文／朱斌

大脑进化历程
——从8.5亿年前到1万年前

文／朱斌

3 万年前，位于今天法国南部的一个山洞中，一名男子借助闪着微光的油灯，在山洞的石壁上描绘牛头人身的画像。无独有偶，1933年，大画家毕加索也创作了一幅与之类似的画作——《牛头怪少女》。两位艺术家相隔整整3万年，令人惊讶的是他们却有着如此相似的作品。其实这并不奇怪，因为我们的大脑结构在这3万年来并没有很大的变化，而这些画作正好证明古人和现代人的大脑功能没有显著的不同。

那么，人类为什么会在漫长的进化过程中拥有如此令人惊讶的大脑呢？这个问题实在难以回答，因为大脑不会形成化石。不过，借助当今最先进的技术，我们还是可以将人类大脑的进化历程描绘到一个难以想像的精确程度。

8.5亿年前生物开始感知世界

人类大脑的进化简史要追溯到古海洋时代，远在最早的动物出现之前。当时在大海中沉浮的单细胞生物还没有大脑，但是它们已经有了能够感知和适应外界环境变化的能力。近年来的一些研究发现，领鞭毛虫等一些单细胞生物会释放和接受化学信号或者传递电信号。这种大约在8.5亿年前出现的领鞭毛虫被认为是动物的祖先。

随着多细胞动物慢慢进化成功，细胞之间开始有了相互的感知和应答，使得它们能够共同工作。例如，海绵会通过膨大和压缩体腔，使海水进入，滤食小生物，并排出消化残渣。科学家发现，这种进食活动总是伴随着神经化学递质在细胞间的传递。这些化学信号在我们的大脑中也扮演着类似的角色，它们是神经元之间传递信息的信使。

6亿年前最原始的大脑出现了

一些细胞逐渐演变成具有特殊传递信息功能的神经细胞，而且进一步演化出轴突，用以远距离传递各种电信号。它们也通过在细胞突触的位置释放化学物质向其他细胞快速传递信号。最终神经系统诞生了。

最早的神经元可能在无脊椎动物体内形成一个弥散的神经网络，现在的水母和海葵依然如此。大约6亿年前类似于大脑的神经核团出现在蠕虫类动物中，它们是现在绝大多数动物，包括脊椎动物、软体动物和昆虫的祖先。神经核团是原始的中央神经系统能够处理各种信息而不仅仅是传递信息，这使得动物能够对更复杂的外界环境做出反应。

5亿年前大脑分化出不同的脑区

大约5亿年前，有些动物发生了基因突变，结果导致基因组被复制加倍。事实上，这样的突变至少有过2次。这些突变为衍化出复杂的大脑埋下了伏笔，它提供了丰富的新基因片段，使得大脑分化出不同的脑区来表达不同类型的神经递质，使大脑产生各种不同的功能。

2亿年前大脑皮层开始出现

大约3.6亿年前，我们的祖先登陆了。在大约2亿年前，它们进化为最早的哺乳动物，大脑表层形成了一个较小的大脑皮层，从而拥有复杂和多变的行为。这种至关重要的神经结构是怎么出现的，我们无法从化石中获得答案。唯一可以确信的是，哺乳动物的相对脑容量较大，因为它们想要在恐龙统治的时代生存下来，这促进了神经系统的高速发展。

美国研究人员使用CT技术研究两只食虫哺乳动物头颅化石的颅腔。结果发现，脑容量的增加首先发生在嗅球，这与食虫类动物需要倚重它们的鼻子去寻找食物不谋而合。除此以外大脑皮层中与触觉相关区域脑容量也有了很大的增加，这表明触觉对于它们来说必不可少。这项发现完美地佐证了对早期哺乳类动物夜行性的猜测——它们白天躲藏，仅在晚上觅食，因为那时恐龙已经休息了。

6500万年前大脑前额叶区域扩大

大约6500万年前，恐龙灭绝后一些哺乳类动物开始爬上树生活，它们成了灵长类动物的祖先。更好的视觉使它们能够追踪昆虫，这也导致它们拥有更大的视觉皮层。和现代灵长类动物相似，它们可能也倾向于群居，这要求每一位成员有更强的脑功能。科学家认为也许这可以解释灵长类动物前额叶区域的明显扩大，尤其是猿。

这些变化都为哺乳类动物提供了更强的整合与处理信息的能力，并基于这些神经活动来控制它们的行为。这样的变化除了提高它们的整体智力以外，也最终导致抽象思维的出现。大脑处理的输入信息越多就越能够鉴别和搜索各种相关模式。

250万年前大脑容量急剧增加

现在，我们将目光聚焦到人类的祖先——生活在1400万年前的非洲猿。过去，科学家大多认为因为离开森林的人类学会了直立行走，最终导致人类大脑的高度进化。但是化石证据告诉我们，当原始人类学会直立行走后的近百万年间，它们的脑容量始终没有很大的改变。

科学家推测，人类的脑容量是在近250万年间急剧增加的。其他脊椎动物的咬肌力量非常强大，它贯穿整个颅骨，肌张力抑制了颅骨的增长。而人类的祖先因为基因突变，咬肌力量不足，也许正是这个原因使得颅骨有机会继续长大，这样的突变使得原始人类具有小下颚和更饱满颅骨的特点，并可能最终引起大脑的进化。

200万年前丰富的食物加速大脑的进化

科学家指出，当更聪明的原始人能够受益于他们的智慧，并利用智慧过上更舒适的生活后，这样的正反馈推动并加速了大脑的发展。大约200万年前，人类开始学会使用工具捕猎动物，这是脑进化的重要里程碑。因为肉类是重要的营养来源，更丰富的食物来源加速了大脑的进化。人类对于火的使用也具有举足轻重的作用。烹煮过的食物让人类能够更好地汲取营养，使得人类的消化道变短，人类可以省下大量用以维持消化道工作的能量，这些能量可供大脑使用。

科学家们还通过构建数学模型发现，文化演变和基因演变会相互反馈和促进，这对于人类形成语言具有非常重要的意义。当原始人类开始使用语言进行交流时，一种基因突变强烈地促进了这种语言能力。例如著名的FOXP2基因，它使人类的基底神经节和小脑可以处理复杂的动作记忆，这是形成复杂语言的基础。

20万年前人类的大脑最终进化成功

正是由于当时人类的食物、文化、技能、群体和基因等各种因素的共同作用，最终导致了现代人类的大脑在20万年前进化成功。

然而，我们的脑容量在20万年前开始就不再增长。那么，为什么人类的大脑没有变得更大呢？这可能是因为脑容量的增加会增加新生儿出生时的危险。另外，我们的大脑是一个耗能大户，它要消耗身体近20%的能量，如果再增加脑容量，人类可能无法负担大脑的能量需求。

1万年前脑容量开始缩小

在最近的1万到1.5万年间，人的脑容量相比我们的身体竟然缩小了3%～4%。不过脑容量并不代表智力的高低，我们大脑的进一步进化可能体现在对白质和灰质的充分利用和比例优化上。一些遗传学研究也支持这个观点，我们大脑的神经元排布和利用率要比古人高得多。

但是有人认为人类大脑萎缩是人类普遍心智能力轻微下降的标志。一旦形成复杂的社会，不太聪明的人将依靠比他们更为聪明的同龄人而幸存。而且大脑的这种退化还将继续。2010年的一份研究显示，如果排除移民的影响，这种脑部退化的影响将导致美国每代人智商下降大约0.81Q值。不过，环境因素和自然因素显示，即使这种基因影响是真的，它也早已被进步的医疗和教育所补偿，它们所带来的是21世纪人类智商的稳步升高。