人脑为什么这么大？

作者|顾金涛， Jiahui
编辑|EY
来源|追问nextquestion（ID：nextquestion）
如需转载请联系原出处

文章图片
KEYPOINTS
○人的脑子要比同样体重“平均哺乳类”所应有“正常大脑”重7倍左右。
○大脑演化可能受多因素相互作用，比如社交和运动等功能需求，还有饮食和遗传等限制因素。
○以神经生物学角度，人类大脑在尺寸上的“优势”或许得益于神经干细胞的延迟发育。
一头三百斤重的成年肉猪，脑子大概有130g左右，巴掌那么长，做成猪脑花一个碗就能盛下。一个成年人，脑子有半个头大，平均1.3kg重。这巨大的差异不禁让人讶异，人是如何长出这么大的大脑的？
要讨论这个问题，我们不能把视角局限在两个物种。纵观动物界，脑和其他器官一样，大小是随身体增长的，因此体型最大的鲸类拥有动物界最大的大脑。不过这增长不是线性的，而基本呈幂函数关系。幂函数在对数-对数图上呈一条直线，可以用来拟合不同动物的身体（S）-脑（E）质量关系，哺乳类动物拟合出的幂指数接近2/3 。人、海豚和大象等一般认为较“智慧”的物种确实向上偏离拟合的直线。
19世纪末，生物学家发明了一个指标，如今称为脑化商（encephalizationquotient ， EQ ，见下图定义），来衡量偏离的程度。人的脑子要比同样体重“平均哺乳类”所应有的“正常大脑”重7倍左右，排名第一，海豚重4倍，而成年肉猪只有0.4倍。这样看来，人类的相对脑尺寸确实在动物界登峰造极。

文章图片
?不同物种脑-身体质量关系。
图片来源：Concavenator（CCBY-NC-SA3.0）
尽管脑化商能笼统地给出动物界脑-身体大小关系的宏观图景，但就像不能只靠BMI这个单一指标评价体质一样，脑的演化不能只用它的相对尺寸来衡量。采取现代演化论的视角，现存的每个物种就像大树上的树叶，源于不同分支。在不同演化分支上，脑的发育程序也不尽相同。考古学和比较生物学证据表明，不同物种的大脑发生过数次独立增大，这也许是一种趋同演化（convergentevolution）的结果。
如果把视角拉回我们所属的灵长类一支，人类的大脑不过是其他猿猴的脑“正常重量”的3倍而已。深入到细胞尺度，最近的测量显示，人类大脑中有大约860亿神经元（有趣的是，其中690亿在尺寸更小的小脑，而视觉上更壮观的大脑皮层只有160亿）和850亿非神经细胞，这是同等大小的灵长类脑所应有的神经元数量。因此，仅从细胞组成和神经元密度角度，人脑很大程度上就是放大版的猴脑。人脑的大小和细胞数量，有一部分得归功于数千万前的祖先。

文章图片
?哺乳动物的大脑发生过多次独立的演化。
图片来源：Herculano-Houzel2012
大脑演化的多因素作用
脑的演化不仅是体积的增加，随体积一起增加的是适应物种生活习性的新脑区。例如早期灵长类发达的视觉与更多的视觉脑区相关联、树栖生活与新的头-手协调运动脑区相关联；随着由夜栖转向日栖，较晚出现的猿猴发展出了更复杂的生存策略，大脑中和感觉和运动都不相关的联合皮层（associationcortex），尤其是前额叶皮层不成比例地扩大，并发展出新脑区。也许是为了对抗白天的被捕食风险，猴集结成猴群，为彼此警戒且共同活动。