長(zhǎng)久以來，人類以萬物之長(zhǎng)自居，人類的認(rèn)知能力被認(rèn)為在所有的動(dòng)物中處于頂尖水平。不過具有最佳認(rèn)知能力與進(jìn)化的最完美仍有所區(qū)別，正如幽默大師馬克·吐溫有言指出：將人類視作進(jìn)化最完美的生物，就像認(rèn)為修建埃菲爾鐵塔只是為了給尖頂涂上最后一道漆一樣荒謬。此外，“進(jìn)化”（evolution）并不等于“進(jìn)步”（progress），生物只是不斷改變自身以適應(yīng)環(huán)境變化，說“演化”更為恰當(dāng)。
不過，人類大腦自有其獨(dú)特之處，使人能夠反思自身，并認(rèn)為自己享有對(duì)其他動(dòng)物的統(tǒng)治。人類自立為萬物之主，自然界其他物種不過是自己研究和開發(fā)對(duì)象，追溯這種優(yōu)越性的來源，人腦理應(yīng)具備某些其他動(dòng)物大腦所不具備的東西。
要探究這個(gè)問題，腦容量是我們要衡量的第一個(gè)指標(biāo)：如果大腦是意識(shí)和認(rèn)知的產(chǎn)生之所，更大的腦容量應(yīng)該對(duì)應(yīng)著更強(qiáng)的認(rèn)知能力。為何大象的腦容量比人類大得多，卻沒有發(fā)展出像我們這樣復(fù)雜和靈活的行為呢？將更大的腦容量與更強(qiáng)的認(rèn)知能力劃等號(hào)，其實(shí)是預(yù)先假設(shè)了所有動(dòng)物大腦都以相同的機(jī)制工作，假設(shè)了腦容量和神經(jīng)元數(shù)量成正比。然而科學(xué)家們已知的是，不同物種的大腦各不相同。靈長(zhǎng)類動(dòng)物具有明顯的優(yōu)于其他哺乳動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)，前者找到一種更經(jīng)濟(jì)和緊湊的增加神經(jīng)數(shù)量的方式，避免了其他哺乳動(dòng)物中神經(jīng)元數(shù)量增加單個(gè)細(xì)胞體積也跟著增加的弊端。
（一只照鏡子的猩猩。自20世紀(jì)60年代末以來，心理學(xué)家開始研究是否可將識(shí)別鏡中自身作為判斷動(dòng)物具有智力和自我意識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。圖：James Balog ）
神經(jīng)元的絕對(duì)數(shù)量是我們要衡量的第二個(gè)重要指標(biāo)。若不論腦容量，單純假設(shè)神經(jīng)元是意識(shí)認(rèn)知的基礎(chǔ)，那么更多的神經(jīng)元理應(yīng)對(duì)應(yīng)更強(qiáng)的認(rèn)知能力。 物種之間認(rèn)知能力的差異曾被認(rèn)為是質(zhì)的差異，一些認(rèn)知能力被認(rèn)為人類特有，而現(xiàn)在科學(xué)家認(rèn)為人與其他動(dòng)物之間認(rèn)知能力差異更多是程度上的區(qū)別。意即，是量的區(qū)別而非質(zhì)的區(qū)別。
人類使用工具的技巧高超復(fù)雜，我們甚至設(shè)計(jì)工具來生產(chǎn)新工具——但動(dòng)物使用工具的能力簡(jiǎn)單許多，黑猩猩用樹枝釣食白蟻，猴子會(huì)用靶子夠到遠(yuǎn)處的食物，烏鴉會(huì)用鐵絲制作覓食工具，還會(huì)細(xì)心藏好工具以便下次再用。心理學(xué)家艾琳·佩珀伯格(Irene Pepperberg)飼養(yǎng)過一只名叫亞歷克斯的非洲灰鸚鵡，亞歷克斯語言天賦出眾，能說出眼前物體的名字。黑猩猩和大猩猩由于解剖原因無法學(xué)會(huì)復(fù)雜的發(fā)音，但可以學(xué)習(xí)用手語交流。黑猩猩能學(xué)習(xí)數(shù)字序列知識(shí)：在按順序點(diǎn)按方塊的游戲中，黑猩猩和人類玩家同樣迅速。黑猩猩還會(huì)與大象合作，獲得無法獨(dú)立觸及的食物。包括黑猩猩在內(nèi)的多種靈長(zhǎng)類動(dòng)物似乎還具有推斷其他動(dòng)物心理狀態(tài)的能力，它們可基于此發(fā)展出欺騙等行為。喜鵲同樣懂得審時(shí)度勢(shì)，會(huì)趁著周圍沒人時(shí)偷食自享。黑猩猩、大猩猩、大象、海豚和喜鵲也都能夠辨認(rèn)出鏡子中的自己。
以上這些是對(duì)非人類物種認(rèn)知能力的基本研究發(fā)現(xiàn)，但是這些觀察尚不足以解決何以不同物種間存在認(rèn)知能力差異的疑問。在這里，我們遇到另一個(gè)問題，也是目前為止最大的一個(gè)難題：如何跨物種衡量認(rèn)知能力，有沒有一種適合所有物種的測(cè)量方式呢？
2014年有學(xué)者專門對(duì)動(dòng)物的自我控制能力進(jìn)行研究。自我控制能力是認(rèn)知能力的一種，依賴于大腦皮質(zhì)前額葉。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大多數(shù)是靈長(zhǎng)類，也有小型嚙齒類、類似犬類的動(dòng)物、亞洲象以及各種鳥類。研究者發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)動(dòng)物的自我控制能力都與其腦容量呈正相關(guān)，只有亞洲象例外。
