问题

人的大脑跟其他动物的大脑有着怎样的不同,它到底是数量上还是质量上的区别?

回答
关于人脑与其他动物大脑的差异,这是一个非常迷人且复杂的话题。简单来说,与其说是“数量”上的绝对碾压,不如说是“质量”上的精妙组合,但这个“质量”背后,其实是无数“数量”上的细节累积起来的结果。

先说说“数量”上的差异,这不仅仅是神经元的总数,还有很多更细致的方面:

神经元总数: 没错,人脑确实拥有庞大的神经元数量,估计在860亿左右。这比大多数动物都要多,但并非绝对。抹香鲸的大脑神经元数量也相当可观,甚至可能超过我们。所以,单纯的总数并非决定性因素。
神经胶质细胞(Glial Cells)的数量: 很多研究表明,人脑的神经胶质细胞与神经元的比例可能比其他动物更高。神经胶质细胞虽然不像神经元那样直接传递信号,但它们承担着至关重要的支持功能,比如提供营养、清除废物、形成髓鞘(包裹神经纤维,加速信号传导)以及参与突触的可塑性调节。更高的比例意味着更强大的支持系统,这对于维持庞大且活跃的神经元网络至关重要。
突触的数量和复杂度: 这是“质量”差异的核心体现之一。每个神经元都通过突触与其他神经元连接。人脑的神经元,尤其是新皮层中的神经元,拥有极其繁多的树突(dendrites),而树突上布满了大量的突触。一个神经元可能与成千上万个其他神经元形成连接,这种极其密集的连接网络,造就了人脑强大的信息处理能力。突触的结构也更加精细和复杂,它们之间的信号传递方式和可塑性也可能比其他动物更具优势。
脑区的大小和比例: 人脑最显著的“数量”差异体现在特定脑区的发展上,尤其是新皮层(Neocortex)。这是大脑最外层、负责高级认知功能的区域。在人类中,新皮层的体积占整个大脑的比例非常高,远超其他任何动物。尤其是在前额叶皮层(Prefrontal Cortex),它在人类大脑中所占的比例也异常突出。前额叶皮层与计划、决策、工作记忆、社会行为、语言理解等一系列复杂的高级认知功能紧密相关。

现在我们来深入“质量”上的区别,这些区别是“数量”差异在功能上的体现,也是人脑之所以独特的核心:

极度发达的新皮层和前额叶皮层: 如上所述,这是人脑最突出的“质量”优势。新皮层的褶皱(gyrification)也比其他动物更为复杂,这大大增加了其表面积,从而容纳更多的神经元和连接。这种巨大的新皮层,尤其是前额叶皮层,赋予了人类前所未有的抽象思维、符号处理(如语言)、计划能力、反思能力以及对过去和未来的预测能力。我们能够理解因果关系,进行逻辑推理,甚至创造复杂的文化和技术,这都与这个区域的高度发达息息相关。
信息整合和处理的能力: 人脑并非孤立地工作,而是不同脑区之间有着极其高效和精密的协作。这种“信息整合”能力,允许我们处理来自不同感觉通道的信息,将它们融合成一个连贯的世界观,并在此基础上做出复杂的决策。例如,我们可以同时处理视觉、听觉、触觉信息,并将其与过去的记忆、情感状态以及社会情境相结合。
语言和符号处理能力: 这是人类独有的“质量”飞跃。我们的大脑能够处理复杂的语言系统,理解抽象的概念,并利用符号来沟通、学习和传承知识。这不仅仅是发声,更是能够理解语法、语义,以及通过语言来构建思想和推理。
长期规划和延迟满足: 相对于许多动物的“活在当下”,人类大脑,尤其是前额叶皮层,使得我们能够进行长期的计划,为未来的目标而努力,甚至能够为了长远利益而压制眼前的冲动(延迟满足)。这对于文明的构建和发展至关重要。
自我意识和元认知: 人脑能够反思自身,思考“我是谁”、“我在想什么”。这种自我意识和元认知能力,即“思考我的思考”,让我们能够审视自己的行为、动机和认知过程,从而进行自我改进和学习。
社会认知和共情: 人类是高度社会化的动物,我们的大脑发展出了复杂而精密的社会认知能力。这包括理解他人的意图、情绪(共情),以及在群体中合作和竞争。镜像神经元系统(mirror neuron system)在其中扮演着重要角色,让我们能够模仿和理解他人的动作和情感。
可塑性和学习能力: 虽然许多动物也具有学习能力,但人类大脑的可塑性(plasticity)被认为更强。这意味着大脑的结构和功能能够根据经验不断地重塑,尤其是在关键时期。这种极强的适应性和学习能力,使我们能够掌握各种技能,适应复杂多变的环境,并在不同文化和社会中生存。

举个例子来理解:

