是什么使人脑与众不同

大脑中参与语言和认知的区域在进化时间尺度上已大大扩大

类与众不同。现代人类的大脑大约是我们最早的人科祖先和现存大型猿类亲属的三倍大。在动物中,大脑尺寸与身体尺寸紧密相关。但与这种典型的比例关系相比,人类是极端的异常值。成年人的平均大脑重约三磅,约占身体尺寸的 2%。但由于神经元的高度电活动以及将化学信号从一个脑细胞传递到另一个脑细胞所需的代谢燃料,它消耗了身体能量预算中不成比例的 20%。

将人脑与我们现存的近亲灵长类动物(包括黑猩猩)进行详细比较后表明,大脑皮层中参与更高阶认知功能(如创造力和抽象思维)的部分已变得特别扩大。这些皮层区域,被称为联合区域,在出生后发育中成熟相对较晚。与其他灵长类动物相比,在人类大脑中,将这些联合区域相互连接并连接到小脑(后者在随意运动和学习新技能中起作用)的长程神经连接更为丰富。这些人类增强的网络是语言、工具制造和模仿的场所。即使是位于皮层下区域(称为纹状体)的古老奖励系统,也是大脑信号分子多巴胺的活动中心,似乎也在人类大脑进化中得到了重塑。这种变化最有可能增加对社会信号的关注并促进语言学习。

我们的大脑是如何变大的?人科动物化石记录指向过去六百万年左右颅容量普遍增加的趋势。那时,我们的谱系与我们和黑猩猩和倭黑猩猩的最后共同祖先分离。科学家认为,人类生物学中一系列相互关联的特征与我们的大脑有关——儿童期生长缓慢、寿命更长,以及父亲和祖父母更多地参与抚养后代以协助母亲。出生后大脑的延长生长意味着,为认知奠定基础的重大事件发生在丰富的社会和生态环境中。


关于支持科学新闻

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当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


使我们与黑猩猩和其他智能物种不同的另一个线索来自引人注目的研究,该研究揭示了大脑进化漫长过程中发生的基因和分子变化。以下是对人脑一些独特特征的介绍。

致谢:梅萨·舒马赫;资料来源:“黑猩猩大脑组织的生长发育模式为理解人脑的显著扩大提供了重要线索”,T. Sakai 等人,《英国皇家学会学报B辑》,第 270 卷;2013 年 2 月 22 日(大脑区域扩张);“哺乳动物的大脑由这些构成:Glires、灵长类动物、Scandentia、Eulipotyphlans、Afrotherians 和 Artiodactyls 大脑中神经元和非神经元细胞数量和密度的数据集,以及它们与体重的关系”,S. Herculano-Houzel 等人,《大脑、行为与进化》,第 86 卷,第 3-4 期;2015 年 12 月(人类和猕猴神经元数量);“狗拥有最多的神经元,尽管大脑不是最大的:大型食肉动物大脑皮层中体重和神经元数量之间的权衡”,D. Jardim-Messeder 等人,《神经解剖学前沿》,第 11 卷,第 118 条;2017 年 12 月(猫神经元数量);“海豚新皮层的定量关系”,H. S. Mortensen 等人,《神经解剖学前沿》,第 8 卷,第 132 条;2014 年 11 月(领航鲸神经元数量);“一个黑猩猩半球的皮层细胞和神经元密度估计”,C. E. Collins 等人,《PNAS》,第 113 卷,第 3 期;2016 年 1 月 19 日(黑猩猩神经元数量);“人类进化史”,E. K. Boyle 和 B. Wood,《神经系统进化》。第二版。J. H. Kaas 编辑。学术出版社,2017 年(人科动物进化);史密森尼国家自然历史博物馆人科动物物种时间线

切特·C·舍伍德是乔治华盛顿大学的人类学教授。他的工作重点是灵长类动物和其他哺乳动物的大脑进化。

更多作者:切特·C·舍伍德

梅萨·舒马赫是一位医学插画家和科学艺术家,热衷于清晰的沟通和引人入胜的视觉效果。她是 Mesa Studios 的首席艺术家。她的作品可以在杂志、书籍、期刊、博物馆、动物园、水族馆和教育游戏中找到。

更多作者:梅萨·舒马赫
大众科学杂志第 319 卷第 3 期本文最初以“我们的构造是否有所不同?”为标题发表于大众科学杂志 第 319 卷第 3 期(),第 60 页
doi:10.1038/scientificamerican0918-60
© . All rights reserved.