原創 David Robson 酷炫腦
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作者 | David Robson
翻譯| 茹小茹
審校 | 酷炫腦主創&伊俐
朗讀 | 胡恩
美工 | 雪今金
編輯 | 小注
大腦的增長在二十萬年前就停止了，在過去的一萬五千到一萬年中，腦與軀體的比例甚至縮小了 3％ 到 4％ 。是我們變蠢了嗎？
三萬年前，一個原始人走進了南法的某個狹窄洞穴。他借著牛油燈的閃爍微光進入了洞穴盡頭的墓室，並在懸掛的巖石上，用木炭勾勒了出一個在女人裸體上方若隱若現的野牛頭。1933 年，畢卡索創作了一幅與之驚人相似的名畫，名叫《 牛頭怪侵犯女孩》（MinotaurAssaulting Girl）
相隔三萬年的兩位藝術家居然如此心有靈犀，這有點匪夷所思。但從解剖學的角度上講，這個巧合又存在一定的合理性，因為現代人類的大腦與那些巖畫時代的原始人鮮有差異。
如此精妙絕倫的大腦究竟是怎麼進化出來的？殘酷的生存鬥爭又這一過程中發揮了怎樣的作用？這個問題很難解釋，因為大腦是沒有化石的。但是，現代技術給了我們前所未有的機會，上至首代神經細胞的出現，下至洞穴藝術和立體主義時代，大腦的進化過程終於可以被大致復刻出來了。
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遠在第一批動物出現之前，大腦的進化就在遠古海洋中悄然開始了。雖然海洋中的單細胞浮遊生物還沒有大腦，但它們已經具備了感知環境變化並做出相應調整的能力。塞思·格蘭特說：「今天的哺乳動物亦是如此，因為這是融在血脈中的本能。」
當細胞具有了相互感知與協同合作的能力，多細胞生物就出現了。舉個例子，海綿動物通過體壁的小口對海水中的食物進行泵送和過濾。當單個細胞感知到其他細胞釋放的化學信號（如穀氨酸或 GABA ）時，這些小口就會開始緩慢地舒張與收縮，排出通道中的異物以防止堵塞。直到今天，這些化學物質依舊在人類大腦中扮演著相似的角色。
然而對於相隔較遠的細胞，化學通信就顯得過於緩慢了。尋常海綿類可能需要幾分鐘的時間才能實現軀體的膨脹和體壁小口的關閉。六放海綿類則有一個更快速的方法：細胞通過膜內外的離子轉運製造電勢差。當離子通道突然打開時，膜電位會發生驟變，接著鄰近的其他離子通道也會相繼開放，動作電位便以每秒數米的速度沿細胞表面傳播。由於細胞之間存在廣泛的突觸連接，動作電流可以迅速傳遍六放海綿的整個軀體，使得領細胞的鞭毛在幾秒鐘內全部停止運動，從而阻止體壁小口對海水的泵送作用。
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近期研究表明，8.5 億年前的單細胞生物領鞭蟲體內存在許多與電信號傳輸以及化學遞質釋放相關的物質，而它們就是現代動物的始祖。從那時起，專職的的信息呈遞細胞就開始出現了。
神經細胞進化出了長長的軸突，以便遠距離傳輸電信號。在細胞互相連接處（即突觸），細胞仍然通過神經遞質（如穀氨酸鹽）的形式傳輸信號，但此時化學分子只需要擴散至一個很窄的間隙中，因而信號傳遞效率被大大提高了。
最初的神經元通過遍布生物體的複雜網絡（神經網）進行聯繫，這與今天的水母和海葵十分相似。後來，神經元開始聚集成群，並構成了更高級的中樞神經系統。它不僅有傳遞作用，還可以處理並整合信息，從而使動物以更加複雜的方式適應環境。其中分化程度最高的是位於口器和原始眼睛周圍的原始腦結構。
對此我們尚無清晰定論。許多生物學家認為，原始腦最初出現在一種蠕蟲類生物的體內，它們是脊椎動物、軟體動物和昆蟲的祖先。但奇怪的是，它們的後代（如柱頭蟲）體內並未發現諸如此類的結構。一種可能性是，柱頭蟲的祖先最初進化出了原始腦，但後來因為退化失去了這一結構，這說明對於當時的生物而言，進化出一個不甚成熟的大腦是弊大於利的。
文昌魚的解剖圖
脊椎動物的始祖文昌魚也進化出了類似大腦的中樞結構，這種原始的魚類是一種無頜濾食動物。文昌魚的大腦與脊髓分界不甚清晰，但特定腦區已開始承擔不同的功能：例如，後腦控制遊泳運動，而前腦參與視覺的形成。文昌魚與脊椎動物的關係很微妙，兩者之間的基本結構是相似的。
大約在五億年前，動物的繁衍過程出現了一些問題，導致整個基因組發生了兩次複製。這些變異產生了大量全新的等位基因，為複雜大腦的進化提供了磚石。從此以後，不同的腦區開始表達不同類型的神經遞質，進而更多的創新行為相繼出現。
早期魚類繼續在海洋中尋找著食物和伴侶，並努力躲避著掠食者。於是大腦也進化出了與之相適應的基本結構：視神經頂蓋負責指導雙眼追蹤運動的物體；杏仁核負責處理緊急狀況；邊緣系統與獎賞機制和記憶的形成相關；基底神經節則控制著軀體的運動模式。
三億六千萬年前，我們的祖先開始登上陸地，約兩億年前，第一批哺乳動物誕生了。它們的大腦表面已經具有了額外的神經組織，即新皮層，因此哺乳動物的行為變得更加複雜和靈活。然而新皮層演化的具體時間和方式仍然是未解之謎。
