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人類為什么擁有非凡認知
2017-12-18 11:23:42來源:

 

與其它物種相比,人類擁有非凡的認知能力。那么,我們的腦部究竟有什么獨到之處,使得我們能在眾多物種間脫穎而出呢?

—— 猜測 ——

人類非凡認知與神經(jīng)元數(shù)有關(guān)

曾經(jīng)我們認為,很多認知能力是人類獨有的。但現(xiàn)在人們意識到,人類與其它動物之間的認知差異只是程度問題。在動物界,大猩猩能夠以枝條為工具挖出白蟻;猴子可以學(xué)習(xí)用耙子來獲取視線以外的食物;烏鴉不僅會用電線獲取食物,還會保存它們,以便后續(xù)重復(fù)使用;黑猩猩甚至能和大象合作,獲取那些憑借自身力量無法獲得的食物;喜鵲會在旁觀者在場時藏匿食物,等到旁觀者離開后,再把它轉(zhuǎn)移到另一個秘密位置……那么究竟是什么因素,讓一些物種獲得了超出其它物種的認知能力呢?

腦容量是一個顯而易見的候選者:如果大腦是產(chǎn)生意識認知的部位,更大的腦容量意味著更高的認知能力。但顯然,大象有著比人類更大的腦容量,卻不具備像人類一樣靈活而復(fù)雜的行為。此外,如果認為更大的腦容量等同于更高的認知能力,就意味著假設(shè)所有物種的大腦構(gòu)造都是一致的,腦體積和神經(jīng)元數(shù)量之間的關(guān)系也是相似的。但是,和其它哺乳動物相比,靈長動物明顯更具優(yōu)勢。

這個候選者顯然不被看好,于是絕對神經(jīng)元數(shù)量(單位體積內(nèi)的神經(jīng)元數(shù)量)就成了另外一個候選者。既然神經(jīng)元可以產(chǎn)生認知,那么更多的神經(jīng)元應(yīng)該意味著更高的認知能力。不過這個候選者會不會被淘汰呢?

—— 印證 ——

科學(xué)家“數(shù)”出象腦神經(jīng)元數(shù)量

對于腦重量是人類3倍多的非洲象,它們的絕對神經(jīng)元數(shù)量會更多嗎?如果答案是肯定的,那么之前的假說——物種認知能力與神經(jīng)元的絕對數(shù)量相關(guān),就是錯誤的。反之,就說明對于人類非凡的認知能力,最簡單的解釋就是無與倫比的大腦神經(jīng)元數(shù)量。

為了找出答案,科學(xué)家決定對象腦進行研究。他們計劃將非洲象的腦部溶解成“湯”后,對其中的細胞核進行計數(shù)。這一過程每次只能處理不超過3到5克的組織,而非洲象的腦半球重量超過2.5千克,這意味著必須將象腦切成數(shù)百個小塊來處理、計數(shù)。并且切割應(yīng)該是系統(tǒng)化的,而不是隨機的。于是,科學(xué)家們把象腦半球平放在工作臺上,用兩個L型支架框住。一個人左手握住象腦、右手持刀平穩(wěn)而輕柔地來回切割,另一個人握住支架,讓它們保持在原位。經(jīng)過數(shù)次切割,科學(xué)家得到了平整地躺在工作臺上的象腦切片“面包”,包括16片皮層區(qū)的切片、8片小腦切片、一整個腦干以及一個20克的巨大嗅球(相當(dāng)于一只大鼠腦質(zhì)量的10倍)。接下來,他們將紋狀體、丘腦和海馬體等內(nèi)部結(jié)構(gòu)從皮層中分離,然后把皮層切成小塊,并按照灰質(zhì)和白質(zhì)進行分類。

在大家的共同努力下,科學(xué)家們用半年時間完成了對非洲象腦半球的所有處理。

—— 答案 ——

誰腦皮層神經(jīng)元多誰就更聰明

最終的結(jié)果令人欣喜。非洲象腦的神經(jīng)元數(shù)量遠多于人腦,它們有2570億個神經(jīng)元,是人類的3倍。但是,其中高達98%的神經(jīng)元都位于小腦。雖然在之前研究過的其它哺乳動物中,大部分腦神經(jīng)元也都聚集在小腦,但比例從未超過80%。盡管非洲象的大腦皮層尺寸很大,但整個大腦皮層神經(jīng)元的數(shù)量卻只有56億個。這一數(shù)字與比它體積小得多的人類大腦皮層中的160億個神經(jīng)元相比,可以說是相形見絀。

對于最初的問題,科學(xué)家的試驗給出了答案:人腦的神經(jīng)元總數(shù)并沒有比象腦更多。但非洲象多數(shù)的神經(jīng)元都集中在小腦,而其大腦皮層體積雖是人類的兩倍,神經(jīng)元數(shù)量卻只有人腦的三分之一。因此,問題的關(guān)鍵可能在于大腦皮層。大腦皮層和小腦中許多的神經(jīng)元是天然分離的。人腦認知能力優(yōu)于象腦只能歸因于人大腦皮層中巨大的神經(jīng)元數(shù)量。

為什么只有人腦,既與其它物種相似,同時又如此獨特,以至于能夠賦予我們思考哲學(xué)問題的能力?對于這個問題有一個簡單的解釋:首先,我們是靈長類,這賜予人類一種優(yōu)勢——能夠?qū)⒋罅可窠?jīng)元裝進較小的大腦皮層里。其次,感謝我們的祖先帶來的技術(shù)創(chuàng)新,使我們得以擺脫能量的約束。人類大腦只占不到2%的體重,卻占了至少20%的代謝率。對其它動物而言,在野外攝取食物獲得的能量,并不足以支持如此豐富的大腦皮層神經(jīng)元活動。

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