人类智力认知电路而非大脑大小如何推动其进化

这是进化论的最大悖论之一。人类已经证明，拥有大大脑是我们进化成功的关键，但这样的大脑在其他动物中极为罕见。大多数人靠微小的大脑生存，并且似乎不会错过额外的脑细胞(神经元)。

为什么?大多数生物学家得出的答案是，就运行所需的能量而言，大大脑的成本很高。而且，考虑到自然选择的运作方式，收益根本不会超过成本。

但这只是大小问题吗?我们大脑的布局方式是否也会影响其成本? 发表在科学进展上的一项新研究得出了一些有趣的答案。

我们所有的器官都有运行成本，但有些便宜，有些昂贵。例如，骨头相对便宜。尽管它们约占您体重的 15%，但它们只消耗您新陈代谢的 5%。大脑则处于另一端，其重量约为典型人体体重的 2%，其运行消耗了我们约 20% 的新陈代谢。而且这不需要做任何有意识的思考——甚至在我们睡着的时候也会发生。

对于大多数动物来说，认真思考的好处根本不值得。但出于某种原因(这也许是人类进化中最大的难题)，人类找到了克服拥有更大生物的成本的方法大脑并获得好处。

所有这些都是众所周知的，但还有一个更诱人的问题。当然，由于大脑太大，人类必须承担更大的成本，但由于我们认知的特殊性，是否会产生不同的成本?思考、说话、自我意识或算术是否比典型的日常动物活动花费更多?

这不是一个容易回答的问题，但德国慕尼黑工业大学 Valentin Riedl 领导的这项新研究团队已经迎接了挑战。

作者有许多已知的观点。整个大脑和各个物种的神经元的基本设计和结构都非常相似。人类和其他灵长类动物的神经元密度也相同，因此它们不太可能成为智力的驱动因素。如果是的话，一些拥有大大脑的动物，如逆戟鲸和大象，可能会比人类更聪明。

他们还知道，在人类进化过程中，新皮质(大脑最外层的最大部分，称为大脑皮层)-其扩张速度高于其他地区。该区域涉及前额皮质，负责涉及注意力、思维、计划、感知和情景记忆的任务，所有这些都是高级认知功能所必需的。

这两项观察促使他们研究大脑不同区域的信号传导成本是否不同。

该团队使用一种可以同时测量葡萄糖代谢(能量消耗的衡量标准)和大脑皮层信号水平的技术扫描了 30 个人的大脑。然后他们可以观察这两个元素之间的相关性，看看大脑的不同部分是否使用不同水平的能量——如果是的话，如何使用。

令人惊讶的发现

神经生物学家肯定会思考和探索结果的细节，但从进化的角度来看，它们是发人深省的。他们发现，大脑不同区域的能量消耗差异很大。从能量上来说，并非大脑的所有部分都是平等的。

不仅如此，人类大脑中扩张最多的部分的成本也比预期更高。事实上，每克组织新皮质需要的能量比感觉运动网络多约 67%。

这意味着在人类进化过程中，我们的大脑的代谢成本不仅随着大脑变大而增加，而且随着新皮质比大脑其他部分扩张得更快，代谢成本也随之加快。

为什么会这样呢?毕竟，神经元就是神经元。新皮质与高级认知功能直接相关。

通过该区域发送的信号是通过血清素、多巴胺和去甲肾上腺素(神经调节剂)等大脑化学物质介导的，这些化学物质在大脑中创建回路，帮助维持总体兴奋水平(从神经学意义上来说，这个词的意思是醒着，没有乐趣)。这些回路比其他区域更能调节某些大脑区域，控制和修改整个大脑神经元相互通信的能力。

换句话说，它们使大脑保持活跃，以进行记忆存储和思考——通常是更高水平的认知活动。毫不奇怪，与我们高级认知相关的活动水平越高，能量消耗就越高。

最终，人类大脑似乎进化到了如此先进的认知水平，不仅仅是因为我们拥有大大脑，甚至也不仅仅是因为我们大脑的某些区域变得不成比例地大，而是因为——但代价是——连通性得到了改善。

许多拥有大大脑的动物(例如大象和逆戟鲸)都非常聪明。但似乎即使不发展“正确”的大脑，也有可能拥有一个大大脑。 人类级认知的电路。

研究结果帮助我们理解为什么更大的大脑如此罕见。更大的大脑可以进化出更复杂的认知。这不仅仅是以同样的速度扩大大脑和能量的问题，而且还需要承担额外的成本。

这并不能真正回答终极问题——人类是如何突破大脑能量上限的?正如进化过程中经常发生的那样，答案必须在于生态，即能量的最终来源。为了生长和维持一个大大脑——无论它用于社会、文化、技术或其他用途——需要可靠且高质量的饮食。一个>

要了解更多信息，我们需要探索过去的一百万年，即我们祖先生存的时期。大脑确实得到了扩展，以研究能量消耗和认知之间的界面。