为什么三千年前人类的脑容量更大
By BBC Future Chris Baraniuk
现代人类文明可能是地球上最先进的文明,但在大约100代以前,我们祖先的脑容量比现在更大。
人类祖先比我们聪明。几千年前,地球历史上出现里程碑式的变化——第一个已知的复杂文明开始出现。人类祖先在世界上最早的城市里走来走去,彼此见面,他们在很多方面都与现代城市居民很相似。但从那时起,人类的大脑实际上已经略有萎缩。
美国达特茅斯学院(Dartmouth College)人类学家杰里米•德西尔瓦(Jeremy DeSilva)表示,脑容量减少的部分大约相当于4个乒乓球。他和同事去年发表了一份头骨化石分析报告,指出这种脑萎缩始于3000年前。
“这比我们估计的要晚得多,” 德西尔瓦说。“我们预计是在大约3万年前发生。”
尽管有证据表明农作物种植可能早在公元前23000年就开始了,但普遍认为公元前10000到5000年,农业文明才开始出现。之后的庞大文明产生了建筑和机器。最早的文字大致和农业文明同时产生。
为什么技术飞速发展,人类的大脑却开始缩小?
这让研究人员摸不着头脑。它也提出了一个问题,即脑容量是否代表着动物的智力或认知水平。许多物种的大脑比人类大得多,但它们的智力不如人类。所以大脑容量和人类思维能力并非简单的关系,肯定还有其他因素。
对特定物种而言,究竟是什么因素促使脑容量变得更大或更小,这也是个难解之谜。德西尔瓦团队注意到,随着时间的推移,人类的身体越来越小,但这不足以解释大脑容量的减少。这种变化的原因仍然悬而未决。因此,在最近的一篇论文中,他们从不太相关的蚂蚁身上寻找灵感。
乍一看,或者应该说好像是离题了,蚂蚁的大脑与人类的截然不同。蚂蚁大脑约为十分之一立方毫米,或一粒盐的三分之一,只有25万个神经元。相比之下,人类的大脑大约有860亿个神经元。
蚂蚁社会与人类社会有惊人的相似之处。甚至一些蚂蚁在巢穴内种植大量真菌,收获并吃下真菌,蚂蚁会收集树叶和其他植物材料用作真菌肥料。当德西尔瓦团队比较不同种类蚂蚁大脑容量时,他们发现那些群体规模大的蚂蚁大脑更大,但那些种植真菌能力也得到进化的蚂蚁除外。
这表明,至少对蚂蚁来说,拥有更大的大脑有助于在大社会中表现良好——但相比之下,更复杂的社会系统和更细致的劳动分工可能会使它们的大脑萎缩。这可能是因为认知能力被分配给了群体中的许多成员,他们都扮演着不同的角色。
换句话说,集体智慧下个体就不需要太聪明。
德西尔瓦说,“如果这种情况发生在人类身上会怎样?如果人类社会达到了某个人口规模的阈值,在这个阈值中,人类共享信息并将信息转化到其他人的大脑中,会怎么样?”
另一种可能性是,大约在人类大脑体积开始缩小之前2000年,文字出现了,这也有影响。能把人类与其他物种区分开来的事物不多,书写是其中之一。德西尔瓦怀疑“书写导致信息外化,以及获取外部信息来交流思想”都会影响大脑容量。
蚂蚁和人类大脑之间的许多不同意味着我们进行类比应当小心谨慎。尽管如此,德西尔瓦认为,这种可能性是一个起点,可以用来思考是什么导致了人类大脑体积显著的缩小。
这些想法目前还只是假设。还有很多其他理论试图解释人类大脑的缩小。然而,如果脑容量减少真的在3000年前开始,那么部分原因就变得难以自圆其说。驯化就是一个很好的例子。包括狗在内的几十种被驯化动物的大脑都比它们的野生祖先小。但据估计,人类的自我驯化发生在数万年前,甚至数十万年前,远早于人类大脑开始萎缩的时间。
但是,脑容量减少是否意味着人类个体变得更愚蠢?
