科技日報記者 劉霞
人腦必定蘊藏著某些獨特于其它動物大腦的“秘密武器”。這賦予了人類規(guī)劃未來、享受填字游戲、講述諷刺笑話等非凡能力，使人類在萬物中獨樹一幟。
那么，究竟是什么原因讓人腦如此與眾不同呢？英國《自然》雜志網(wǎng)站在近日的報道中指出，歷經數(shù)年探索，集結來自細胞圖譜、大腦類器官等研究獲得的海量數(shù)據(jù)，科學家終于部分揭開了這一古老問題的“神秘面紗”。
體積與重量至關重要
與其它靈長類動物的大腦相比，人腦的一個獨特之處是體積大。人腦的體積比黑猩猩、大猩猩以及許多已滅絕的人類“近親”的大腦大3倍以上。
一般而言，大多數(shù)動物大腦的大小與其體型大小密切相關，但人類打破了這一常規(guī)。研究顯示，相對于體型大小，人腦是所有脊椎動物中最大的。與體型相當?shù)膭游锵啾?，人腦的重量幾乎是它們“預期大腦”重量的7倍，而老鼠大腦僅為同樣體型動物“預期大腦”重量的一半左右。
進化促使人腦變大，但不同區(qū)域的進化程度并不均衡，有些區(qū)域會變大更多。其中，皮層區(qū)域尤為突出。這一區(qū)域負責執(zhí)行計劃、推理、語言等眾多人類擅長的行為。此外，大腦后部神經元密集的小腦區(qū)域，與運動和規(guī)劃息息相關，這個區(qū)域也變大了很多。
值得一提的是，即使同一大腦區(qū)域，在不同物種大腦中的占比也不一樣。例如，黑猩猩的前額葉皮層結構與人類的頗為相似，但人腦前額葉皮層結構所占空間卻遠超黑猩猩。
更關鍵的是，人腦中神經元的數(shù)量也與其它動物存在極大差異：人腦的神經元數(shù)量約為小鼠大腦的1000倍，是獼猴的13.5倍。
然而，大腦的大小與神經元的數(shù)量并不能完全揭示人腦為何如此獨特，因為大腦外觀和發(fā)育過程與人類迥然不同的烏鴉和烏鴉科的其他成員，也具有學習或記憶能力。
精細構造有“獨特配方”
近5年來，科學家憑借先進的編目技術，對單個細胞內表達的基因進行了前所未有的細致探索，揭示了大腦內多種細胞類型的精細構造，從而發(fā)現(xiàn)了人腦的“獨特配方”。
去年年底，科學家分別發(fā)布了迄今最完整的小鼠與人大腦細胞類型圖譜。美國艾倫腦科學研究所科學家在《自然》雜志發(fā)表論文，宣布他們成功編目了整個小鼠大腦內的細胞，發(fā)現(xiàn)了5300種不同的細胞類型。而由荷蘭烏得勒支大學醫(yī)學中心神經科學家金伯莉·希萊蒂領導的科研團隊，則揭示了來自100個人腦區(qū)域的3300多種不同類型的細胞。
科學家表示，人腦確實存在一些獨特的細胞類型，例如人類視覺皮層中特有的幾種神經元。但總體而言，人腦的細胞類型與其它物種的細胞類型并無太大差異。
在此基礎上，人腦與其它動物大腦的差異主要表現(xiàn)在大腦某些區(qū)域細胞類型的相對比例，以及這些細胞表達基因的不同方式。換句話說，人腦與其它動物大腦的不同之處并不在于“成分”本身，而是這些“成分”的分布位置和組合方式。
以人類和小鼠的大腦皮層為例，這兩個區(qū)域都負責處理聽覺信息。然而，小鼠大腦皮層中興奮性神經元的比例更高；而人類大腦皮層則含有更多非神經元細胞，如星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞。此外，即便是同樣的細胞類型，在不同物種中也可能呈現(xiàn)出不同形態(tài)。
中間神經元數(shù)量龐大
科學家認為，神經元之間形成的錯綜復雜的網(wǎng)絡，可能是賦予人腦多種不同功能和獨特專長的重要因素。
2022年，《科學》雜志刊發(fā)論文，深入比較了從小鼠、獼猴和人類大腦皮層采集的樣本中2000多個腦細胞之間的160萬個連接。結果顯示，人類擁有一個更龐大的中間神經元網(wǎng)絡，其中間神經元的數(shù)量是小鼠的2.5倍，且人類中間神經元之間連接的數(shù)量是小鼠的10倍。
這類中間神經元在神經系統(tǒng)中扮演著重要角色。它們通過抑制或減弱神經元的活動和興奮性，巧妙地調節(jié)著神經系統(tǒng)的功能活動。
如此龐大的中間神經元網(wǎng)絡，或許可以延長近期事件在神經元網(wǎng)絡中的保存時間，從而讓“記憶”更長久地留存。
緩慢發(fā)育成就無限可能
在探索大腦奧秘的征途中，科學家還發(fā)現(xiàn)人腦與其它物種大腦之間一個令人深思的差異——“踩剎車”機制。
大腦發(fā)育的速度因物種而異，但人腦的發(fā)育過程尤為漫長。例如，小鼠大腦在其壽命5%時就已發(fā)育完全；獼猴和黑猩猩在其壽命的三分之一時大腦發(fā)育完全。但人腦需要約30年光陰，來生長、成熟并精心織就內部的連接網(wǎng)絡，這幾乎占據(jù)人類平均壽命的一半。
科學家認為，這種緩慢的發(fā)育節(jié)奏為人腦的生長提供了更多可能性。在這段漫長的歲月中，大腦能夠孕育出更多的神經元，培育出更為豐富和復雜的連接。同時，這也讓大腦有了更多時間來適應這個瞬息萬變的世界。
