人之所以不同於其他動物，很大程度上在於人類大腦的特殊結構。人腦中神經元的數量是黑猩猩和大猩猩大腦的三倍，人腦也大於其他類人猿的大腦。英國科學家在最新一期《細胞》雜誌撰文稱首次發現了人類大腦變得更大的原因——一個關鍵的分子開關ZEB2或在其中發揮關鍵作用。隨著腦科學的不斷發展，人類大腦奧秘的謎底也不斷被揭開。本端約請知名科學作者張田勘和讀者聊聊與此相關的一些事。
問：人腦變得更大的原因是什麼？
答：人的智力當然是多種因素決定的，除了後天的教育和學習，僅從生物學的角度看，迄今關於人的智力的演化有多種假說，涉及基因、大腦容積、大腦細胞的種類、神經遞質、大腦的皺褶和迴路等因素。
基因決定人類的智力是目前的一個重要假說，而且有大量的研究結果予以不同程度的證明。
最新的研究是，英國劍橋醫學研究委員會分子生物學實驗室瑪德琳·蘭卡斯特團隊以人類、大猩猩和黑猩猩的幹細胞中生長出來的「大腦類器官」為研究模型，研究大腦的發育，發現了一種稱為ZEB2的基因導致人類大腦類器官比大猩猩和黑猩猩等靈長類動物的大腦類器官長得更大。這也意味著，基因決定了人與靈長類動物大腦的容量不同，從而決定了人的智力與靈長類有所不同。
在大腦發育的早期階段，最初的神經幹細胞呈圓柱形，很容易分裂成形狀相同的子細胞。隨著細胞成熟，增殖放緩、細胞伸長，神經幹細胞形成一個像冰激淋樣的錐狀體。
與靈長類動物相比，人類的神經幹細胞在較長時間內保持圓柱形，在這段時間內，它們分裂較為頻繁，因此會產生更多細胞。這也意味著人類細胞有更多的時間來增殖和發育，產生的神經細胞也會更多，大腦容積也相應變大，而大猩猩和黑猩猩的神經幹細胞增殖的時間相對較短，產生的神經細胞較少，大腦容積會較小。
這種情況又是由ZEB2基因決定的，該基因在大猩猩大腦類器官中比在人類大腦類器官中啟動得更快。研究人員延遲大猩猩大腦內ZEB2起作用的時間，結果減緩了神經幹細胞的成熟，使大猩猩大腦的類器官發育得更像人類。
在人類和靈長類動物的起源、演化和分離過程中有一種假說稱為「幼態持續」，是指生物後代出生後保留幼年的狀態特徵，受其父母的監護和養育，直至獨立謀生或自食其力的成長過程。由於「幼態持續」時間延長，使得人類發育過程中的大腦發育有了更長的時間，因而奠定了人類高於動物智力的基礎。
中國研究人員最近的研究也提示，人類的某種基因決定了大腦發育的時間比靈長類動物更長，因而使得大腦有充分的時間發育，造就了人的智力優於靈長類動物。
過去的研究表明，當MCPH1基因發生某種突變時，會導致小頭畸形（小頭症），因而會影響智力。MCPH1基因被認為起源於大約110萬年前。
中國科學院昆明動物研究所研究員宿兵團隊對MCPH1基因進行深入研究，首次發現該基因的蛋白序列出現了多個位點的人類特有變異。研究團隊構建出攜帶人類基因MCPH1拷貝的轉基因恆河猴模型。在對這些轉基因猴的大腦發育跟蹤過程中發現，轉基因猴所攜帶的人類基因MCPH1可能是導致大腦發育延緩的分子基礎，如果大腦發育延遲，則有利於大腦發育更為成熟。
對攜帶MCPH1基因的轉基因猴的認知能力進行檢測，證實了這一推論。與野生型對照猴相比，轉基因猴的工作記憶能力明顯提高，說明大腦發育的延遲對轉基因猴的智力提升有益，類似於人類大腦發育的「幼態持續」現象，這能讓大腦細胞充分發育並增殖更多的腦細胞。
左圖為人的大腦和神經幹細胞，右圖為大猩猩的大腦和神經幹細胞。（圖片來自S.Benito-Kwiecinski/MRC LMB/Cell）
問：影響人類大腦智力的基因還有哪些？
答：2014年，荷蘭遺傳學家丹妮耶勒·波斯杜馬團隊參與了一項涉及逾15萬人的大規模研究，發現了108個與精神分裂症有關的基因，這些基因中又有一些與智力有關。2017年，波斯杜馬和其他專家決定把此前的13項研究的數據融合起來，組成一個龐大的關於基因標記物和智力測試分數的資料庫。經過對8萬多人的資料庫的研究發現，有52個基因與智力存在確定聯繫。其中有10多個是在之前的研究中就已經被發現的，但還有40個是新發現的。