亞洲象擁有最大的腦容量，但卻在測(cè)試中表現(xiàn)不佳。它們對(duì)食物和任務(wù)不上心，還喜歡拒絕配合惹實(shí)驗(yàn)者生氣。巴西神經(jīng)學(xué)家蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾（Suzana Herculano-Houzel）猜想之所以馴獸師很難訓(xùn)練猴子完成輕而易舉的把戲，背后原因很可能是猴子不屑于表演這些兒戲，而想要更有難度的游戲（比如打電玩）。
（蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾好奇人腦究竟有何特殊之處，能做出其他動(dòng)物所不能的復(fù)雜行動(dòng)。圖為烏澤爾在TED上演講。圖：James Duncan Davidson, TED）
烏澤爾認(rèn)為大象可能并非存心搗亂，而是這些龐然大物缺少充分自制所需的前額神經(jīng)元。靈長(zhǎng)類動(dòng)物和嚙齒動(dòng)物大腦構(gòu)造之間構(gòu)造不同，神經(jīng)元數(shù)量和大小都各有差異，若假設(shè)象腦和嚙齒類動(dòng)物大腦構(gòu)造相同，那么以象腦的容積，它大腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元應(yīng)該（僅）有30億個(gè)，小腦中的神經(jīng)元210億個(gè)。相比之下人類皮質(zhì)神經(jīng)元有160億，小腦中神經(jīng)元有690億。
另一方面，如果象腦與靈長(zhǎng)類動(dòng)物構(gòu)造相同，那么非洲大象在大腦皮質(zhì)中將有620億個(gè)神經(jīng)元，小腦中的神經(jīng)元數(shù)目將達(dá)到恐怖的1590億——一個(gè)超級(jí)智慧生物。當(dāng)然大象既非嚙齒動(dòng)物也不是靈長(zhǎng)類動(dòng)物，但作為非洲獸總目（Afrotheria）下面的分支，非洲象、象鼩和金鼴的腦結(jié)構(gòu)與嚙齒類動(dòng)物大腦非常相像。
這里有一個(gè)非常重要的問題：象腦比人腦重三倍，真就意味著象腦擁有比人腦更多的神經(jīng)元嗎？如果答案是肯定的話，那么之前“神經(jīng)元絕對(duì)數(shù)量決定認(rèn)知能力”的假設(shè)就會(huì)被駁倒。反過來，如果人腦擁有比象腦更多的神經(jīng)元，假設(shè)仍將成立。 人腦擁有動(dòng)物界中無所匹敵的認(rèn)知能力，對(duì)此最簡(jiǎn)單的解釋就是因?yàn)槿四X擁有比其他動(dòng)物大腦更多的神經(jīng)元數(shù)目，而與腦容量大小無關(guān)。烏澤爾認(rèn)為人腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元數(shù)量應(yīng)多于象腦。
這個(gè)推測(cè)有邏輯支撐：認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域的研究一直將大腦皮層（更準(zhǔn)確地說是大腦皮層的前額葉部分）作為產(chǎn)生抽象推理、復(fù)雜決策、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃等高級(jí)認(rèn)知功能的區(qū)域。幾乎整個(gè)大腦皮層都會(huì)經(jīng)由腦環(huán)路與小腦相連，這種腦環(huán)路同時(shí)也會(huì)把皮質(zhì)層同小腦信息處理聯(lián)系起來。有越來越多的研究表明：小腦會(huì)影響大腦皮層的認(rèn)知功能，兩者共同發(fā)揮作用。人腦中大部分的神經(jīng)元位于皮質(zhì)層和小腦中，也就是說，認(rèn)知能力與整個(gè)人腦、皮層以及小腦中的神經(jīng)元數(shù)量有直接關(guān)系。
大象腦花湯
非洲象大腦半球重量超過2.5公斤，這意味著要將其切成數(shù)百小塊以方便處理和計(jì)數(shù)，還要將象腦變成某種單塊不超過3-5克的“腦花湯”以方便探知其中的神經(jīng)元數(shù)目。烏澤爾在此前曾用熟食切片機(jī)將人腦半球切成完整的薄片。切片機(jī)很適合切割皮質(zhì)腦回，但也有一個(gè)顯而易見的缺點(diǎn)：許多腦漿殘留在圓形刀片上，影響對(duì)神經(jīng)元的估數(shù)。如果想知道象腦中神經(jīng)元的總數(shù)，研究者只能手動(dòng)切片，每片切得厚一些，將損失最小化到可忽略不計(jì)的程度。
