导语：人类和别的动物最大的不同就是智能程度，人们不禁要问，是不是人类的大脑有什么与众不同的地方?本文从各方面对人脑的解剖结构和其它灵长类动物进行了比较。
关键词：人脑；类人猿；进化；大脑发育
Chet Sherwood
乔治华盛顿大学的生物人类学家Chet Sherwood在年轻的时候并不知道自己会成为一名科学家。他说：“我不是收集《国家地理杂志》或者观看Nova（译注：科普电视节目）的那种孩子。”在20世纪90年代中期的时候，Sherwood甚至是Speedking乐队的成员。音乐世界网站（AllMusic.com）是这样描述这个来自布鲁克林的朋克团体的“这是一个热情的后硬核乐队，它拥有疯狂的吉他，有推进力的合成器，以及所有三个成员之间交替的演唱。”
就在他还疯狂地喜爱着朋克音乐时，他在哥伦比亚大学学习了著名生物人类学家Ralph Holloway讲授的本科课程。从此他对人脑解剖学深深地着迷，尤其是人类和其他动物之间的区别。后来，Sherwood继续跟随Holloway以及来自西奈山医学院（Mount Sinai School of Medicine）的 Patrick Hof攻读博士学位。
Sherwood现在仍然在努力探索着到底是什么特性使得人脑如此独特。他说：“当我开始研究的时候，几乎没有几位科学家把这个问题当做他们主要的研究方向。它似乎是一个合适的课题，因为关于这个问题我们还有很多东西不了解。只要花点力气，你就可以做出一些重要的发现。”Sherwood跟我讨论了在不同的尺度下，我们对大脑有哪些了解——从分子尺度到整个大脑的尺度。内容如下（有修改）：
关于人类和其它动物之间的不同点，你能不能大致讲一讲？
由于某些原因，人类大脑皮层的整体尺寸已经大到了极点，比一个和我们身体大小相似的灵长类动物的大脑皮层要大三四倍。
初级感觉皮层和运动运动皮层对于视觉、触觉和听觉输入的初始处理很重要。就像我们预期的那样，这些区域的面积随身体大小变大。但在人类的大脑皮层中，除这些以外还有很多额外的神经组织。
这些部分由联合皮层组成，它们在复杂的认知操作中举足轻重。与其它的物种相比，人脑在联合皮层中有着更多的神经元（即计算单元），并且在这些神经元之间有更多的连接。
那么在细胞层次又怎么样？
当你观察人脑中新皮层的细胞结构，并将其与其它哺乳动物相对比的时候，你会发现整体而言是惊人的相似。类型相似的神经元按共同的模式排列，并形成层状结构。然而，人和其它物种在细胞层次上差别不大也是可以理解的，正如达尔文的理论，进化是一种“经过改编的继承”（descent with modification）。我们大脑皮层的组成和我们最近的亲属——类人猿是最相似的，其次就是其它灵长类动物等等。
人类和黑猩猩在前额皮层都有着高浓度的神经递质，如5-羟色胺、多巴胺和乙酰胆碱。人类和类人猿提高兴奋性信号表达强度的分子机制是一样的——都使用谷氨酸这种神经递质。而且为了提供有氧呼吸的能量，人类和类人猿在新皮层有着类似的分子变化。
除此之外，人类，黑猩猩和其它类人猿在前扣带回皮层和前岛叶皮层中，有更多被称之为Von Economo神经元的细胞。Von Economo神经元呈细长的轴状并有着很厚的轴突，这使得这些神经元可以对大脑的其它部分做出高速的输出。
对于人类和类人猿中，Von Economo神经元集中于部分大脑皮层。这些皮层参与监控身体状态，并将身体状态的信息与社会活动中的决策整合在一起。
在一本大众科学杂志中曾有一篇文章，讲述为何这些神经元让人类与众不同。但那是错误的。那篇文章传达的观点是你可以在大脑中找到那么一个神奇单元，将人和别的动物区分开。
而目前Von Economo神经元已经在大象、鲸鱼和其它物种体内被发现。Von Economo神经元代表了比较神经解剖学中的一个很吸引人的问题，而我们仅仅探索到问题的表面。
我听说我们经常会认为自己找到了仅在人体内存在的东西，但后来发现不是那样，是这样吗？
这绝对是真的。达尔文《人类的由来》第二版反应了当时Richard Owen和T.H. Huxley之间的激烈争论。他们的争论是关于人类大脑中是否存在着某些特殊的部分使得我们人类可以以哺乳动物一种不同的目被分离开来。这是Owen的观点。
