为什么我们需要研究大脑的进化以理解现代思维

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


在9月17日出版的《纽约客》杂志中,安东尼·戈特利布分析了《神秘的人类:人类本性的进化之谜》,这是华盛顿大学西雅图分校心理学教授大卫·巴拉什的新书。戈特利布的文章不仅仅是一篇书评,它也是对进化心理学(在进化背景下研究大脑、思维和行为)的一长串批判中的最新一篇。

戈特利布提出了几个非常好的观点,描述了进化心理学的主要缺点,这些缺点批评者和支持者都曾多次提及:早期人类智力的证据令人沮丧地稀少,客观测试关于早期人类行为的假设非常困难,以及用便捷的“刚刚好”的故事来解释各种心理怪癖和才能的起源的诱惑。他的一些观点不太相关,例如心理学家经常抱怨依赖美国和欧洲的大学生作为研究对象——这是所有心理学的问题,而不仅仅是进化心理学的问题。

戈特利布的一个论点让我震惊——这个论点如此薄弱,以至于像一片砂岩一样,在被探究时就会瓦解。“理论上,如果你确实能够追踪大脑是如何通过自然选择形成的,你可能会阐明大脑是如何运作的,”戈特利布写道。“但是你不需要了解一个器官的进化就可以理解它。”


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戈特利布给出了英国医生威廉·哈维的例子,他“在发现自然选择两个世纪前就弄清楚了(心脏)是如何工作的。”尽管哈维对心脏和循环系统的描述非常精确、详细和优美,但它们并没有解释心脏作为功能器官的起源。为什么不同的动物有不同类型的心脏?为什么有些动物有血液但没有心脏?心脏最初是在何时、如何以及为什么出现的?仅仅知道心脏是如何工作的不足以回答这些重要的问题。相反,我们需要理解心脏是如何进化的。这种理解不仅仅有助于基础生物学,还有助于医学的进步。例如,追踪心脏细胞中基因表达在进化过程中是如何变化的,同时提高了我们对先天性心脏缺陷的理解

正如进化塑造了人类心脏的结构和功能一样,进化也塑造了人类的大脑——以及思维。这是一个不可避免的事实。大脑和思维是密不可分的。为了理解其中一个,你必须理解另一个。改变大脑的结构会改变大脑的行为方式以及从其与环境的相互作用中产生的思维类型。我们从那些因创伤性损伤中风和阿尔茨海默病等神经退行性疾病而导致大脑发生迅速而剧烈变化的人们身上获得了明确的证据。同样,在人类进化过程中,人类大脑的逐渐结构变化反映了人类思维的进化。意识、自我意识、复杂的情感、语言、创造力——如果你想真正理解思维的这些方面,你必须理解它们最初是在何时以及为什么进化的。要做到这一点,你必须理解大脑是如何随着时间变化的。

人类大脑的进化故事始于生命本身开始的地方:海洋。大脑最基本的组成部分已经存在了几十亿年:一些最简单和最古老的单细胞生物使用与我们自己的大脑和神经系统所依赖的相同的化学信使。海绵是最早进化出的动物群体之一,它们没有神经系统,但它们确实拥有一些相同的基因和蛋白质,这些基因和蛋白质对于我们大脑中神经连接的构建至关重要。海绵体内的细胞也通过钙离子的波浪进行交流,这与更复杂的动物中神经元中涌动的带电粒子的级联反应非常相似。水母及其凝胶状的亲戚可能是最早进化出真正神经元的动物群体——细长、分支的细胞,适应于将信息从动物身体的一部分传输到另一部分的任务。但是这些神经元排列在包围动物身体的弥漫网络中。没有中央处理器,没有复杂的组织,没有大脑。大脑进化史上的下一个主要篇章是一个称为头化的过程,其中神经元聚集在动物的一端,最终成为一个与眼睛等重要感觉器官相连的大脑。头化可能在不同的动物群体中以不同的方式发生过几次。在蠕虫和鱼类微小、简单的大脑中,特定的脑区开始专门负责不同的功能——一个区域主要致力于视觉,这是我们枕叶的前身,而另一个区域则专注于应对威胁,这是杏仁核的祖先。甚至在生命离开水之前,动物就已经进化出具有许多相同基本神经结构的脑,我们最终会继承这些结构。

