这发生在几万年前吗?这种变化是突然发生的吗,涉及到新的大脑区域或大脑连接模式的突然出现?还是通过更渐进的进化过程发生的,其中其他动物已经存在的一些大脑结构在人类大脑中被用于不同且更复杂的用途?
最近发表在《自然神经科学》杂志上的一项研究提供了关键的新信息,揭示了可能构成发声的非人类物种大脑与人类大脑之间“缺失环节”的物质:证据表明,人类大脑中已知的专门用于处理声音的大脑区域,在恒河猴的大脑中也有对应的区域。
德国蒂宾根马克斯·普朗克生物控制论研究所的神经科学家克里斯托弗·I·彼得科夫和他的同事使用功能性磁共振成像技术来探索猕猴的大脑。他们测量了清醒的猴子在聆听不同类别的自然声音(包括猕猴的发声)时的大脑活动。研究人员在这些猕猴的听觉皮层中发现了“声音区域”的证据:前颞叶的一个离散区域,该区域对猕猴发声的活动比对其他声音类别的活动更强。
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这个区域在多个个体中被观察到,即使在完全麻醉的条件下也是如此。更令人惊讶的是,该区域对来自同一个个体的不同叫声表现出重复诱导的活动减少——或神经元适应。这一发现表明,这个大脑区域处理关于说话者身份的信息,这种现象在人类声音区域中也被观察到。
声音的悠久历史?
这些发现最引人注目的意义或许在于,以前在人类大脑中发现的声音区域并非人类独有,并且在非人类灵长类动物的大脑中也有对应的区域。反过来,这一发现意味着声音区域具有悠久的进化历史,并且可能早在大约2000万年前的猕猴和人类的共同祖先中就已经存在。众所周知,声音感知的认知能力,例如说话者识别,与其他许多动物物种共享,但彼得科夫及其同事的发现为这些能力提供了大脑定位。
具有讽刺意味的是,到目前为止,大多数关于语言进化基础的研究都集中在一个单一功能上——语音感知——这是人类独有的,因此进化先驱即使不是不可能,也很难识别。目前的发现暗示了另一种可能更有价值的策略:或许关注我们与其他动物的共同之处——即,处理发声和提取说话者相关信息的丰富大脑基质——将使我们能够理解语言的进化。事实上,彼得科夫的发现表明,当我们的祖先开始说话时,他们已经配备了专门用于声音处理的复杂神经机制。
彼得科夫的发现的另一个重要意义涉及猕猴声音区域的功能侧化。人类语言大脑基质(尤其是语言产生)的一个公认特性是其向左半球的侧化。这种已知的非对称性导致研究人员调查是否可以在其他动物中发现类似的左半球偏侧性,作为人类语言可能的进化先驱。不幸的是,这种长期存在的信念可能导致了文献中强烈的偏见,因此,揭示非人类灵长类动物任何左侧不对称性的研究更有可能在领先期刊上发表。
右半球的作用
彼得科夫的研究结果中一个违反直觉但至关重要的特征,与人类大脑中的相应发现相似,是声音选择性活动在右半球更强。此外,身份特异性神经元适应仅在猕猴大脑的右半球观察到,与人类研究完全相同。这一发现意味着,右半球很可能在我们祖先的语言出现过程中发挥了重要作用,并且对语言进化之谜的解答可能不仅在于左半球。
在我们能够完全理解声音区域在猕猴和人类中的功能作用之前,我们还有很多工作要做。仍然需要测试几个替代假设:声音区域是否代表对来自自身物种的发声的特定声学结构的硬连线偏好?或者它是否更简单地是一个“共振峰”检测器,一个专门用于检测一般声音特征的结构?另一种可能性是,这个声音区域实际上是一个“社交”结构,它被调整为对发声做出反应,因为它们是社交互动的线索,而不是因为它们共享特定的声学结构。
总之,彼得科夫的发现为高级或复杂的听觉认知提供了一个令人兴奋的共同基质,可以在人类和猕猴中并行研究。既然猕猴大脑中声音区域的位置已经确定,研究人员将在不久的将来通过使用更传统的电生理技术(例如直接从神经元记录)探索猴子的声音区域来获得关键的额外信息。更重要的是,这项开创性的工作为比较神经影像学研究开辟了道路,在这些研究中,人类和其他动物使用类似的方法执行相似的任务,并且可以使用类似的策略分析结果。
注:本文最初以“猴子听到声音”为名发表。