但T.H. Huxley对人和猿的大脑进行过细致的解剖，他认为人类和类人猿之间的区别更多的是程度的不同而不是质的不同。Charles Darwin认为这是进化论中渐进论的一个最好的例子，因此他让T.H. Huxley给第二版《人类的由来》写了一个附录，内容是关于人脑和猿脑的比较。Huxley的结论是，诚然人脑体积很大，但是它和猿脑之间的区别是程度的不同，而不是有任何独特的特异化。Huxley当时使用的解剖工具很粗陋。但是即使如今使用现代细胞生物学和基因组学的工具，人们发现该结论依然成立。
大脑细胞之间连接的不同，不正是把不同人同其它动物区别开的特征吗？
几个不同的实验室都开始认为，人脑进化中最重要的改变并不是不同细胞类型之间的分布的变化，也不一定是是神经递质的表达的变化，而是长程连接的改变。
这些连接的接线图似乎才是最重要的修改。举个例子，弓状束是涉及到人类语言的一条重要通路。和其它灵长类动物相比，人脑中没有新的主要的白质神经束。（白质是围绕在神经元周围线状延伸的绝缘物质，它和信号在神经元间传播的速度息息相关。）但人们发现，和人类的近亲们相比，人脑沿着同样通路的连接更加杂乱。人脑中的这些通路会延伸出来并且和更广的区域连接着。那意味着最终被传达的信息接收并处理的输入有着更大的动态范围。
动态范围是什么意思？
人脑中所有主要的通路跟类人猿和猴子有共同之处。但我们可以用一个类比来理解，想想华盛顿和波士顿之间的高速公路。人类所做的似乎是增加更多的驶进坡道。在费城，你可以上高速公路。在纽约，你也可以上高速公路。最终到达波士顿的交通则来源丰富。在人脑中，这可能意味着大脑皮层中的联合区有着其它灵长类动物无法相比的整合信息的能力。
那么基因层面的不同点又是什么呢？
据报道，很多基因的改变显示了细胞周期动力学的改变，从而使得在生命早期神经元可以大量增殖，并产生了一个大尺寸的大脑。同时为大脑输送能量的分子机械也有改变。
有一种观点曾认为我们是一个非常特别的物种，那么神经解剖学是如何与这种观点联系在一起的呢？
我认为答案必须考虑大脑在发育过程中和其它物种的区别。人与其它动物的不同之处，会体现在人与同类以及环境交互的能力的发育过程中。通过使用语言，这种能力的发育为意识的发展提供了基础。
如果你粗略地看人脑的发育过程，人比其它灵长类动物发育时间更长，发育地也更慢。我们出生时的大脑的发育程度很低。大脑在童年时期的可塑性一直很强，并会不断地被社会环境输入而修改。这种后天的被重塑的程度比包括黑猩猩在内的很多动物都大得多。
大脑的发育一部分很可能是先天的，我们会自发地花更多的时间用眼睛去互相观察，对其他人会更加包容而不是挑衅，来得到更紧密的社交关系。这样我们可以把高度可塑的大脑在文化、习惯、食物和音乐方面塑造地丰富多彩。一切都表明使这种特殊的可塑性，让人脑有着与众不同的发育轨迹。
在大脑发育的过程中，生理上又会产生怎样的变化呢？
我们都知道即使过了青春期，在人脑皮层中的白质还是会不断成熟，同时神经元之间的连接还会不断精化，这些对思维都有影响。我们也知道，人类在青春期之后，冲动控制和决策能力会有一定的提升。认知能力的发育过程如此之久也许会对学习复杂的技能至关重要。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。这表明大脑中长程连接的成熟期比其它动物晚，可能是人脑的一个与众不同的方面。
然而有趣的是，弄明白人脑发育的特异之处可以帮助人们理解神经退行性疾病和精神疾病的病因。精神分裂症和躁郁症在青春期开始，并伴随白质的病理学变化。
图片来源：乔治华盛顿大学
关于作者： Gary Stix是一名资深编辑，为科学美国人撰写新文章和博客。他主编的部分是神经科学。他也经常担任一些特别刊的责任编辑，内容涉及从纳米技术到肥胖等各话题。他已经为《科学美国人》工作了20多年。接下来的3年他将作为IEEE光谱（IEEE Spectrum）杂志的一名科学记者，该杂志是国际电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一本旗舰出版物。他于纽约大学获得新闻学学士。他和妻子Miriam Lacob一起写了一本关于科技的初级读物《Who Gives a Gigabyte》。你可以在推特上关注他@gstix1。
（翻译：王睿琪；审校：斑马线）
原文地址[科学美国人博客]：
http://blogs.scientificamerican.com/talking-back/2014/05/06/whats-special-or-not-about-human-brain-anatomy/
留言