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在万千生命中，人类有着独一无二的认知能力。为什么我们的大脑比所有其他生命都更加聪慧？这个问题充满了无尽的魅力，也吸引科学家从不同角度给出了答案。而现在，一项发表于《自然·神经科学》的研究从信息处理的角度提供了全新的观点。
我们的大脑是如何处理信息的？随着研究的深入，我们对这个问题的理解也在不断变化。目前的理论认为，大脑是一个分布式信息处理系统：由紧密相连的不同“元件”,也就是大脑区域构成，而这些不同区域之间的信息交互，则是通过输入和输出信号系统来实现。但这只是答案的一部分。在最新研究中，来自剑桥大学的研究团队将脑区之间的信息处理分解为两类。这时，我们与其他灵长类动物在信息处理方式上的差异，就部分解释了人类与众不同的认知能力的来源。
让我们首先来看前文提到的第一种信息处理方式。这种方式存在于处理听觉、视觉与运动等信息的功能区，这些脑区依靠严格的输入与输出方式交换信息，这种方式确保了信息可重复、可靠的传输。以视觉为例，我们的眼睛接受到信息后，会将信息传至大脑后端的枕叶区域。但两只眼睛提供的信息在很大程度上是重复的，也就是说，大脑相应区域收到了大量“冗余”的信息输入。比如说，你只用左眼看见了一棵树，换成两只眼睛，看见的依然是一棵树。这种处理方式就被命名为“冗余”（也称“分享”）信息处理。冗余的存在显然是有意义的。它确保了信息的可重复性与可靠性，即使一只眼睛的信息出了问题，另一只眼睛也能将信息传给大脑。这种能力对于物种的生存至关重要。在这种情况下，不同区域间的连接有着固定的线路，就如同需要电话线的座机。但看到这里，你可能已经在想：两只眼睛看见的信息可不全是冗余的。这正是接下来要说的第二种情况。某些类型的视觉信息需要两只眼睛协作才能接收到。例如，一只眼睛能看见一棵树，但要知道它离我们有多远，则需要来自两只眼睛的信息。这就是不同于“冗余”的第二种信息处理方式：“协同”（或“互补”），即大脑不同区域构成的网络，实现了更复杂的信息整合。
▲不同脑区中，“冗余”与“协同”这两种信息处理方式的比重有所差异（图片来源：参考资料[2]）
这种协同处理在支持更复杂认知功能（例如注意力、学习、工作记忆、社交等）的大脑区域中最为普遍。如果说“冗余”处理方式是座机，“协同”方式更接近于移动电话。协同作用大量发生的区域，包括皮层前部与中部，这里整合了来自不同大脑区域的信息。因此相比于感觉与运动功能区，这些区域与大脑其他部分的连接更普遍、高效。那么，这两种信息处理方式的比重差异，是让我们脱颖而出的因素吗？研究团队利用人类与灵长类近亲的脑成像与遗传分析结果，分析了协同这种通过复杂网络来构建信息的能力，在人类和灵长类近亲中是否不同。在脑成像对比中，研究团队的一个关键发现是，协同信息处理方式在人类大脑信息中的比例要高于猕猴大脑。而人类与猕猴的大脑对冗余信息处理的依赖程度相似。
▲在向人类的演化过程中，协同处理方式的重要性明显提升（图片来源：参考资料[2]）此外，这项研究还特别关注了两者在前额叶皮质区域的差异，这里是支持高级认知功能的脑区。研究显示，猕猴的前额叶皮质脑区中，冗余信息处理更为普遍；而人类则是协同信息处理占主导地位。伴随着演化的进程，前额叶皮质区域也发生了明显的扩张。对比人类与黑猩猩的大脑发现，相比于黑猩猩，人类大脑扩张更明显的区域，对协同处理方式的依赖程度也越重。随后的遗传数据分析也提供了更多证据：与协同信息处理相关的大脑区域，更有可能表达人类特有的基因，而这些基因与大脑发育与功能息息相关。综合这些发现，这项研究指出，在灵长类向人类演化的进程中，新获得的脑组织可能主要用于协同信息处理。这种信息处理方式带来的优势，也让我们获得了远超近亲的认知能力。这个遗失许久的答案，也让我们距离完全理解人类的大脑与认知更进一步。参考资料：
[1] What is it about the human brain that makes us smarter than other animals? New research gives intriguing answer. Retrieved May 27th, 2022 from https://theconversation.com/what-is-it-about-the-human-brain-that-makes-us-smarter-than-other-animals-new-research-gives-intriguing-answer-183848
[2] Luppi, A.I., Mediano, P.A.M., Rosas, F.E. et al. A synergistic core for human brain evolution and cognition. Nat Neurosci (2022). https://doi.org/10.1038/s41593-022-01070-0
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