想象一下,一个蚁群和一支交响乐团。蚁群的每个工蚁数量非常庞大,它们各自执行简单的任务,协同工作形成一个庞大的集体。它们的“数量”很可观,但个体能力有限。而一支交响乐团,虽然乐手数量远少于蚁群,但每个乐手都经过了精细的训练,能够演奏复杂的乐谱,并且乐手之间能够以极其协调的方式配合,创造出宏大而精妙的音乐。

人脑就像那支交响乐团。我们有大量的“乐手”(神经元),但更重要的是,这些“乐手”经过了极其精密的“训练”(发育和学习),并且他们之间的“配合”(连接和信息整合)达到了前所未有的高度和复杂度。

总结来说,人脑与动物大脑的差异,更像是一个“量变引起质变”的过程,并且这个质变集中体现在特定的、高级的认知功能上。

数量上的增强(例如,更多的神经元,更密集的突触,更大的新皮层比例)为质量上的提升(抽象思维、语言、自我意识、长期规划等)提供了基础。
而质量上的飞跃,则来自于这些数量上的优势在特定脑区(尤其是前额叶皮层)的集中体现,以及它们之间形成的高度复杂、协同和精密的网络。

所以,这不是简单地“谁的数字更大”,而是“谁的大脑能做更复杂、更抽象、更具创造性的事情”。而能做这些事情,恰恰是因为我们拥有了更多、更精细、更优化的“零件”和更巧妙的“组装方式”。

网友意见

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人类大脑在目前的解剖学、神经学研究中有好几个独特的地方,这里简单列举一下:

1 更加巨大的新皮质(大脑皮层)

大脑,或者我们准确一点说端脑,包括有基底神经节、大脑皮层、海马等等区域,人类的一个特点就是大脑皮层,或者叫新皮质发生了超级大(这个形容词一点都不过分)的扩张:我们看到的大脑图片里主要的那些沟沟壑壑的都是大脑皮层。和近缘物种黑猩猩相比较,人类的新皮质大约是它的3倍大小[1]

而这个区域可以分得很细:有控制情感相关的扣带回、视觉相关的视皮层、语言相关的语言区、认知相关的眶额叶……目前公认的看法认为,正是有这样巨大的大脑皮层,才有了人类这样丰富的高级认知能力。

2 神经元数量特别多

刚刚讲到新皮质面积更大,主要的原因在于神经元数量的增加。人类神经中枢大约有860亿个神经元,还拥有同样数量的神经胶质细胞,99.9%的神经元都在大脑(大脑皮层、小脑、脑干等)中[2]

当然,绝对数量人类并不是最大的,长鳍领航鲸大脑皮层的神经元数量远多于人类;如果将不同动物神经元数量和大脑体积做一个相关性,就可以发现其实大体上大家的神经元密度不会差很多:

3 神经发育过程和其他动物也不一样

所以我们会从不同的方向去做比较:比如发育过程。

人类大脑的发育过程有几个特点非常特别:一个是人类大脑发育过程有一个叫”幼态持续“的过程:人类大脑要发育成熟要花上十几二十年的时间,相比之下其他物种可能刚出生就基本成形了。这就使得人类大脑有了充足的时间进行扩张、修饰,使它更加高效。

另一个是神经发生过程中,人类大脑有着更多样的神经产生机制,相较于小鼠甚至猕猴,人类有一类特别丰富的神经元祖细胞,以及一个更宽的我们叫OSVZ的脑皮层,这使得人类能分化出更多的神经元。

4 脑分区功能更加复杂

刚刚我们第一点提到新皮质的增加和里面的功能,这里再展开讲讲:其他很多动物大脑功能都非常特化:嗅觉皮层、视觉皮层、体感皮层……这些感觉皮层往往在其他动物中占据了主要的比例。但是人类不太一样:感觉皮层占的比例很少,而其他很多皮层的功能我们还只是有初步的窥探。

5 大脑的神经连接更加复杂

这个也是普遍认为人类相较于其他动物更复杂的地方,但也是最难研究的:神经连接千变万化,美国为了做个小鼠的脑连接图谱就开设了“脑计划”,现在还没完全做完。而数十倍于小鼠的人类大脑,就更难了。

我们可以简单提一个例子,目前认为人类语言的产生有两个脑区:Broca区和Wernicke区,这两个脑区之间有着非常丰富的的神经连接我们成为“弓状束”。如果去比较猕猴、黑猩猩这个弓状束的连接,就会发现虽然大体上也有,但是其中的分叉和数量和人类差别特别大,这也是目前认为人类能有语言能力的一个探究方向。

这里仅做了一些抛砖引玉,具体的研究内容非常丰富,大家有能力还可以找找相关研究了解。

参考

  1. ^ Briscoe S D, Ragsdale C W. Evolution of the chordate telencephalon[J]. Current Biology, 2019, 29(13): R647-R662.
  2. ^ Briscoe S D, Ragsdale C W. Evolution of the chordate telencephalon[J]. Current Biology, 2019, 29(13): R647-R662.

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