Home / Category / Social Sciences

今次要提及的是2013年巴西藉神經學家Suzana Herculano-Houzel對人類大腦的演說。

為什麼人類的大腦這麼重要?進一步說,應該是什麼促使人類,相比其他動物有更高智力,足以令我們研究牠們而非牠們研究我們?
以往眾多科學家深信所有大腦的原理是一樣的,由數以千億個神經元(neurons)連接,重量相約的大腦應該有相約數量的神經元,但Suzana則利用簡單的觀察作比喻,身形龐大的乳牛和身型較細小的猿猴擁有相約重量的大腦,然而後者猿猴顯然擁有較高認知能力。因此,大腦結構顯然並不相同,重量相約的大腦並不代表兩者有相約智商。


其次,大腦的重量並不代表智商更高。Suzana舉例指出大象的大腦雖然比人類大腦更大,卻沒有比人類更高智商。人類大腦約有1.5kg,而大象的大腦重量約4-5kg。科學家認為
猩猩(Gorilla)能夠擁有比人類大兩三倍的身軀,人類體重平均約有60-80kg,猩猩體重則足足有140-210kg。然而,人類的大腦重量比猩猩足足高出3倍,猩猩的大腦重量大約只有0.5kg。

人類大腦特別之處是它特別消耗能量。人類每天大約只需二千卡路里(2,000 carl/day), 身體上器官大概消耗80卡路里約2%,可是人類的大腦需要500cal/day,佔所需能量四分之一(25%)。

Neuroscientist, Suzana Herculano-Houzel:
What is so special about the human brain?
dissolve it in detergent which destroys the cell membranes but keeps the cell nuclei intact.

 

那麼為什麼人類大腦這麼特別?它真的只以有最高數量的神經元嗎?或許是人類擁有細小的身型卻擁有比例最高大腦的重量。那麼人類的大腦有多少個神經元?網絡上有人說人類大腦的神經連接比天上星星更多,卻沒有具體數字,顯然是誇張失實。神經科學家也只能概括地說大腦有一千億神經元,甚至他們也無法找出任何實質的參數和文獻。於是Suzana利用自己方法計算大腦的神經元,她利用將大腦分解在一些溶液之中。破壞細胞壁,卻保留細胞核連接位,在搖動溶液的過程中,觀察神經元的數量。

研究發現不同的動物,大腦的構造並不是一樣的。同樣是哺乳類動物,靈長類動物(Primates)相比嚙齒目動物(Rodents),靈長類擁有更細密而多的神經元。較大型嚙齒目動物的神經元比較大,牠們的大腦神經元由小變大的成長速度,甚至比神經元增加速度更快,使牠們的大腦更快成長;靈長類大腦的神經元則在沒有變大情況下增加,維持細小的神經元使數量上增加得更快。因此大小相約的大腦,靈長類重物擁有更多更細密的神經元。此外大腦愈大,牠們的差異拉距更大。

Suzana統計出人類大腦平均約有860億神經元,其中160億在皮質之,它們掌控認知,邏輯和抽象的理解能力。她認為這160億神經元正正就是人類認知能力較高的關鍵。如果嚙齒目動物有相當人類大腦的神經元數目,那麼牠的大腦大約會是36kg,這意味著更大的能量消耗,根本不可能發生。在地球引力的影響下,將會壓垮一般嚙齒目動物和,牠大概要86公噸的身型,如鯨魚一般才能有人類的智力。

那麼人類和其他靈長類動物的大腦功率有什麼分別?Suzana發現擁有860億神經元的靈長類動物,需要一個重量1.24kg的大腦,體重66kg的身體。剛好就是一個人類身型的靈長類物。猿猴智商之所以弱過人類,是因為牠們的大腦佔身體的比例比人類少。

Suzana因而提出一個簡單結論,人類不過是大腦比較大的靈長類動物。那麼靈長類動物大腦消耗多少能量?Suzana根據其他動物的能量消耗研究,發現人類和其他靈長類動物所消耗的能量相差無幾。所有靈長類動物,包括人類大概每10億神經元每天消耗6卡路里。

Energy / number of neurons:

1B Nerurons = 6 kCal/day

86b*6 kCar/day=516 kCal/day

由此,理論上一個擁有860億神經元的智人,每天大約需要516卡路里,這正好是一個常人的基本結構所需的每日能量。

更進一步地思考,那麼為何與人類有共同祖先的猿猴,卻沒有衍化到人類的智商呢?Suzana的理論是,碩大強壯的猿猴無法同時負擔龐大的身體的能量和耗能的大腦。於是她統計了一些類長目動物的覓食習慣,比較了體重與神經元對於攝取能量消耗的關係,發現哺乳類動物體重與神經元比例是有限制和取捨的,這種分配導致了物種演化的限制。假設這些動物每天進食8小時,擁有53 億神經元的動物身體不會大於25kg,45 億神經元則無法負擔多於50kg。反之,100kg的動物,則只能維持在12億神經元的大腦,75kg的動物只能擁有30億神經元。愈龐大的動物,因需要減少能量的消耗,只能捨去更多的神經元。靈長類動物無法同時負擔兩者,身型愈龐大和智商愈高愈耗能,每天所需的能量因而增加,意味著所需覓食時間隨之增加。對靈長類動物而言,每天平均九小時進食,似乎是合理的基數。

然而根據這些簡單數式,Suzana發現更驚人的結論:

煮食縮減了人類的覓食時間,促進人類擁建立文明。根據靈長類攝取能量的消長,擁有86億神經元的人類,理論上每天最少花多於九小時才能攝取足夠2,000 kCal 卡路里,維持身體與大腦的能量。人類之所以能減食進食時間,有賴於一百五十萬年前發明了烹飪。煮食分擔了消化器官的角色,在外部處理食物,令人類更易進食和更快吸取能量,同時提供營養予大腦和身體各個器官。人類的大腦得以在短短一百多萬年衍化更多而密的神經元。

Suzana更帶出反思,煮食過去為人類吸收能量帶來便利,然而現在卻成為隱患。

編譯:Luke LO

Neuroscientist, Suzana Herculano-Houzel:

What is so special about the human brain?

Back
Copy link
Add to
Email
Facebook
Whatsapp
Gmail
More
Save
Like
Cancel