大腦：人與動(dòng)物共同進(jìn)化的遺跡

張?zhí)锟?/p>

盡管人的進(jìn)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他動(dòng)物，但是離開了其他動(dòng)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?dòng)物。

過去，科學(xué)家們從人和動(dòng)物的“同功器官”的起源已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。“同功器官”是指在功能上相同，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)物相似。

過去專業(yè)界的看法是：人和哺乳動(dòng)物的大腦比其他動(dòng)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(jí)。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(dòng)物和鳥、雞等都隸屬脊椎動(dòng)物，但兩者有較大的差距。

過去的解剖研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)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(duì)非哺乳動(dòng)物，如鳥類等脊椎動(dòng)物的大腦相同區(qū)域的研究，并未發(fā)現(xiàn)與哺乳動(dòng)物相似的結(jié)構(gòu)。于是研究人員推論，哺乳動(dòng)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(dòng)物。因?yàn)?，其他?dòng)物，如非哺乳脊椎動(dòng)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(dòng)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(dòng)物只能做出“機(jī)械的套路動(dòng)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(dòng)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(dòng)物大腦皮質(zhì)實(shí)際相同的“微電路”。

這也意味著，哺乳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)于很多脊椎動(dòng)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(dòng)物大腦共同利用神經(jīng)回路來指揮行動(dòng)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(dòng)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(huì)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(huì)行為，是存在于所有古脊椎動(dòng)物中的。也就是說，人類的基本神經(jīng)回路與動(dòng)物是同源和同功的，而且人類大腦的神經(jīng)回路與動(dòng)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(dòng)物進(jìn)行研究，其中包括鳥類、哺乳類等動(dòng)物。研究人員分析了這些動(dòng)物的大腦負(fù)責(zé)社會(huì)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(píng)估外界環(huán)境刺激的相對(duì)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(huì)行為，可以稱為社會(huì)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(duì)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(huì)行為，如婚配和共同捕食。

由于在脊椎動(dòng)物大腦負(fù)責(zé)社會(huì)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(dòng)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(huì)性很強(qiáng)的行為，在不同的脊椎動(dòng)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(duì)于繁殖和生存非常有利，在人類和其他一些脊椎動(dòng)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)作出的微小調(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(dòng)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(dòng)物和鳥類等脊椎動(dòng)物有共同的負(fù)責(zé)社會(huì)行為的神經(jīng)回路。

共同的“獎(jiǎng)賞機(jī)制”

雖然研究人員目前不能在脊椎動(dòng)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(dòng)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(dòng)物靈長(zhǎng)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(jiǎng)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(jiǎng)賞系統(tǒng)，而獎(jiǎng)賞可以分為天然獎(jiǎng)賞和后天（如藥物）獎(jiǎng)賞。前者指的是，人和動(dòng)物與生俱來的對(duì)某些東西的渴望或者依賴，比如食物和性的獎(jiǎng)賞，在完成這樣的行為后大腦可以產(chǎn)生愉悅感。而藥物獎(jiǎng)賞是指人和動(dòng)物接觸或長(zhǎng)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(dòng)物的欣快感。

人和老鼠大腦中的獎(jiǎng)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(jiǎng)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(jiǎng)賞回路的細(xì)胞會(huì)在幾個(gè)月后都保留對(duì)可卡因的記憶，而當(dāng)它們?cè)诜亲栽傅那闆r下攝取可卡因時(shí)，腦部獎(jiǎng)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(dòng)吸毒和被動(dòng)吸毒在神經(jīng)回路中留下的記憶長(zhǎng)短不同，也就決定了毒癮的大小不同：主動(dòng)吸毒者在長(zhǎng)期治療后仍舊屢戒不成功，而被動(dòng)吸毒者則比較容易戒掉毒癮。這說明，人和老鼠的大腦獎(jiǎng)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(huì)分泌較多，讓人和老鼠產(chǎn)生興奮，并在很長(zhǎng)時(shí)間都可以留在記憶中。

（摘自中國新聞周刊網(wǎng)）

責(zé)編：徐艷蘭