脑的结构是最重要的吗？

阿加莎·克里斯蒂（Agatha Christie）笔下的名侦探赫尔库里·波洛（Hercule Poirot）总是将自己侦破案件上的成功归结于“小小的灰质细胞”，强调的大概是脑灰质在智力上的重要性，但他这种坚定不移的信念是正确的吗？是灰质将我们与其他物种区分开来吗？归根结底，你听说过几家侦探机构是狨猴开的？

脑由两种肉眼可区分的组织构成：灰质和白质。灰质由密集的神经元和突触构成，长期以来被认为是决定智力的关键部位。它主要分布于脑薄薄的表面（我们称之为脑皮层）。此外，灰质还包括其他细胞（我们称之为神经胶质细胞），后者能够提供物理支撑，也可以提供营养物质。另一方面，白质位于脑的深处，由轴突束（我们称之为神经纤维束）构成。轴突有“髓鞘”，即被包裹在作为绝缘体的脂肪中，这样才能够快速地在遥远的脑区之间、脑与脊髓之间传递电信号，从而将脑与身体其他部位的神经联系起来。由于脂肪含量高，它看起来是白色的。从本质上讲，灰质的功能是处理信息，而白质将信息传入或传出灰质，因此有时会被称为脑中高速公路。

近期，随着人们开始利用更好的工具研究活体脑中的白质，研究者们开始意识到白质健康对各种智力功能也都非常重要。脑的不同部位相互连接并有效传递信息，这至关重要，白质也正是在此扮演关键角色。人的灰质发展在青春期达到峰值，随后会逐渐降低，白质则在20多岁甚至30多岁仍能持续发展。为了对新学到的经验做出反应，白质的结构似乎也可以改变。

哺乳动物的脑容量越大，白质的相对比例也越大。人类的白质占脑总体积的35%，是灵长类动物中最高的（有趣的是，在侏儒狨猴中，这一比例只有9%左右，这也许就是它们没能建立、运行侦探机构的原因）。理解了白质的重要性，也许就能解释为什么越大的哺乳动物越聪明。“但这不对！”我们甚至能听到你在大声抗议，“狗/猪/老鼠很聪明！虽然它们不是很大！而且这种理论又回到了‘脑越大越好’的思路，可我们已经认定它不完全正确了。”确实是这样。简单衡量脑中白质的体积是远远不够的。

人类进化包括了脑尺寸的扩大和神经元数量的增加。但与其他灵长类相比，从共同祖先分化之后，我们的身体尺寸增长有限，而其他灵长类则有显著的增大。人类（及人属的早期祖先）的进化可能优先增大了脑尺寸，其他人科动物则优先增大了身体尺寸。巴西神经科学家苏珊娜·海尔卡拉诺-豪泽尔（Suzana Herculano Houzel）认为，同时拥有极大的脑和身体，在代谢上也许是不可能做到的。

脑尺寸和身体尺寸之间的关系并不像人们想象的那么简单。脑尺寸的增长比体型增长的速率慢，因此，从相对比例来看，小型动物的脑反而比较大。有时，人们用脑形成商（encephalization quotient, EQ）来描述一个物种的脑体积相对其身体的比例（图2可能有助于理解这个概念）。期望值来自这个物种的平均值。数值越大，说明脑的期望体积越大，也意味着物种智力假设值也越高。通过这种方式人们发现，人类的数值似乎是一个异常点，人脑比根据哺乳动物平均值推算出来的数据大7倍，比根据灵长类动物平均值推算出来的数据大3倍。我们早期祖先的脑比现代人小得多，但其EQ很可能比今天的黑猩猩更高。（值得注意的是，与其他动物相比，黑猩猩的EQ也不算高。举个例子，各类海豚的EQ比黑猩猩高得多。黑猩猩和海豚的智力比较则是另一个议题。）

