现代人为何比古人聪明? 大脑血流量率增长或是主因
发布时间:2017-04-02 08:41 类别:医学前沿资讯 标签:主因 现代人 来源:未知
现代人为何比古人聪明? 大脑血流量率增长或是主因
作者:MedSci 来源:网易科技 日期:2017-04-01
数十年来,人类学家始终对人类智商方面的进化感到好奇。科学家们研究的主要对象多来自考古发现,比如火和工具的使用情况等。此外,还有科学家对化石头骨进行研究,寻找人类智商进化的内部证据。与 300 万年前的古猿祖先相比,人类的脑容量已经增加了 3.5 倍。
数十年来,人类学家始终对人类智商方面的进化感到好奇。科学家们研究的主要对象多来自考古发现,比如火和工具的使用情况等。此外,还有科学家对化石头骨进行研究,寻找人类智商进化的内部证据。与 300 万年前的古猿祖先相比,人类的脑容量已经增加了 3.5 倍。人们普遍认为,智商高低与脑容量大小有关,理由是哺乳动物大脑中神经细胞的数量似乎与脑容量大小直接相关。
而罗杰 西摩(Roger S. Seymour)等人的研究主要集中于大脑血流量率(rate of blood flow)方面,它与代谢率密切相关,因为血液供应实际上供应的就是氧气。如果流向大脑的血液停止运行,你会在数秒内晕过去。通常情况下,每秒钟大约有 7 毫升血液流向大脑。值得注意的是,无论你是醒着、睡着还是在解决数学问题,这个数值都不会有太大变化。
流向大脑的认知部分的血液需要经过两个颈动脉,左右各一条。这些动脉的大小与流经它们的血流量率有关。就像水管工需要安装更大的水管,以便向更大的建筑提供更多供水那样,血液循环系统会不断调节血管大小,以与内部的血流量率相配合。反过来,这又与器官需要的氧气数量息息相关。
如果我们能够测量向大脑等器官提供氧气的动脉大小,我们就可以计算出平均血流量率。这条原则已经被发现了 100 多年,其优点在于非常简单。我的顿悟时刻终于出现了。我意识到动脉大小可通过其穿过骨头孔洞的大小来衡量。这意味着,大脑的血流量率可通过测量人类化石头骨中颈动脉管的大小确定。
这是个绝妙的主意,我的学生万亚 波斯奥西克(Vanya Bosiocic)将它变成研究课题。她前往澳大利亚和南非博物馆查阅资料,并获准对珍贵的古人类头骨进行测量。我们发现,在过去 300 万年中,在 12 种人类祖先中,通往大脑的颈动脉管增大的速度远比我们预想的快得多。
人类的脑容量增加了 2.5 倍,血流量率提高了 5 倍,从每秒的 1.2 毫升增至 7 毫升。这预示着,我们的大脑对氧气的渴望是人类祖先的 6 倍,这可能是因为我们的认知能力更强,所以需要的能量也更密集。由于人类大脑中的神经细胞数量与大型灵长类动物差不多,我们发现人类大脑中的物质更加活跃,这可能是因为神经元之间的联系更紧密所致。
每次联系都被称为突触,可以将电子脉冲从 1 个细胞传递给其他细胞,这个过程通常需要某个细胞释放化学物质。脉冲之间的物质循环只会消耗少量能量,但大脑中包含着 800 亿个神经细胞,而每个细胞都与其他细胞进行数以千计的突触,总体能量消耗依然非常庞大。
人体将其总静息代谢率的 20% 到 25% 分配给大脑,而其他灵长类只有 8% 到 10%,其他哺乳动物只有 3% 到 5%。为此,我们可以将大脑视为相当耗能的超级计算机。与电子计算机进行类比很形象,计算机的能力越强,其需要支持运行的能量就越多,需要输送能源的电缆就越粗。这与大脑的原理相似,认知能力越强,代谢率越高,血流越多,血管就越大。
在生物领域,人类大脑的进化是独一无二的。我们查看了 34 种活体灵长类动物的颈动脉管,它们代表着向大型猿类和智人进化的方向。在这些灵长类动物中,它们的体型都有所增高,脑容量也不断加大,但体型增长速度更快。灵长类大脑血流量增长幅度几乎与脑容量增加速度一致。
只有智人的血流量增长比脑容量增长速度更快,这预示着大脑不仅在容量方面在进化,在使用方面也在不断进步。这标志着,我们的祖先正变得越来越聪明。