在不了解这个庞大的进化故事的情况下研究大脑和思维是没有意义的。这相当于一位考古学家发现了一张巨大的挂毯的残骸,从布料上切下一个特定的图案,并声称他可以通过孤立地检查该图案来了解他需要知道的一切。即使这位考古学家非常详细地描述了这个图案,将它一丝一丝地拆开并缝合起来,他仍然会故意忽略整个故事。同样,无视人类大脑的历史会将心理学和神经科学限制在我们对大脑和思维的微薄理解范围内。

关于我们大脑动荡的过去,进化心理学主要关注旧石器时代(大约在260万年前到1万年前)人类大脑发生的事情。戈特利布认为旧石器时代心理学的证据很少,这是对的,但并非不存在。了解早期人类的大脑和行为是一项艰巨的挑战,但并非不可能[PDF]。通过测量化石头骨——并创建它们曾经容纳的大脑的模型——人类学家已经确定,在人类进化过程中,大脑的体积增加了三倍。这一趋势大约在200万年前开始,最快的增长发生在80万年前到20万年前,当时气候发生了快速变化。国家自然历史博物馆有一个图表,绘制了早期人类颅腔体积的变化与气候变化的关系。人类学家认为,大脑最大的早期人类最有效地适应了这种变化无常的气候。

大约在10万年前,人类的大脑在很大程度上停止了扩张(一些证据表明,从那时起,它实际上缩小了一点)。科学家们尚未令人满意地回答的是,为什么人类的大脑最初开始膨胀,以及更大的大脑给我们的祖先带来了什么好处。最直观和最诱人的解释是,我们大脑在旧石器时代的扩张与更复杂的智能的出现平行,这部分可以通过现有的越来越复杂的工具和炊具的考古记录来证明。学会用火烹饪极大地改善了我们祖先的饮食——从柔软的熟食中消化和提取卡路里比从生的、坚硬的食物中容易得多。反过来,更营养的饮食可能促进了大脑的生长。随着早期人类人口的增加并在全球范围内传播,越来越多样化的社会环境也需要一个更大、更复杂的大脑。

一个潜在的独特人族物种,称为弗洛勒斯人,也称为霍比特人,打破了大脑更大的趋势。尽管弗洛勒斯人在相对较近的时期(大约在1.2万年前)灭绝,但它只有三英尺多高,大脑只有其前身直立人的一半大小,是我们现代大脑的三分之一大小。然而,弗洛勒斯人的遗骸被发现与使用石器屠宰和用火烹饪的证据一起。那么,我们如何调和霍比特人的小脑袋与如此高智商的证据呢?是结构而不是大小最重要吗?这正是我们需要解决的进化难题,才能彻底理解人类的大脑和思维。我们对早期人类的大脑——以及这些大脑能够做些什么——了解得越多,我们就越能理解我们现代的思维。

在他的评论结尾,戈特利布写道:“要证实任何关于大脑如何形成的说法,你需要(除其他外)确定今天人们实际的思考和行为方式,并检验关于这些特征如何运作的不同解释。一旦你完成了这些,你实际上就完成了解释大脑如何运作的工作。石器时代的生活究竟如何已经不再重要。我们的特征是如何确立的,这在实践中没有任何实际意义。重要的是它们的存在。”

戈特利布再次提出,理解“大脑如何运作”比理解“大脑如何形成”更重要——一旦你实现了前者,你就不必再为后者费心了。人们可以采用一种极其功利的方法来研究大脑和思维,将自己局限于具有明确实际应用的研究。所有“为什么”的问题都被排除在外!我们只关心大脑如何运作。只需解释发生了什么,然后继续前进。无需思考任何这些意味着什么。说实话,这对我来说听起来非常无聊。更根本的是,理解大脑如何运作以及它为什么那样运作是不可分割的目标。人类大脑的进化历史不仅仅是一个我们可以随意放在架子上的可爱故事。我们大脑中的每个细胞——我们精神生活的每一刻——都与这个星球上生命的整个历史紧密相连。

Ferris Jabr is a contributing writer for 大众科学. He has also written for the New York Times Magazine, the New Yorker and Outside.

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