图2 脑形成商

引自：苏珊娜·海尔卡拉诺-豪泽尔；

马里诺：大脑行为学，1998;51;230-238。

对一系列物种的EQ分析发现，在整个进化过程中，食草动物和食肉动物的脑尺寸都在不断增加，但在发展的每一个阶段，食肉动物都占据优势。捕食者的EQ往往高于猎物。有人认为，食肉动物需要更大的脑来运转，随着食草动物的脑体积增加，食肉动物必须进化出更大的脑来维持差距。此外，根据古生物学家和进化生物学家斯蒂芬·杰·古尔德（Stephen Jay Gould）的说法，灵长类动物的EQ从一开始就占据前列。但这是为什么呢？原因仍然有待探讨。

从理论上讲，只要拥有更大的脑，一个物种就能够发展出更多功能。而相对身体尺寸而言，脑的体积越大，这种“过剩”就越能允许个体实现更复杂的功能。当然，EQ也不意味着一切，因为灵长类动物存在着一些特例，比如卷尾猴的EQ很高，认知能力却被低EQ物种（如大猩猩）超越了。跟其他许多方式一样，只考虑EQ的方法也有其缺陷。它没有考虑诸如神经元的密度与数量、皮层厚度或脑折叠程度等因素，而这些因素都可能与智力相关。有趣的是，如果将EQ作为衡量认知能力的唯一标准，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）就和海豚处在了同一水准，远低于人类的平均水平！爱因斯坦的颅骨容量显著低于人类的平均水平。然而，当科学家仔细观察他的大脑时，却发现他的皮层比平均值更薄，神经元密度更大。换句话说，就是将更多的神经元塞进了更小的空间里。因此，也许脑中神经元的数量与这一物种的智力有关。

人脑包含约860亿个神经元。人类的认知优势可能仅仅源自脑中的神经元总数，因为它在所有动物中是最多的。根据海尔卡拉诺-豪泽尔及其同事的说法，让脑比例的进化出现代谢限制的是神经元的绝对数量，而非脑的尺寸。也就是说，个体的神经元越多，就需要越多能量来维持脑的有效运转。南方古猿和傍人属的神经元数量与类人猿相差无几（约270亿至350亿个），人属的神经元数量则有了显著增长，在直立人的时代已经达到620亿。也有人认为，从直立人到智人的神经元数量显著增长，可能源自他们学会了用火烹饪食物。火的使用让他们可以获得更多热量，更快地供养脑的运作，节省神经元进行更高级活动的时间。

当我们认为神经元数量与脑尺寸相关时，人类就不再是那个例外了。与其他灵长类动物相比，我们的神经元数量是可预期的——我们与其他灵长类亲戚的神经元密度相似，但由于我们的脑体积更大，所以神经元也更多。这也许就是为何神经元总数量如此重要。是的，对于我们的体积来说，神经元数量是正常的，但是这一数字仍然是地球上所有动物中最庞大的。

从构成方式来看，脑可以说是一种非常强大的硬件。随着时间推移，皮质扩张得非常厉害，但最终会被颅骨限制住——因为颅骨并没有以同样的速度扩张。解决这一问题的方法是将皮层折叠起来，创造更大的表面积，使其得以继续在复杂性上不断扩张和发展。这就是为什么我们的脑有褶皱，看起来像是只黏糊糊的大胡桃，而不是榛子。研究发现，脑皮层的发展既有折叠，又有连通，这种方式使得脑的体积更小、运行速度更快，优于任何其他可能的结构方式。对比各种不同的哺乳动物，我们可以发现皮层折叠程度与体型大小成正比。换句话说，动物体型越大，皮层折叠复杂程度就越高。人类的大脑皮层在全脑中比重最大（75.5%至84%），但其他许多动物也低不了太多，如黑猩猩（73%）、马（74.5%）、短鳍鲸（73.4%）。因此，仅凭这一特质同样不足以解释人类的独特能力。

还有许多其他的研究途径，进一步解释了人脑进化在微观层面上的奥秘。和前面概述过的内容一样，这些因素组合在一起可能就是人类独特性的原因。然而，要确定将我们与其他物种区分开来的到底是什么，科学家们还有一段路要走。不管原因究竟是什么，不可否认的是，在整个动物王国中，人类具有独一无二的特殊能力（第2章将详细探讨这个问题），这最终源于脑的差异。