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顯而易見的是，在與恐龍抗爭的過程中，哺乳動物腦與軀體的比例有所增加，直至大腦完全充滿顱腔。有研究人員用過 CT 技術掃描了兩種以昆蟲為食的小型哺乳動物頭顱化石。結果顯示，哺乳動物的嗅球和掌管觸覺的新皮層區域明顯增大了，這說明它們對嗅覺和觸覺的依賴性正在日漸提升。
早期哺乳動物一般在夜間活動，白天則躲藏起來，以避開飢餓的恐龍。大約 6500 萬年前，恐龍滅絕之後，倖存的哺乳動物走進了叢林，它們就是今天靈長類動物的祖先。為了更準確地捕捉森林中的昆蟲，新皮層進化出了更大的視覺區，以保持良好的視力。與現代靈長類動物一樣，它們可能也過著群居生活。處理複雜的交際關係需要較高水平的大腦運算能力，猿類新皮層額葉區域的顯著擴大可能與這一因素有關，而擴大的程度則取決於動物群體的大小和個體間社交行為的頻率。
除了自身面積的擴大，額葉與其他腦區間的聯繫也變得越發緊密，甚至單個神經元都進化出了更多的樹突和軸突。這些變化使靈長類動物擁有了非比尋常的能力，它們更好地整合和處理外部信息，並根據某種精密的推理思考來控制下一步的行動。同時也產生了抽象思維：當大腦處理過大量類似的信息後，它就會開始自行建立識別搜索模式，並用於應對今後面臨的其他問題。
前額葉的功能
大約一千四百萬年前，非洲猿人出現了。猿人非常聰慧，但與紅毛猩猩和黑猩猩相比，它們的大腦結構似乎區別不大。那麼究竟是什麼使人類如此與眾不同呢？有人認為，走出叢林與直立行走導致了大腦的進一步增大。但化石證據表明，在原始人開始直立行走數百萬年之後，他們的大腦仍然很小。
人類大腦為何在 250 萬年前突然變大，這真的只是一個巧合嗎？一般來說，動物的頭面部肌肉會在整個顱骨上施加強大的壓力，從而限制其生長。但偶然的基因突變使得前額肌肉力量有所減弱，從此以後，原始人的下頜開始變小，而顱骨和大腦開始變大。
隨著智商的提高，人類開始走上創新之路，並採取了一系列先進的生活方式。二百萬年前人類發明了捕射和屠宰動物的工具，這對於大腦的進化至關重要，因為多樣的肉類攝入可以為神經系統發育提供充足的營養。哈佛大學的靈長類動物學家理察·朗厄姆認為，火種的發明也是類似的道理。因為它可以提高我們從食物中吸收營養的效率。吃熟食會讓我們的腸道變短，這就可以節省出原本用於維持消化道生長的高昂成本，從而將有限的營養物質供應給大腦。
研究表明，文化發展和生物進化具有相互促進的作用。語言就是這樣一個正向反饋的例子：一旦原始人開始說話，一系列自然選擇會不斷強化這種能力，從而促進人類語言突飛猛進的發展。
諸如此類的正反饋循環還涉及到飲食，文化，技術，遺傳，和社會關係等諸多方面，在這些因素的共同作用下，二十萬年前的非洲猿人終於進化出了與現代人結構極其相似的大腦。但是，進化永遠不會停止。根據最新研究，從非洲遷移到北半球的人類視皮層越來越大，以適應那裡暗淡的光線。
那麼為什麼我們的大腦沒有繼續變大呢？這可能是因為腦容量增大的優勢漸漸不那麼明顯了，但新生兒頭顱的增大卻變得越來越危險。
腦的進化
大腦的耗能量極其巨大，其運行功率約為 15 瓦，供能比例佔全身所有器官的 20％ 。與跑車的道理一樣，車輪跑得越快，所需燃料就越多，因而大腦進一步增大的營養需求也會越來越高。加快大腦運行速度的一種方法是進化出單位時間內可產生更多衝動的神經元。但是，如果神經元傳導的速度增加 10 倍，大腦的耗能量將趕超百米衝刺運動員飛奔的雙腿。相比之下，遊泳健將每天能夠消耗一萬卡路裡也就不足為奇了。
大腦的增長在二十萬年前就停止了，在過去的一萬五千到一萬年中，腦與軀體的比例甚至縮小了 3％ 到 4％ 。但這並不一定有參考價值，畢竟腦容量大並不意味著更聰明，而且可能由於神經聯絡效率的增加，更小的大腦反而發揮出了更卓越的效果。
然而，有些人認為大腦萎縮是人類智力整體水平下降的表現。大衛·吉爾認為，一旦複雜的社會發展起來，相對愚笨的人就可以在聰慧夥伴的幫助下繼續生存，而非如往昔一般被自然選擇淘汰。還有一些研究發現，人類越聰明，他們傾向於生的孩子就越少。否則的話，比爾·蓋茨應該有五百個孩子才對。
2010 年的一項研究表明，如果不考慮移民的影響，此類進化效應將導致美國人平均每代智商下降 0.8 。但即使數據屬實，日趨完善的醫療保險制度和教育體系也早已抵消了這種負面影響。總體來講，20 世紀人類的智商還是呈上升趨勢的。
參考文獻（點擊滑動查看）
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原標題：《我們的大腦曾經萎縮過？帶你看近20萬年的大腦進化史！》
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