lf Guldberg)曾在19 世纪80 年代详细描述了一种方法,使用双人伐木锯、斧头、凿子和足够的气力,像开罐头一样,打开了鲸的颅骨顶端。
观测了多个物种的大脑之后,科学家发现,随着脑容量增大,就会发生一些微妙却不可持续的变化。首先,神经元的平均大小在变大。由于神经元的总数也在增多,这种改变使得神经元可以连接越来越多的“同胞”。但在大脑皮层上,神经元变大后,密度却下降了,导致神经元之间的距离增大,连接神经元的轴突也得相应增长。轴突越长,神经元之间的信号传递就要耗费更多时间,因此只有轴突变得更粗,才能保证神经信号的传递速度(轴突越粗,信号传递越快)。
研究人员还发现,脑容量越大的物种,功能区域就会划分得越多。如果给大脑染色,你会发现,在显微镜下,大脑皮层上呈现出很多颜色各异的斑块。每个斑块就是一个功能区,它们各司其职,比如有的负责语言表达,有的负责面部识别。随着脑容量增大,这种特化现象会在另一个层次上出现。比如,在左右大脑半球上,相互对应的两个区域会执行不同的功能,比如空间想象和言语推理。
几十年来,人们一直把大脑的这种功能区域划分视作智力的一种标志。但这也反映了一个更加普遍的现象:区域分工是对脑容量变大导致的连接问题的一种补偿,美国爱达荷州博伊西2AI 实验室(2AI Labs)的理论神经生物学家马克·常逸梓(Mark Changizi)说。牛脑的神经元数量是小鼠的100 倍,但这么多神经元不可能迅速地在两两之间形成连接。通过区域分工,把功能类似的神经元划分到同一区域,区域内可以形成丰富的神经连接,而区域之间仅需少量长距离连接,大脑就能解决这个连接难题。左右大脑半球的分工,也解决了一个类似的问题:这种分工方式,减少了两个半球间必需的信息传递量,因而也就不需要太多的长距轴突来连接两个半球。常逸梓说,随着脑容量不断增大,“所有这些看似复杂的过程,其实都只是大脑为解决连接问题而做的努力,并不代表脑袋大了就更聪明了”。波兰科学院的计算神经科学家简· 卡博斯基(Jan Karbowski)对此深表赞同。“要提高智力,大脑必须要对几个方面进行优化,但有利必然也会有弊,”他说,“如果你要改善一个方面,那么其他方面就可能变得更糟。”想象一下,当大脑增大时,如果你让胼胝体(corpus callosum,即连接左右半球的轴突束)也立即增大,以使左右半球的连接保持畅通,这时会发生什么?如果你让轴突增粗,以防止大脑增大后,左右半球的信号传递变慢,这又会发生什么?结果将不容乐观。胼胝体会增长得太快,会把两个半球分得更开,以至于抵消了大脑功能的任何改善。
探究轴突宽度和信号传导速度的实验,已经很好解释了上述利弊问题。卡博斯基说,神经元确实会随着脑容量的增大而变大,但神经元之间并不能迅速建立连接;轴突也确实会增粗,但增粗速度也不足以抵消传导路径变长导致的信息传递延迟。巴拉萨布拉曼尼恩认为,限制轴突快速增粗不仅节省空间,还能减少能耗。当轴突直径增加一倍,能耗也会增加一倍,但传递信息的速度仅能提高40% 左右。即使不考虑这些因素,当脑容量增大时,大脑白质(由轴突组成)的体积增长速度也要快于大脑灰质(神经元的主体,细胞核所在位置)。换句话说,脑容量增大的那部分更多是用于建立神经元间的连接,而不是真正为负责计算、处理信息的神经元提供空间。这再一次说明,以脑容量增大的方式提高智力,并不是长久之计。
(责任编辑:罗园)
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