烏澤爾同女兒一起到五金店選購足以切割巨大象腦的L型支架和長(zhǎng)刀。有幸在童年親手切割大象的腦子，可是不一般的經(jīng)歷。兩人先鋸掉了L型支架的結(jié)構(gòu)配筋，然后再將象腦放進(jìn)去下刀。烏澤爾慶幸沒有浪費(fèi)十萬美元購買昂貴設(shè)備，只用一把屠夫刀就解決了問題。
她們用兩個(gè)L型支架裝著象腦放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，一個(gè)學(xué)生穩(wěn)住支架，烏澤爾左手扶助象腦，右手輕柔又穩(wěn)定地來回切割。一番忙碌之后，象腦被切成16個(gè)皮層切片、8個(gè)小腦切片，此外還有整個(gè)腦干部分和重大20克的嗅球（非洲象腦嗅球的質(zhì)量是鼠嗅球的十倍）。
（烏澤爾與學(xué)生一起將象腦切片以方便計(jì)算其中的神經(jīng)元數(shù)量，并與人腦神經(jīng)元數(shù)量進(jìn)行比較。圖：Suzana Herculano-Houzel）
接下來，一行人將紋狀體、丘腦和海馬體等結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)從皮層中分離。之后將大腦皮層切成小塊，并被被按照灰質(zhì)和白質(zhì)分開。最終得到381塊組織切片，大部分切片遠(yuǎn)不止5克，然而研究者每次最多只能加工5克。如果讓一個(gè)人來單獨(dú)承擔(dān)這些工作，且每天只能處理一塊切片，他需要不停歇工作一年多才能完成所有切片的加工。烏澤爾試圖使用團(tuán)隊(duì)作業(yè)將工期縮短到6個(gè)月。遺憾的是，盡管有一批本科生過來幫忙，兩個(gè)月過去他們也只完成總工作量的1/10。
還好有資本趕來救援。烏澤爾拿出2500美元，向團(tuán)隊(duì)宣布每處理一克切片就可得到1美元獎(jiǎng)勵(lì)。結(jié)果原來逼仄的實(shí)驗(yàn)室變得熱鬧起來，學(xué)生們處理切片，烏澤爾在顯微鏡下統(tǒng)計(jì)切片中神經(jīng)元的數(shù)目。有了金錢的激勵(lì)，團(tuán)隊(duì)成功在6個(gè)月之內(nèi)按計(jì)劃完成所有工作。
結(jié)果揭曉
最終結(jié)果顯示：象腦中的神經(jīng)元數(shù)目超過人腦中的神經(jīng)元數(shù)量，是后者的三倍之多。人腦中神經(jīng)元數(shù)量是860億個(gè)，而大象擁有2570億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞。需要注意的是，非洲象98%的神經(jīng)元細(xì)胞都位于大腦后部的小腦之中。其他哺乳動(dòng)物也多是小腦神經(jīng)元密度大于其他部分，但比例不會(huì)超過80%。象腦神經(jīng)元細(xì)胞的特殊分布方式?jīng)Q定了其大腦皮層中的神經(jīng)元數(shù)目?jī)H有56億。而人類大腦皮層中的神經(jīng)元數(shù)目有160億。
答案已經(jīng)揭曉： 雖然象腦在尺寸和神經(jīng)元總數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)上均占優(yōu)，但人腦的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于大腦皮質(zhì)神經(jīng)元特別豐富。實(shí)驗(yàn)同時(shí)還證明，小腦神經(jīng)元數(shù)量對(duì)整體的認(rèn)知能力無太大影響。人類認(rèn)知能力遠(yuǎn)高于非洲象，背后原因即可歸于人類那數(shù)量驚人的大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量。
參照上面的關(guān)系，如果大腦皮層神經(jīng)元數(shù)量是決定物種認(rèn)知能力的主要因素，那么可根據(jù)以往的數(shù)據(jù)得出各物種認(rèn)知能力的大致排名：
若是只看腦容量，則排名如下：
人腦和其他物種的大腦有著相似的進(jìn)化路徑，同時(shí)它又如此與眾不同，天生有探索物質(zhì)和精神起源的能力。背后的原因首先要感謝我們是靈長(zhǎng)類動(dòng)物，擁有在狹小大腦皮層中塞進(jìn)數(shù)以億計(jì)神經(jīng)元的種族優(yōu)勢(shì)。其次還要感謝我們祖先的創(chuàng)新積累，讓人類不必像其他大腦皮質(zhì)神經(jīng)元較少的物種那樣止步于茹毛飲血。
說到底，與其他物種相比，人類最大的優(yōu)勢(shì)就是擁有冠絕生物界的大腦皮層神經(jīng)元數(shù)量。烏澤爾推測(cè)烹飪食物可能是推動(dòng)神經(jīng)元數(shù)量增長(zhǎng)的的原初動(dòng)力之一。不斷豐富的皮質(zhì)神經(jīng)元反過來產(chǎn)生了創(chuàng)新和科技，隨后科技作為文化傳播，神經(jīng)元數(shù)目?jī)?yōu)勢(shì)變成技能優(yōu)勢(shì)，人類走出了自己的稱霸之路。
來源：網(wǎng)易科學(xué)人
聯(lián)系客服
