人腦為何如此與眾不同

【今日視點】

◎本報記者 劉 霞

人腦必定藴藏着某些獨特於其它動物大腦的“秘密武器”。這賦予了人類規劃未來、享受填字遊戲、講述諷刺笑話等非凡能力，使人類在萬物中獨樹一幟。

那麼，究竟是什麼原因讓人腦如此與眾不同呢？英國《自然》雜誌網站在近日的報道中指出，歷經數年探索，集結來自細胞圖譜、大腦類器官等研究獲得的海量數據，科學家終於部分揭開了這一古老問題的“神秘面紗”。

體積與重量至關重要

與其它靈長類動物的大腦相比，人腦的一個獨特之處是體積大。人腦的體積比黑猩猩、大猩猩以及許多已滅絕的人類“近親”的大腦大3倍以上。

一般而言，大多數動物大腦的大小與其體型大小密切相關，但人類打破了這一常規。研究顯示，相對於體型大小，人腦是所有脊椎動物中最大的。與體型相當的動物相比，人腦的重量幾乎是它們“預期大腦”重量的7倍，而老鼠大腦僅為同樣體型動物“預期大腦”重量的一半左右。

進化促使人腦變大，但不同區域的進化程度並不均衡，有些區域會變大更多。其中，皮層區域尤為突出。這一區域負責執行計劃、推理、語言等眾多人類擅長的行為。此外，大腦後部神經元密集的小腦區域，與運動和規劃息息相關，這個區域也變大了很多。

值得一提的是，即使同一大腦區域，在不同物種大腦中的佔比也不一樣。例如，黑猩猩的前額葉皮層結構與人類的頗為相似，但人腦前額葉皮層結構所佔空間卻遠超黑猩猩。

更關鍵的是，人腦中神經元的數量也與其它動物存在極大差異：人腦的神經元數量約為小鼠大腦的1000倍，是獼猴的13.5倍。

然而，大腦的大小與神經元的數量並不能完全揭示人腦為何如此獨特，因為大腦外觀和發育過程與人類迥然不同的烏鴉和烏鴉科的其他成員，也具有學習或記憶能力。

精細構造有“獨特配方”

近5年來，科學家憑藉先進的編目技術，對單個細胞內表達的基因進行了前所未有的細緻探索，揭示了大腦內多種細胞類型的精細構造，從而發現了人腦的“獨特配方”。

去年年底，科學家分別發佈了迄今最完整的小鼠與人大腦細胞類型圖譜。美國艾倫腦科學研究所科學家在《自然》雜誌發表論文，宣佈他們成功編目了整個小鼠大腦內的細胞，發現了5300種不同的細胞類型。而由荷蘭烏得勒支大學醫學中心神經科學家金伯莉·希萊蒂領導的科研團隊，則揭示了來自100個人腦區域的3300多種不同類型的細胞。

科學家表示，人腦確實存在一些獨特的細胞類型，例如人類視覺皮層中特有的幾種神經元。但總體而言，人腦的細胞類型與其它物種的細胞類型並無太大差異。

在此基礎上，人腦與其它動物大腦的差異主要表現在大腦某些區域細胞類型的相對比例，以及這些細胞表達基因的不同方式。換句話説，人腦與其它動物大腦的不同之處並不在於“成分”本身，而是這些“成分”的分佈位置和組合方式。

以人類和小鼠的大腦皮層為例，這兩個區域都負責處理聽覺信息。然而，小鼠大腦皮層中興奮性神經元的比例更高；而人類大腦皮層則含有更多非神經元細胞，如星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞。此外，即便是同樣的細胞類型，在不同物種中也可能呈現出不同形態。

中間神經元數量龐大

科學家認為，神經元之間形成的錯綜複雜的網絡，可能是賦予人腦多種不同功能和獨特專長的重要因素。

2022年，《科學》雜誌刊發論文，深入比較了從小鼠、獼猴和人類大腦皮層採集的樣本中2000多個腦細胞之間的160萬個連接。結果顯示，人類擁有一個更龐大的中間神經元網絡，其中間神經元的數量是小鼠的2.5倍，且人類中間神經元之間連接的數量是小鼠的10倍。

這類中間神經元在神經系統中扮演着重要角色。它們通過抑制或減弱神經元的活動和興奮性，巧妙地調節着神經系統的功能活動。

如此龐大的中間神經元網絡，或許可以延長近期事件在神經元網絡中的保存時間，從而讓“記憶”更長久地留存。

緩慢發育成就無限可能

在探索大腦奧秘的征途中，科學家還發現人腦與其它物種大腦之間一個令人深思的差異——“踩剎車”機制。

大腦發育的速度因物種而異，但人腦的發育過程尤為漫長。例如，小鼠大腦在其壽命5%時就已發育完全；獼猴和黑猩猩在其壽命的三分之一時大腦發育完全。但人腦需要約30年光陰，來生長、成熟並精心織就內部的連接網絡，這幾乎佔據人類平均壽命的一半。

科學家認為，這種緩慢的發育節奏為人腦的生長提供了更多可能性。在這段漫長的歲月中，大腦能夠孕育出更多的神經元，培育出更為豐富和複雜的連接。同時，這也讓大腦有了更多時間來適應這個瞬息萬變的世界。