大腦：人與動物共同進(jìn)化的遺跡

從結(jié)構(gòu)到功能，有越來越多的證據(jù)表明，人與動物最大的“同功器官”其實(shí)是大腦。這一發(fā)現(xiàn)，似乎讓在智力上具有巨大優(yōu)越感的人類難以接受。

盡管人的進(jìn)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他動物，但是離開了其他動物，人類是不可能進(jìn)化得如此優(yōu)秀的，因?yàn)槿司褪窃醋詣游铩?/p>

過去，科學(xué)家們從人和動物的“同功器官”的起源已經(jīng)證明了這一點(diǎn)?！巴ζ鞴佟笔侵冈诠δ苌舷嗤?，有時(shí)形狀也相似，但來源和基本結(jié)構(gòu)都不相同的器官。比如，蝴蝶和鳥的羽翼均為飛翔器官，但是蝶翼是膜狀結(jié)構(gòu)，由皮膚擴(kuò)展形成；而鳥翼是由脊椎動物前肢形成的，內(nèi)有骨骼，外有羽毛。

現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)，人與動物最大的“同功器官”其實(shí)是大腦。這一發(fā)現(xiàn)，似乎讓在智力上具有巨大優(yōu)越感的人類難以接受。

發(fā)現(xiàn)新的相似結(jié)構(gòu)

人腦和動物大腦的相似性首先體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上。美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)系的哈維·J·卡特教授帶領(lǐng)的研究小組發(fā)現(xiàn)，鳥和雞腦部有關(guān)聽覺輸入分析的區(qū)域，在結(jié)構(gòu)上與人和哺乳動物相似。

過去專業(yè)界的看法是，人和哺乳動物的大腦比其他動物的大腦進(jìn)化發(fā)展得更快，功能更復(fù)雜，因而也更為高級，因?yàn)閮烧叽竽X在部分結(jié)構(gòu)上有所不同，這種不同主要表現(xiàn)在前腦和皮質(zhì)上，這兩個(gè)部位集中體現(xiàn)了復(fù)雜的認(rèn)知功能。雖然人、哺乳動物和鳥、雞等都隸屬脊椎動物，但兩者有較大的差距。

過去的解剖研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物大腦皮質(zhì)中的細(xì)胞呈現(xiàn)為“放射狀陣列相連結(jié)”的多層結(jié)構(gòu)，形成了以神經(jīng)元和特殊連結(jié)為特征的功能模式。但對非哺乳動物，如鳥類等脊椎動物的大腦相同區(qū)域的研究，并未發(fā)現(xiàn)與哺乳動物相似的結(jié)構(gòu)。于是研究人員推論，哺乳動物的大腦神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)回路在自然界中是獨(dú)一無二的，高于其他所有動物。因?yàn)?，其他動物，如非哺乳脊椎動物的大腦細(xì)胞沒有“放射狀陣列相連結(jié)”(多層結(jié)構(gòu))，所以無法像哺乳動物那樣根據(jù)感覺信息做出復(fù)雜的認(rèn)知和分析行為。因而，人們認(rèn)為，像鳥類這樣的動物只能做出“機(jī)械的套路動作”。

但是，卡特等人在最新的研究中使用了精密成像技術(shù)，包括用作描繪雞和鳥大腦中與哺乳動物類似的聽覺皮質(zhì)區(qū)域的高靈敏度顯像儀。兩者的腦部此區(qū)域都負(fù)責(zé)聽覺功能。他們發(fā)現(xiàn)，雞和鳥類的大腦皮質(zhì)層也呈多層結(jié)構(gòu)，最令人驚奇的是，雞和鳥的大腦皮質(zhì)的細(xì)胞同樣是由緊密、放射狀連結(jié)單元與不同類型的細(xì)胞廣泛相連，從而形成了與哺乳動物大腦皮質(zhì)實(shí)際相同的“微電路”。

這也意味著，哺乳動物疊層以及陣列結(jié)構(gòu)的大腦皮質(zhì)特征并非唯一，更可能的情況是，大腦的疊層以及陣列結(jié)構(gòu)是從更為古老的脊椎動物的大腦細(xì)胞和神經(jīng)回路那里進(jìn)化而來。

功能上的相通

卡特研究小組的研究結(jié)果不僅得出人和哺乳動物大腦與鳥類大腦在結(jié)構(gòu)上有相似性的結(jié)論，更重要的是，它提出了一個(gè)問題：哺乳動物大腦的進(jìn)化是何時(shí)開始的?

