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为什么只有人类进化出高度发达的大脑?【文末赠书】

认真做科普的 脑友记BrainUp 2022-04-26

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@2021 脑友记 BrainUp


  @Matt Wimsatt


我们的远古祖先露西(Lucy),著名的阿法南方古猿化石,生活在300万至400万年前,身体介于现代人类和动物之间。南方古猿的骨盆和腿骨与我们的相似,阿法南猿很可能像我们一样直立站立。但它们在一个非常重要的方面有着极其不同:它们的大脑相对较小——几乎是今天智人(Homo sapiens)版本的三分之一。


@Lucy

这是人类进化过程中最大的问题之一:是什么让露西和她的同类早期的小脑变成了我们今天聪明、善于社交的大脑?

较大的大脑是我们物种的特征。它们不仅是所有动物界中最复杂的器官,一些科学家还宣称它们是“已知宇宙中最复杂的物体”。

但是考虑到我们的体型,人类的大脑比你想象的要大得多。弄清楚为什么进化偏爱这么大的大脑将帮助我们回答人类学中最突出的问题:作为人类,这意味着什么,是什么让我们独一无二?

关于大脑,存在这样一些假设。这可能是因为我们的环境具有挑战性,所以进化出了巨大的大脑来征服它。也可能是因为我们作为群居生物生存得最好,所以我们需要庞大的大脑来应对复杂的社会生活。

这些理论和其他理论可能在我们的进化中发挥了作用,但我们仍然不知道哪一个是先来的,哪一个更重要。科学家们正在想出新的方法来了解这一切。

▎关于大脑体积的三个解释
苏格兰圣安德鲁斯大学的进化生物学家毛里西奥·福雷罗解释说,一个答案是,理解大脑的进化,可能有助于我们更好地理解大脑是如何运作的。

“如果你想了解赛车是如何工作的,阅读设计师的笔记,便可以节省大量时间,”《自然》研究的主要作者福雷罗说。“如果我们想理解大脑是如何工作的,可以通过理解它是如何设计的来节省大量资源。”就大脑而言,这意味着理解作用于它的自然选择的力量。

到目前为止,进化人类学家已经提出了三大类解释,来说明为什么人类的头脑会变得这么大:

  1. 环境层面:身体上的挑战——如寻找、狩猎或记忆食物来源,这为更大的大脑提供了选择压力;

  2. 社交层面:与他人互动——无论是合作还是竞争,都有利于大脑预测他人的行动;

  3. 文化层面:能够坚持积累知识并将其传授给他人的人最有可能繁衍后代。(这些文化因素之一可能是烹饪。正如生物人类学家理查德·兰格汉姆在他2009年出版的《着火》一书中所说的那样,在我们学会烹饪食物时,便获得了更容易消化的卡路里,这释放了能量,并消耗了时间,使大脑变得更大。)

@Richard Wrangham

很可能这三个因素都发挥了作用,并相互影响。但要创造出目前形式的人脑,这种混合必须精确正确。例如,如果自然选择的压力有利于高度合作,那实际上会有利于较小的大脑。想一想:如果你非常依赖他人,你就不需要频繁地使用自己的大脑。蚂蚁是一种合作性极强的物种,但大脑并不大。蜜蜂也一样。

此外,事实证明,拥有一个大的大脑涉及到巨大的权衡,主要是因为需要大量的燃料。今天,我们身体代谢活动产生的能量约有20%流向我们的大脑。

@Karen Carr Studios

“大脑是一种非常昂贵的组织,需要大量的能量,”马克斯·普朗克进化人类学研究所的进化人类学家西蒙·纽鲍尔写道。“必须有推动这一进程的优势。”

如果选择压力稍有不同,进化可能会倾向于不同的过程:利用这些能量繁殖(或使我们在更早的年龄达到性成熟)或建造更胖的身体。但相反,我们有这些消耗能量的大脑。那么我们如何知道哪个因素对它们的进化最重要呢?

环境比社会因素更重要
通常情况下,“为什么人类的大脑这么大”这个问题是从相关研究中得到检验的。人类学家和生物学家研究不同物种的大脑大小,并试图推断较大的大脑允许什么样的行为变化。例如,在许多灵长类动物中,较强的社会学习能力与较大的大脑大小有关。

这种方法有点混乱,很难从中得出确定的结论。(对人类进化做实验是不可能的。你不能只是把一群人放在不同环境压力的岛屿上,看着他们进化。)

因此,有研究人员开始从数学层面进行研究。他们建立了一个计算机模型,展示了人类进化的不同场景:一个是所有选择压力来自环境,另一个是所有选择压力来自生活。(他们没有对文化选择压力进行建模,但希望在未来的研究中这样做。)该模型考虑了新陈代谢和发展更大的大脑相对于人体其他组成部分的好处:是什么因素混合产生了一个最像我们今天的大脑?

