神奇腦細胞讓鯨更聰明

2020-11-26 中國科學院

大腦尺寸並不能決定生物的智力水平,良好的大腦迴路也在其中扮演了重要角色。在人類與類人猿中,這種迴路以特殊神經網絡的形式存在,並被認為極大提升了靈長類動物的認知能力。如今,研究人員在鯨腦中也發現了類似的神經網絡,並且它似乎是在鯨腦中首先進化形成的。

神經系統連通性與認知水平間的關係在1999年得到了強化,研究人員當時發現,人類與類人猿——例如黑猩猩和大猩猩——大腦中擁有一種細長的特殊神經細胞:紡錘體神經元,而其他靈長類動物的大腦中並沒有這種神經細胞。最近,紡錘體神經元被認為與在社會環境中作出迅速的直覺判斷有關。這種細胞同時還涉及到更高級的認知功能,例如意識和情緒。

美國紐約市西奈山醫學院的神經學家Patrick Hof——紡錘體神經元便是他領導的研究小組在1999年發現的——與神經學家Estel Van der Gucht合作,對鯨腦進行了細緻的解剖研究,最終證明這種神經細胞並非是靈長類動物所獨有的。令人驚訝的是,研究人員發現,紡錘體神經元存在於幾種腦容量較大的鯨中,其中包括座頭鯨和長鬚鯨。這些神經細胞在大腦中的分布區域與靈長類動物類似。而研究人員在那些腦容量較小的鯨體內卻沒有找到紡錘體神經元,這其中也包括海豚的大腦。研究人員在本周的《解剖學檔案》網絡版上報告了這一研究成果。

通過比較擁有和沒有紡錘體神經元的動物的進化史,Hof和Van der Gucht估算,鯨在距今2200萬年到3000萬年前進化出了紡錘體神經元,這一年代至少比其在類人猿大腦中的進化時間早了700萬年。最可能的解釋是這種神經細胞的進化是獨立存在的,即所謂的趨同進化或平行進化。研究人員推測,某些鯨的認知能力——包括緊密社會群體的形成以及複雜的交流手段,例如座頭鯨發出的信號——可能與這些神經細胞有關。

喬治亞州亞特蘭大市Emory大學的神經學家Todd Preuss表示,他對這一發現印象十分深刻,但他同時反對紡錘體神經元在靈長類動物和鯨中具有相同功能的說法。我們也許很快就會知道其他腦容量較大且聰明的動物是否也具有這種神經網絡。曾與Hof一道發現紡錘體神經元的帕薩迪納市加利福尼亞理工學院的神經生物學家John Allman,目前正在象腦中尋找這種神經細胞。

(群芳 譯自www.science.com,11月27日)

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