不完全是,除非是大群体之间进行比较得出的细微差异。2018年,一组研究人员分析了来自英国生物银行(UK Biobank)的大量数据,这是一个庞大的生物医学数据库,其中包括数千人的大脑扫描和智商测试结果。
荷兰阿姆斯特丹自由大学(Vrije Universiteit Amsterdam)的行为遗传学家、参与该研究的科学家菲利普·科林格(Philipp Koellinger)说,该研究的样本为13600人,比以往所有关于脑容量和智商关系研究的样本总和还要多。
研究发现,总体而言,脑容量大在智商测试中表现稍好,但关键是,这种关系并不完全准确。这意味着有些人在智商测试中表现得很好,但他们的脑容量相对较小,反之亦然。
科林格说,“两者关系并不显著;各地状况都是如此。”
这一点很重要,部分原因是人们一直试图根据头部大小或形状对人类个体进行分类。
“西方医学界有一段非常丑陋的历史,优生学和类似运动都是基于这种生物决定论的思想,”科林格说。“我们报告的结果看不出任何生物决定论的正确性。”
除了容量大小,大脑扫描还揭示了有关人类大脑结构的其他信息,帮助查找其它元素是否也在发挥作用。研究发现,大脑外层灰质中的神经元数量特别多,灰质体积与智商之间存在关系。
事实上,就人的一般认知能力而言,这样的结构差异可能比脑容量更有意义。
爱丁堡大学(University of Edinburgh)研究大脑衰老的西蒙·考克斯(Simon Cox)说,“如果认为脑容量能解释全部差异,那就大错特错了。”他补充说,脑容量甚至可能是最不重要的因素之一。
仔细想想,这是有道理的。男性体型更大,因此脑容量通常比女性大11%。但研究发现,平均而言,女性在某些认知能力上优于男性。
考克斯指出,他参与的研究揭示了女性大脑可通过结构差异来弥补较小的脑容量。例如,平均而言,女性大脑皮层(包含灰质的那层)较厚。
就大脑结构而言,影响认知能力的因素是多种多样的。一个例子是髓鞘形成,指的是围绕轴突的鞘状物质,即允许神经元与其他细胞连接并形成神经网络的又长又细的“电缆”。
当人们变老时,髓磷脂会分解,降低大脑的效率。通过研究水在脑组织中扩散的难易程度,可以检测到这种变化。髓磷脂减少后,水更容易流动。这表明认知能力下降。
考克斯说,大脑仍然是“异常复杂的”,很难确切知道某人特定大脑结构对其智力有什么影响。同样值得注意的是,因为受伤或发育异常,有些人的脑容量不及常人,但令人惊讶的是,他们似乎没有受到影响。法国一名优秀公务员的大脑缺失了90%,但他的智商为75分,语言智商为84分,仅略低于法国97的平均水平。
但是,例外永远不能成为定律。最终,多项研究确实表明,脑容量、结构和智力之间存在统计学意义上的联系,尽管这种联系很微妙。
考虑到动物的不同大脑时,所有这些就变得更有趣了。我们已经比较了人类和蚂蚁的大脑,但是其他物种呢?是什么促使大脑进化,变得更大或是更小?
艾米·巴兰沃夫(Amy Balanoff)在马里兰州巴尔的摩市的约翰霍普金斯大学研究大脑进化,她说脑组织的生长和功能维持需要大量的能量,所以一个物种不太可能进化出一个特别大容量的大脑,除非有需要。她说,想想依赖相对稳定的环境和资源的寄生生物。例如,众所周知,七鳃鳗(Lampreys)的大脑只有几毫米长。
“他们真的不需要把额外的能量花在神经组织上,因为从代谢的角度看,神经组织的生长成本非常高,” 巴兰沃夫说。
此外,随着时间的推移,一些动物似乎进化出了相较于身体尺寸更大的大脑。但它们的大脑实际上并没有改变,只是身体变得更小了。比如鸟类,巴兰沃夫解释说。
还有一些动物似乎进化出了特别的大脑区域,与类似物种相比,这些区域提高了它们大脑的整体容积。以非洲弱电鱼(mormyrid fish)为例,它们的大脑相对于身体来说相当大,其比例与人类相似。
这些鱼利用电荷相互交流,探测猎物。2018年,研究人员发现,它们大脑的一个特定部分,即小脑,异常沉重。没人知道这是为什么,但该研究的作者推测,这可能有助于此种鱼类处理电感应信息。
对人类来说,大脑的一个区域是新皮层,它参与高级认知功能:比如思维、语言处理等。毫无疑问,这些能力非常重要,所以我们的大脑会根据需求发展出这部分功能。
伦敦自然历史博物馆(Natural History Museum in London)的古生物学家安佳利·高斯瓦米(Anjali Goswami)说,大脑运转需要大量的能量,有趣的是,脑容量较大的动物在进化早期已经需要获取大量的能量。
想想鸟类在蛋里得到的营养,或者哺乳动物通过胎盘或母乳得到的营养。人类婴儿出生时就有超过1000亿个神经元,随着发育,这个数字会下降。这是因为大脑会根据个体的发展和环境来调整自己。
随着年龄的增长,只有神经网络中真正必要的部分会保留下来,但出生时拥有一个充满神经元的大脑才是可能的起点。
高斯瓦米说,哺乳动物是在恐龙的阴影下进化的。它们需要非常好的感知能力才能生存下来,这可能是他们形成夜间行动和夜视能力的原因。这肯定对神经发育有影响。灵长类动物,包括我们的祖先,也需要进化出在树上荡来荡去的特殊运动技能。
然后,环境给哺乳动物大脑进化施加动力,使其进化出摆脱困境的能力。在这个充满挑战的世界里,许多动物都不得不提高自己的认知能力,才能生存下来。
一项研究发现,栖息在海洋岛屿上的鸟类,必须适应不可预测的新领地,因此比大陆上的同类拥有更大的大脑。
不过,现在应该很清楚的是,你不能仅仅测量动物的脑容量,将其与身体的大小进行比较,就得出这种动物多聪明的结论。脑容量大小只是一部分原因。
会思考和能生存,哪个才更聪明?人类喜欢思考,但正如高斯瓦米所说,当你考虑到我们目前正努力应对气候危机等长期存在的问题时,我们的规划能力看起来确实很差。
考克斯提出了另一个观点:“除了认知能力或高智商,生活中还有更多的东西。”
这几乎可能会让你去盼望我们的大脑变得再小一些。
前往BBC Future阅读英文原文