根据他们的模型,环境因素是为什么我们有较大的大脑的最有力的解释。我们环境中的这些挑战,以及我们社会群体中较少的挑战,导致了脑的迅速扩张。人们推测,我们的大部分进化发生在非洲大草原上,那里的食物和水比森林里更难找到。我们还必须巧妙地避免严酷的高温。

但问题仍然存在。“如果我们发现困难的环境有利于人类大脑的扩张,这就提出了一个问题,为什么是人类?为什么不是其他物种?“

许多物种生活在充满挑战的环境中,甚至有些物种适应于生活在完全黑暗的洞穴中,但从未进化到可以用智能手机订购披萨的地步(这确实是人类独创性和进化的顶峰)。也许这就是文化至关重要的地方——学习和教导他人的能力。我们发现,当我们能够积累关于环境的知识时,在一个充满挑战的环境中生存便会更容易

这并不是说其他社会因素在人类的发展中没有发挥作用。毕竟,我们是高度社会化和需要群体生活的物种。很可能是进化让我们变成了这样。首先,如果不促进社会合作,就很难思考如何分享文化知识。

@Pexeles

大脑大小的最终答案难以捉摸
华盛顿大学医学院的比较神经生物学家Amy Bauernfeind表示,我们可以从这个模型中得出的结论非常有限。模型永远是现实的简化。它们是理解我们关于进化的假设是否有意义的数学方法,但它们不是对进化本身的直接观察,所以很难用它们来做出明确的结论。

事实是,导致我们大脑进化的许多因素很难相互分离。东南路易斯安那大学研究心理进化的马修·罗萨诺(Matthew Rossano)在一封电子邮件中说,对于进化来说,挑战的环境还是刺激的社会生活,到底哪个更重要,这个问题一开始就有点过于简单了。

“所有因素都互相作用,”罗萨诺解释。“学习如何制造一种新的工具(征服环境)会导致饮食变化,这影响大脑发育,影响怀孕和出生,这具有社会含义,增加了社会复杂性,影响大脑,,这意味着新的更复杂的工具,这意味着更多的饮食变化,也意味着合作狩猎,是一种社会变化。”等等。

然而,人脑的进化是如此难以模拟,这说明了一个有趣的事实:大脑是在特定的进化条件下发展的。我们的智力不是给定的,而是一个非常复杂的过程的结果。有一天,理解塑造人类思维的力量,可以帮助我们理解我们的智力是多么罕见。

目前,关于我们大脑大小的最终答案还难以捉摸。但是科学家认为一定有答案。人类的大脑是如此独特,如此复杂,它不太可能是随意发展出来的。




人类早已走出地球,发射火箭,往外探寻广袤宇宙,但同时,我们却甚少向内审视人体“星球”的主宰——大脑。这颗粉色大核桃陪伴人类走过漫长的进化之路,让我们从动物王国中脱颖而出、站到食物链的顶端。


美国国家地理频道曾出过一系列有趣的高分纪录片,叫《脑力大挑战》(也被译为《大脑游戏》),让观众感觉打开了新的大门。后来,这个节目官方读物的作者,即知名作家迈克尔·S. 斯威尼,又应邀出版了《国家地理大脑全书:认知和自我提升的科学》,旨在揭秘这个世界上最复杂的物体——一块约1400克的血肉


知乎上有个很火的问题:有哪些细思极恐的事?有个高赞回答耐人寻味:大脑是你最重要的器官,这是大脑告诉你的。


至于真相如何,这本通识入门书将给出答案。


▎美国国家地理权威出品,资深教授撰写,著名神经学家监制

这本书由教授迈克尔·S. 斯威尼撰写,这是他为美国国家地理学会撰写的第8本书;本书由神经学家理查德·雷斯塔克监制,他是神经病学临床教授,曾担任美国神经精神病学协会主席,也是登上过《纽约时报》畅销书榜的知名作家。


本书梳理了人类探索大脑的历史,大脑工作机制,也讲述大脑如何发育,我们如何学习、记忆、掌控情绪和应对衰老。简而言之,它讲述了“是什么”+“怎样做”,既介绍你为何是你的幕后故事,也有实用健脑策略,帮助你释放大脑潜能。


不得不提的是,这本书包含众多热点问题,如抑郁、阿尔茨海默病等;也囊括大量珍贵案例和趣闻逸事,分分钟满足猎奇心,堪称冷知识指南,比如,脑子被穿了洞还能活下来的盖奇,热恋期为何不超过3年等。


▎聚焦热点,探讨容易被忽视的健康问题

我们在身体感觉良好的时候,更关注手头的工作和学习,通常不会担心健康问题。我们患肠胃病时才会后悔乱吃乱喝,看到体检指标乱飞时才决定锻炼身体,但这些健康隐患,往往在我们不当回事的时候,就已暗自扎根。这本书就将剖析一些常见的健康问题和疾病,让你做到心中有数、防患未然。


此外,这本书还揭露了一些奥运冠军的练习秘诀,神奇的联觉现象(如果你认为声音是有颜色的,或者文字是有颜色的,你就可能是联觉者),等等。


书中还有许许多多的奇闻轶事和无数经典实验,限于篇幅,更多精彩内容将留给读者自行探索。


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本书由北京师范大学心理专业青年译者精心翻译。在保证专业、准确的同时,也兼顾了可读性。书中还有众多精彩图表,360度完整呈现大脑奥妙!助你认识更深层的自己,获取我们最忠实的人生同盟!



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内文采用128g哑光铜版纸,全彩四色印刷。使用环保油墨,无异味,不伤眼。180度摊平,阅读无障碍。带你走进大脑的奇妙世界!




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参考资料:

1.https://www.vox.com/science-and-health/2018/5/23/17377200/human-brain-size-evolution-nature;

2.https://humanorigins.si.edu/human-characteristics/brains;

3.https://en.wikipedia.org/wiki/Lucy_(Australopithecus);

4.https://www.wnyc.org/story/michio-kaku-explores-human-brain/;

5.https://www.nature.com/articles/s41586-018-0127-x



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