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我们是不同的神经网络吗?(上)

 洮阳浪子鸿都客 2019-10-27

前言:大脑中与语言和认知相关的部分在我们进化的过程中被极大的扩大化了。

      人类的大脑超标了。现代人类的大脑体积是我们早期的古人类祖先和现存的大猩猩亲戚的三倍。在整个动物界,大脑尺寸和身体尺寸是存在紧密相关的比例关系的。但是在对比人类和其他动物的比例时,人类的大脑明显是个异数。平均成年人的大脑大概有3英镑重,大约约占整个身体重量的百分之二。但是大脑却消耗了整个身体能量的百分之二十。因为大脑神经元的脑电流活动水平很高,需要花费大量的新陈代谢的能量把化学信号从一个脑细胞传递到下一个。

      通过仔细对比人类与灵长类近亲(包括黑猩猩)的大脑,发现大脑皮层中和高阶认知功能(例如创造、抽象思考)相关的部分,被特意扩大了。这些大脑皮层区域,作为一个联合区,在人出生后较晚发育成熟。与灵长类相比,人类大脑中的某些长程神经连接—比如连接上述联合区之间与小脑(小脑的功能是进行随意运动和学习新技能)—数量要多的多。这些人类提升的神经网络是用于语音、工具制造和模仿。甚至在大脑皮层下称为纹状体的古老奖励系统(一种分泌传递多巴胺的的组织),也在人类大脑的进化过程中被重塑。这种变化极有可能提高了对社交信号的注意,并有助于语言的学习。

       我们的大脑从何而来?古人类化石记录指出人类的头盖骨容量在过去的六百万年中不断增长。而这也正是进化树上我们与黑猩猩、倭黑猩猩的祖先分道扬镳的时间。科学家认为一系列的人类生理特征都和大脑有关:贯穿整个儿童时代的缓慢生长,更长的生命,父亲和祖父母协助母亲对幼儿更多的照顾。大脑在出生后的继续发育意味着那些打下认知基础的重要事件发生在丰富多彩的社会和生态环境中。

       另外那些让我们区别于黑猩猩和其他智慧物种的线索来自于关于基因和分子的研究。这些研究引人入胜,揭示了大脑演化的长期过程中发生的基因和分子变化。接下来让我们一窥人类大脑与众不同的某些特征吧。

基因

人类的FOXP2基因变异在语音学习时起作用A。SRGAP2C是一个独特的SRGAP2基因的复制品,仅在人类的基因组中被发现,它提升了神经连接的密度B。NOTCH2NL(一种人类版本的NOTCH基因)有三种拷贝以促进神经元的产生C

细胞

人类的冯.伊科诺姆神经元(大脑回路中的社会情感中枢)明显更大(A)。位于人类大脑额叶前部皮质(阴影区)神经元突触的RNA(携带着促进细胞制造蛋白质的信息),相对于其他灵长类更为活跃(B)。纹状体内的细胞产生更多的神经传递素多巴胺,而多巴胺参与人类的各种认知功能的活动(C)

大脑回路

人类的镜像神经元系统(在看到其他人的动作时会被激活)拥有错综复杂的迂回路径(A)。在大脑韦尼克区和布洛卡区之间的扩展连接组成了语言过程中至关重要的回路(B)。一个从运动皮质层到脑干的连接回路使喉咙肌肉可以协调一致的工作,而此回路是黑猩猩和猕猴所欠缺的(C)

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