本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
青少年时期，切特·舍伍德是乔治·华盛顿大学的生物人类学家，他并不知道自己注定要成为一名科学家。“我不是那种收集国家地理或观看诺瓦节目的孩子，”他说。在 20 世纪 90 年代中期，舍伍德是布鲁克林朋克乐队 Speedking 的成员，AllMusic.com 将其描述为“一支激烈的后硬核乐队，拥有猛烈的吉他、推进的合成器和在所有三名成员之间轮换的人声。”
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他对人类大脑解剖学的细微之处，以及最终人类器官与其他动物的器官相比有何不同之处的着迷，是在哥伦比亚大学跟随杰出的体质人类学家 拉尔夫·霍洛威 上本科课程后产生的，那时他仍然沉浸在朋克的强烈仪式中。舍伍德后来跟随霍洛威和西奈山医学院的共同导师 帕特里克·霍夫 攻读博士学位。
他现在致力于探索是什么特质使人类大脑与众不同。“当我刚开始研究时，很少有科学家将此作为他们的主要研究领域，”他说。“这似乎是一个非常难得的机会，因为我们仍然有很多不了解的地方。仅仅投入一些努力就可以取得重大发现。”舍伍德与我谈论了我们从分子到整个大脑的各个尺度上对人类器官的了解。以下是经过编辑的文字记录：
关于人类和其他动物之间的差异，您能做一个概括性的陈述吗？
人类大脑皮层的整体大小，出于某种原因，已经变得异常庞大。它比我们这种体型的灵长类动物的预期大小大三到四倍
初级感觉和运动区域，对于视觉、触觉和听觉的传入输入的初始处理以及运动控制非常重要，其大小在人类大脑中的增长速度与身体大小保持一致，正如您所预期的那样。但在人类大脑皮层中，除了这些之外，还有许多额外的神经组织。
额外的空间由联合皮层区域组成，这些区域参与复杂的认知操作。与其他物种相比，在人类中，联合皮层中有更多的神经元（计算单元）以及这些神经元之间更多的连接。
在细胞水平上发生了什么？
当您观察人类的新皮层的细胞和微观结构组成与与其他哺乳动物相比时，您总体上看到的是非凡的相似性。存在相似类型的神经元，以常见的模式排列成层。然而，人类和其他物种之间细胞水平上的细微差异在达尔文的“带有修饰的演化”方面是有意义的。我们的大脑皮层的构成最接近于我们最近的亲属大型猿类，然后是其他灵长类动物等等。
人类和黑猩猩在前额叶皮层中共享用于神经递质血清素、多巴胺乙酰胆碱的高密度神经支配。我们与大型猿类共享分子特化，以利用神经递质谷氨酸来提高兴奋性信号的表达，并且我们在新皮层中具有相关的分子变化以支持有氧能量的产生。
此外，人类、黑猩猩和其他大型猿类在前扣带皮层和前脑岛皮层中具有更高密度的被称为 冯·埃科诺莫神经元。冯·埃科诺莫神经元呈细长的纺锤形，并具有非常粗的轴突，使其能够向大脑的其他部分进行高速输出投射。
在人类和大型猿类中，它们集中在大脑皮层中与监测身体状态并将该信息与社交互动背景下的决策相结合的部分。
在一家科普杂志上有一篇文章讲述了这些神经元是如何使我们成为人类的。这完全是错误的。这传达了一种观念，即可能存在一种在人脑中发现的独特的神奇子弹，可以解释是什么使我们成为人类。
冯·埃科诺莫神经元现在也在大象和鲸鱼以及许多其他物种中被发现。冯·埃科诺莫神经元代表了比较神经解剖学中一个引人入胜的问题，我们才刚刚触及表面。
我们经常认为我们发现了人类独有的东西，但这些发现后来被证伪，这难道不是真的吗？
