兩個發表於Nature的研究指出並非腦的大小讓我們成為萬物之靈,還有我們大腦的特別設計。
「顯然腦的結構最終是被天擇所掌控的。」普林斯頓大學的神經科學家Samuel Wang說道。他的研究小組得出不同物種的不同腦區域佔腦總容積的百分比。這個稱為「腦型」(cerebrotype)的分析可以讓我們瞭解腦演化和物種間的關係。
經過了測量75個物種的11個腦區域容積後,Wang等人發現特定的類群,如樹鼩鼱或舊世界猴,其腦的不同部分的相對大小似乎相當保持不變,儘管整個腦大小是大大不一樣。然而在類群之間,腦的構造就有很大的差異。
腦型是動物學的有力定義特徵,Wang說道:「如果你給我一個(腦型的)數字表,我可以告訴你那是什麼類型的動物。」他也相信它可以用來得出物種之間的關係。
Vanderbilt Univ.的心理學家Jon Kaas說道:「令人注目的是很小的靈長類的腦居然和非常大的靈長類的有相似的結構。」
一個腦型的改變常伴隨著或甚至定義新類群的演化。例如從原始狐猴演化至現代猴子、猿類和人類反映在新皮質的相對擴大。最近演化出的新皮質做的是我們視為智慧的工作:如學習、語言和對世界的理解。它佔人腦的80%,但在舊世界猴中僅佔少於60%。科學家相信這反映出生活在有複雜社會互動的大群體中所需的適應。
Wang等人也發現了關係較遠的物種間的一些相似性。利用超聲波導航的蝙蝠和海豚都有大的小腦--和肌肉反應協調感覺輪入的構造。
然而卻還要好幾個新技術才能讓科學家對分歧的腦構造之物種演化史、發育程序和生態,還有最佳地回答以上問題的腦測量法產生共識。
英國Univ. of Durham的人類學家Robert Barton曾用過不同的方法比較腦區域,得出許多和Wang等人的方法及結論不同的爭論。例如Wang等人發現小腦在許多物種間佔大約不變的腦容積比例,並把這當作是它的功能獨立腦其他部分的證據。「我會對小腦大小在物種間是不變的提出質疑。」Barton說道。
「如果一個構造(新皮質)大量地擴張,則其他的構造就不應是成為較小的比重。」Barton說道,這也就顯示它在有大的新皮質的靈長類也長大過。Barton相信利用比重來測量腦構造不能適當地描述不同腦區域是如何和其他區域不同。
然而Kaas卻認為不同的方法是互補的,並非相對立的。「所有的研究都是有用的,」他說道:「其中之一的結論並不使另一個無效。」
沙克研究所的Charles Stevens利用不同的方法,主張細胞的數目能比不同區域的容積告訴你更多。「我們的腦和老鼠的並沒有差別,」他說道:「但我們有的是更多。」
Stevens計算了23個物種的皮質兩個區域的細胞:來自視網膜神經訊號的第一站lateral geniculate nucleus (LGN)和LGN的下一站primary visual cortex。他發現在一群靈長類中,primary visual cortex的細胞數是與LGN的細胞成正比並且是後者的1.5倍。所以一個人比眼鏡猴有多4倍的神經細胞從LGN輸出。
Stevens認為有大眼睛的大動物需要更多的皮質細胞以處理他們接收到的訊息以免失真。
原始論文:
1. Clark, D. A., Mitra, P. P. & Wang, S. S.-H. Scalable architecture in mammalian brains. Nature 411, 189-93 (2001).
2. Barton, R. A. & Harvey, P. H. Mosaic evolution of brain structure in mammals. Nature 405, 1055-058 (2000).
3. Stevens, C. F. An evolutionary scaling law for the primate visual system and its basis in cortical function. Nature 411, 193-95 (2001).
4. Kaas, J. H. & Collins, C. E. Evolving ideas of brain evolution. Nature 411, 141-42 (2001).
--參考來源:
Nature Science Update (05/10/01) -- brain: Size and shape matter
http://www.nature.com/nsu/010510/010510-10.html
ScienceNOW (05/09/01) -- Making Sense of Big Brains
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2001/509/3
--相關連結:
Sam Wang's home page
http://www.molbio.princeton.edu/faculty/wang.php
Chuck Stevens's home page
http://www.salk.edu/faculty/stevens.html
A collection of mammalian brains
http://www.brainmuseum.org/
圖中示意人和狐猴Microcebus murinus的腦之大小差異,儘管大小有甚太差異,但各部分的比例卻是相似的。摘自Kaas, J. H. & Collins, C. E. Nature 411, 141-42 (2001)。
本文原刊登於SciScape:
http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=412