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它促成了人脑的进化?
作者:管理员    文章来源:科技日报    发布于:2018-04-23 07:58:15    文字:【】【】【

有人将爱因斯坦的大脑切成片,想搞清天才为什么聪明,却没发现异样。这说明,普通人和天才的大脑一样,至少在器质上一样。但我们并不知道,人类大脑何时、为什么会变得如此聪明?

  最近一位儿科医生在雪貂身上找到了关于这个问题的些许线索:一个简单基因的突变,让我们有了特别皱巴的大脑皮层。论文发表在4月11日的《自然》杂志上。

  一个基因的突变让我们与众不同?

  大脑分灰质和白质。内芯白,表面灰。吃过猪脑花的人知道,大脑是皱皱巴巴的。人类的大脑特别皱,表面积比近亲黑猩猩高出3倍。所以人类把黑猩猩关进了笼子,而非相反。而最近,导致人类大脑特别皱的一项基因被找到了。

  克里斯托弗·沃尔什是美国霍华德休斯医学研究所(HHMI)的研究员,他的实验室前几年关注胚胎大脑的病变:大脑在成型时有时会出错,导致大脑皮层即灰质较少。使得患儿的头部比正常情况小。小头畸形有遗传根源,前两年肆虐的寨卡病毒也会造成小头症。

  以前,科学家利用小鼠做模型,研究小头症。但小鼠大脑比人类大脑小千倍,且缺乏人脑中丰富的几种脑细胞。其大脑萎缩也不是很明显。

  沃尔什和同事们想到了一种新的实验动物——雪貂,沃尔什说,雪貂是一种快速繁殖的更大的哺乳动物,也有更大的大脑皮层,皱皱巴巴,与人类相似。

  研究人员发现,一种名叫ASPM的基因,在人类胚胎发育过程中影响大脑灰质的生长。在小头症案例中,ASPM的灭活使得人类大脑的体积减少了50%,与黑猩猩的大脑相当。

  于是通过灭活ASPM基因,研究人员创造出了第一只神经系统突变的雪貂。这种被修改了基因的雪貂大脑比正常雪貂的大脑小很多,脑重量少了40%。

  从雪貂模型中研究人员发现,小头症缺陷与一种叫ORG的胶质细胞有关。ORG是由干细胞变来的。沃尔什的论文指出:ASPM调节干细胞和ORG之间的转换时间,从而影响到后续各种神经细胞的比例。总之,调节ASPM可以改变大脑中的神经细胞数量,或许就是因为人类的ASPM基因发生了突变才让我们有了与众不同的大脑。

  灰质越多越文明?

  如果将哺乳动物的大脑一字排开,很容易发现人类与其它物种的区别——灰质特别发达(表层皱褶最深)。大象是为数不多的脑子比人大的生物,象脑比人脑重3倍;但是人类的灰质神经元细胞有160亿个,是大象的3倍。

  在雪貂身上的发现让我们不禁联想到,现代人与古代类人猿,还有一些原始人的区别,或许ASPM基因是关键。大脑皮层因为ASPM基因的变异而显著增加,也许是几万年来人类加速进步的基础。

  这并非夸大灰质的地位。尽管科学家仍未揭开所有奥秘,但让人类脱离蒙昧的那些能力,无疑与灰质紧密相关。

  比如今年一项研究发现,大脑的顶叶和颞叶交汇处的灰质多少,与一个人换位思考的能力有关。表现更无私的那些人,在这一部位有更多的灰质。而很多古人类学家认为,生物学上的利他主义本能,是现代智人倾向于团体合作的基础——这是否来源于灰质的增加呢?

  再比如,与间歇性暴怒障碍(IED)患者相比,行为温和的人在大脑额叶边缘的灰质更多。IED指的是受外界刺激容易失控和诉诸暴力,患者并不喜欢或认同暴力,只是难以自控。过激举动与大脑灰质的明显关联提示我们:抑制简单本能,代之以更社会化、更理智的行动,以灰质增多为基础。

  此外,也有研究发现体重正常者比起肥胖者,有更多的大脑灰质。一些肥胖症患者更难以控制本能,才会过量饮食。大脑灰质中涉及人类行为习惯的背侧纹状体部分,在两者之间存在差异。

  还有近年的一系列研究表明:放纵动物本能的行为,会减少某部分的大脑灰质(比如沉迷游戏、酗酒);文明和自制的行为则增加大脑灰质(比如练习冥想、学习外语)。

  随着人的成熟,灰质密度会增加。而且,女性的脑体积虽然较男性小9%,但灰质密度比男性高,这或许可以解释为什么女性的认知表现更好。

  什么让脑容量快速增大?

  如果ASPM基因突变奠定了一切文明的基础,这个突变是何时开始的呢?沃尔什倾向于认为,ASPM的突变让我们超越了几十万年前与我们分道扬镳的亲戚——尼安德特人。

  但很遗憾,还没有证据能证明沃尔什的猜想。研究古人类大脑演化的权威、哥伦比亚大学的拉尔夫·霍洛威指出,最近400万年内,人的脑容量一直在增加,从不足400毫升增加到今天的1400毫升。第一次飞跃在东非的早期智人头颅标本中可以看到。而人的大脑从800毫升至1500毫升期间,身体尺寸没有任何明显变化。

  霍洛威认为,尼安德特人的颅骨与最近的智人相比,没什么特别,脑容量还稍大一些。

  至于大脑灰质因为什么急剧增加?现在还只有一些猜想。有假说认为,烹饪食物可能是推动神经元数量增长的原动力,或者生活在水滨的人类转以鱼类和贝类为食,提供了大脑发育的必要营养。

  还有一种假说认为:环境和食物资源的变化青睐更聪明的大脑,这种变迁或许来自气候变化,或许是因为人类迁徙到远离赤道的地区;也有可能是人类迁徙到寄生虫较少的地区,让更多能量从免疫系统转向大脑。

  还有一派学者在分析各地化石数量和脑容量的联系后认为,大脑的发达是因为人口密度增加,社会关系变得复杂,使更聪明和善于社交的人,有更大的几率留下后代。这个理论也可以解释人类大脑为何快速增大——这种竞争一代比一代激烈。

  霍洛威认为,社会竞争假说听起来非常有道理,但证实这类假说的难度在于,几百万年的人脑演化历史,只有二十几个颅骨标本为证。我们看不到早期人类的大脑。迄今发现最古老的脑组织,来自一颗6000年前的佛罗里达的头颅。

  (本文部分材料由霍华德休斯医学研究所提供)

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