另一些研究人員的研究結(jié)果給出了一種答案：人和哺乳動物大腦與鳥類大腦的共同功能起始于3億多年以前。許多研究顯示，潛藏在復(fù)雜行為下的神經(jīng)微電路對于很多脊椎動物來說是共通的。最近一些研究人員的研究結(jié)果更是提示，人與動物大腦共同利用神經(jīng)回路來指揮行動是在更早的4.5億年前。

大腦的功能相當(dāng)于一個(gè)群體或一支部隊(duì)的司令部，這個(gè)群體如何行動完全取決于人群受到環(huán)境的刺激后大腦做出什么樣的決定和命令。美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校漢斯·霍夫曼的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，人類、魚類和蛙類可以使用一種共同的神經(jīng)回路來產(chǎn)生多元化的社會行為，而且這種現(xiàn)象已經(jīng)存在了4.5億年了?；舴蚵J(rèn)為，這種神經(jīng)回路涉及社會行為，是存在于所有古脊椎動物中的。也就是說，人類的基本神經(jīng)回路與動物是同源和同功的，而且人類大腦的神經(jīng)回路與動物一樣都是相當(dāng)古老的。

霍夫曼研究小組選取了88種脊椎動物進(jìn)行研究，其中包括鳥類、哺乳類等動物。研究人員分析了這些動物的大腦負(fù)責(zé)社會行為的12個(gè)區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基因有特殊的活性。其中，一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)評估外界環(huán)境刺激的相對重要性，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就是中樞邊緣系統(tǒng)；而另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則主要負(fù)責(zé)社會行為，可以稱為社會行為網(wǎng)絡(luò)。

第一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能體現(xiàn)在對于藥物成癮和浪漫愛情(愛情的反應(yīng)就像藥物成癮一樣，可以在大腦中體現(xiàn))刺激下的情緒和精神反應(yīng)，以及相應(yīng)的行為特征，如興奮、愉悅；而后一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則負(fù)責(zé)社會行為，如婚配和共同捕食。

由于在脊椎動物大腦負(fù)責(zé)社會行為網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)細(xì)胞的基因活性水平上尋找到了共性，霍夫曼等人認(rèn)為，脊椎動物在過去的4.5億年中既發(fā)生了行為的多樣性變化，又有一些行為的一致性。

例如，婚配結(jié)構(gòu)無論是一夫一妻，還是一夫多妻或一妻多夫，都是社會性很強(qiáng)的行為，在不同的脊椎動物種群中發(fā)生過多次變化。不過，由于一夫一妻制行為在特定的環(huán)境中對于繁殖和生存非常有利，在人類和其他一些脊椎動物中就成為一種共同的選擇。也有研究揭示，這種行為的進(jìn)化主要是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)做出的微小調(diào)整，而不是產(chǎn)生了一個(gè)新的進(jìn)化。當(dāng)然，這只是一種假說。如果在未來的研究中能發(fā)現(xiàn)不同脊椎動物相同神經(jīng)回路的分子共性，才可以比較清晰地證明人、哺乳動物和鳥類等脊椎動物有共同的負(fù)責(zé)社會行為的神經(jīng)回路。

共同的“獎賞機(jī)制”

雖然研究人員目前不能在脊椎動物中證明大腦的分子有共性，從而證明神經(jīng)回路是人和動物大腦運(yùn)行的一種共同機(jī)制，但是已經(jīng)有研究證明，屬哺乳綱嚙齒目的老鼠，與屬哺乳動物靈長目的人類，在大腦中有共同的分子機(jī)制。例如，行為成癮在老鼠和人類中都有共同的神經(jīng)回路和分子機(jī)制，這就是大腦的獎賞系統(tǒng)和這一系統(tǒng)中的神經(jīng)遞質(zhì)，如多巴胺。

人和老鼠大腦都擁有獎賞系統(tǒng)，而獎賞可以分為天然獎賞和后天(如藥物)獎賞。前者指的是，人和動物與生俱來的對某些東西的渴望或者依賴，比如食物和性的獎賞，在完成這樣的行為后大腦可以產(chǎn)生愉悅感。而藥物獎賞是指人和動物接觸或長期服用某種藥物后形成的精神和身體依賴，也稱成癮，包括藥物成癮、酒精成癮等，它們也可以引起人和動物的欣快感。

人和老鼠大腦中的獎賞系統(tǒng)是中腦邊緣的多巴胺系統(tǒng)，多巴胺是這一神經(jīng)回路中傳遞興奮和愉悅的最重要的神經(jīng)遞質(zhì)。最近，人和老鼠的神經(jīng)獎賞系統(tǒng)又有了新的研究結(jié)果。

美國舊金山加州大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家歐內(nèi)斯特研究小組發(fā)現(xiàn)，小鼠在自由攝取可卡因后，腦部獎賞回路的細(xì)胞會在幾個(gè)月后都保留對可卡因的記憶，而當(dāng)它們在非自愿的情況下攝取可卡因時(shí)，腦部獎賞回路細(xì)胞的記憶卻不能維持多久。

而在人類吸毒成癮者的戒毒過程中也發(fā)現(xiàn)了類似的情況，酒精成癮和煙癮，就算是戒掉也很容易復(fù)發(fā)。但是，主動吸毒和被動吸毒在神經(jīng)回路中留下的記憶長短不同，也就決定了毒癮的大小不同：主動吸毒者在長期治療后仍舊屢戒不成功，而被動吸毒者則比較容易戒掉毒癮。這說明，人和老鼠的大腦獎賞系統(tǒng)具有同樣的分子機(jī)制，即大腦中多巴胺神經(jīng)元的活性增強(qiáng)，多巴胺會分泌較多，讓人和老鼠產(chǎn)生興奮，并在很長時(shí)間都可以留在記憶中。