不過研究人員發現，所有這些基因加在一起，只占智力測試分數變量的一小部分，每個變量對智商分數的影響還遠遠不到1%。這也意味著，基因對智力的影響或決定因素可能只是很小一部分。
也有研究人員估計，人體中總共約有1萬個與智力有關的等位基因。基因與智力的關係又體現在諸多方面，如基因促使大腦容積增大，或基因導致大腦中生成的蛋白質有不同等，由此導致智力的差異。
對人和靈長類大腦的研究也發現，大腦新皮層在演化過程中出現最晚，卻是大腦中最複雜、面積最大的一種皮層，並且執行和行使許多高級神經功能，如知覺、做出指令、空間推理、產生意識，以及學習和使用語言。這意味著，大腦新皮層的複雜程度造成了人和其他動物智力的區別。
研究人員已經發現，一個稱為ARHGAP11B的基因是人類獨有的。德國的韋蘭德·亨特研究團隊構建了轉基因ARHGAP11B絨猴模型。結果，該基因增加了絨猴胚胎大腦容量，並且明顯提高了絨猴大腦皮層皺褶的形成，並呈現了腦回樣結構，而且大腦皮層上層神經元顯著增多。這說明ARHGAP11B是一種人類獨有的「聰明基因」，也是人類在演化上比其他靈長類更聰明的一個重要因素。
問：在動物界中是腦子越大越聰明嗎？
答：黑猩猩和倭黑猩猩的大腦重量約為400-500克，猿的大腦重量約為850克，人類的大腦平均重量可達1350-1400克。這只是大腦容積的不同，但是隨著研究的發展，研究人員認為，智商的高低也取決於與大腦容積相關的腦細胞的數量。人類的大腦神經細胞大約為100億-140億個，而黑猩猩的腦容量儘管只有人大腦容量的1/3，但其腦細胞的數量卻達到人類大腦細胞的80%，約80億-112億個。顯然，大腦細胞的相對數量也對智力起到了重要作用。
黑猩猩大腦細胞的相對數量較高，因而黑猩猩的智商是在動物中最接近人類的。此外，智商的高低也與大腦容積與身體的比例有關。在腦體比例上，人並不占優勢，最具優勢的是獼猴，其腦體之比數值為26.3235，名列第一；其次是鼴鼠，為24.5902；再次才是人，為21.2903；然後是老鼠，為17.3913；再以後才是黑猩猩，為8.4356。
單從腦子大小來看，其他一些動物也比人有優勢，如抹香鯨、大象、海豚大腦的絕對重量高於人類。但為何還是人的智商最高呢？
原因可能在於人與動物大腦中神經細胞的聯繫方式以及信息傳遞方式的不同，例如，是單一的神經傳遞，還是通過立體和全方位的神經迴路傳遞。以磁共振成像觀察人的大腦神經迴路，結果表明，人類的神經信息傳遞是立體和全方位的，或許這是人的智力高於其他動物的另一個關鍵因素。
新的研究還發現，組成神經突觸的材料的多少和差異也是造成人的智商高於其他動物的原因之一。組成人和動物的器官和組織的材料本質上都是蛋白質，但是蛋白質的不同則形成了器官和組織的不同。
英國的塞思·格蘭特研究小組發現，哺乳動物的神經突觸由大約600種蛋白質構成，但是，無脊椎動物的神經突觸只由約300種蛋白質構成，而沒有大腦的單細胞動物的神經系統只由150種蛋白質構成。多種蛋白質構成的神經突觸變得更結實，結構也更複雜，動物的智商也更高，行為也更複雜。神經突觸構成的進化就像電腦晶片升級一樣，材料越好，結構越複雜，功能就越強大，而擁有最強大「晶片」的動物，智商最高，能力也最強。
問：現代人腦結構是什麼時候形成的？
答：據《科學》雜誌最新發表的文章，瑞士蘇黎世大學的研究人員通過計算機斷層掃描技術對100萬到200萬年前生活在非洲和亞洲的人屬化石的頭骨進行分析，將化石數據與大猩猩和人類的參考數據進行比較，發現現代人腦結構在150萬至170萬年前出現在非洲人屬化石中。
除了大小，人腦與類人猿大腦的不同，特別體現在單個大腦區域的位置和組織方面。人類大腦典型的特徵主要是額葉中負責規劃和執行複雜的思想和行動模式的區域，最終也負責語言。由於這些區域在人腦中明顯更大，相鄰的大腦區域向後移動。現代人類大腦演化不久之後，新的人屬種群傳播到了東南亞。
從左至右分別為人、大猩猩和黑猩猩的大腦類器官，人類的明顯大於後兩者。
來源：kknews人類大腦變得更大的原因找到了！揭開人類大腦的奧秘