当然。达尔文的《人类的由来》第二版反映了当时理查德·欧文和 T.H. 赫胥黎之间正在进行的关于人类大脑是否具有独特部分的大辩论，这些独特部分可以让我们被区分为不同于其他哺乳动物的目，即人类。这是欧文提出的论点。
但是 T.H. 赫胥黎仔细解剖了人类和猿类的大脑，并表示差异更多的是程度上的差异，而不是整体类型的差异。查尔斯·达尔文认为这是进化中渐变主义的一个主要例子，因此他让 T.H. 赫胥黎在《人类的由来》第二版中写了一个附录，全部关于人类大脑与猿类大脑的比较。赫胥黎的结论是，是的，人类大脑很大，但定义它们的是与猿类大脑的程度差异，而不是任何独特的个体特化。赫胥黎使用的是粗略解剖的工具。但即使是现代细胞生物学和基因组学的工具也证实了这一观察。
区分人类的一些因素难道不是与脑细胞之间的连接有关吗？
一个有趣的故事开始从许多不同的实验室中浮现出来，即人类大脑进化中发生的最显着的变化不是不同细胞类型的分布，甚至不一定是神经递质的表达，而是长程连接。
似乎最显着改变的是连接的布线图——例如，弓状束，它是人类语言中涉及的重要通路。与其他灵长类动物相比，人类大脑中没有任何新的、主要的白质束 [白质是神经元线状延伸周围的绝缘材料，与信号在神经元之间传播的速度有关。] 但已经表明的是，人类大脑沿着我们近亲也存在的通路具有更广泛的连接性。人类的这些通路延伸开来，连接更广泛的区域。这意味着最终传递的信息正在吸收更大动态范围的输入并对其进行综合。
您所说的动态范围是什么意思？
人类大脑中的所有主要高速公路都与大型猿类和猴子相同。但用一个类比来说，想想华盛顿和波士顿之间的高速公路。人类似乎所做的是增加了更多的入口匝道。在费城，您可以进入高速公路。在纽约，您可以进入。最终到达波士顿的交通来自更多样化的来源。在人类大脑中，这可能意味着我们大脑皮层中的联合区域有可能以其他灵长类动物不可能的方式整合和组合信息。
那么基因水平的差异呢？
已经报道的许多基因变化表明，细胞周期动力学发生了改变，从而允许早期生命中神经元增殖的扩张，从而导致大脑尺寸变大。大脑能量传递的分子机制也发生了变化。
所有这些神经解剖学如何与我们是一个非常社会化的物种的想法联系起来？
我认为答案必须包含关于我们的大脑如何与其他物种不同地发育的信息。成为人类的过程在发育阶段展开，这些阶段允许与其他人以及环境互动，这通过语言的使用为认知发展提供了支架。
如果您从广义上观察人类大脑发育，它的过程比其他灵长类动物物种花费更长的时间，并且更缓慢。我们出生时大脑相对不发达。因此，在整个童年时期，它们仍然具有可塑性和可塑造性，受到社会和环境输入的影响，可能比包括黑猩猩在内的其他物种的程度更大。
其中一些可能是与生俱来的，也许是为了引导我们花更多时间互相注视眼睛，更加宽容彼此，不具攻击性，以便进行密切的社交互动，从而将高度可塑性的大脑塑造成人类在文化属性、习惯、食物和音乐方面的奇妙多样性。所有这一切真正证明了可塑性通过这种不同的大脑发育轨迹定义了我们这个物种
在发育过程中生理上发生了什么？
我们知道，在人类中，大脑皮层中的白质持续成熟，青春期后连接的持续完善对思维产生影响。我们还知道，在人类中，青春期后冲动控制和决策能力得到改善。这段漫长的认知发展时期可能对于学习非常复杂的技能非常重要。在非人类灵长类动物中，我们知道白质不会在性成熟后继续发育。这表明，大脑中长程联合连接的延长成熟期是人类大脑发育的一个独特方面。
然而，有趣的是，理解人类大脑发育的独特性也可以揭示神经退行性和神经精神疾病的脆弱性。青春期是精神分裂症和双相情感障碍的发病时期，这些疾病的特征是白质病变。
图片来源：乔治·华盛顿大学