人與猴類在基因組構(gòu)成上的相似度接近 98%，而人與黑猩猩的基因相似度則高達(dá) 98.7%，但為什么這些猴類沒有進(jìn)化成像人類這樣如此之高的智商，進(jìn)而在地球上占有絕對地位呢？這一問題一直困擾著各國神經(jīng)領(lǐng)域及進(jìn)化研究領(lǐng)域的研究者。

幾十年來，神經(jīng)科學(xué)家通過對人類和其他靈長類動(dòng)物的大腦進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)兩者間存在許多細(xì)微而重要的“硬件”差異，但這些差異不足以當(dāng)作人類智商遠(yuǎn)高于其他靈長類動(dòng)物的緣由。

而現(xiàn)在，來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學(xué)研究所的 Rony Paz 教授的最新研究，對這個(gè)困擾研究人員很久的問題給出了更好的解釋：內(nèi)在“軟件”組成卻千差萬別，這導(dǎo)致了人類與猴類智商上的巨大差異。

（來源：Cell）

團(tuán)隊(duì)通過研究單神經(jīng)元，可以分析出這些“軟件”差異究竟是什么，該研究結(jié)果發(fā)表于 1 月 17 日的 Cell  雜志。這項(xiàng)研究利用了來自癲癇病人大腦深處的單個(gè)神經(jīng)元的一組罕見數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)采集于接受神經(jīng)外科手術(shù)的癲癇病人，其意義不僅僅限于了解人類與靈長類腦部進(jìn)化的不同，更對認(rèn)識(shí)人類精神類等腦部疾病的病理生理學(xué)機(jī)制具有重要意義。研究人員推測，這些結(jié)果可能還有助于解釋人類獨(dú)特的智力是如何產(chǎn)生的。

科學(xué)家認(rèn)為，這種不尋常的研究可以幫助他們更好地將從動(dòng)物模型得到有關(guān)精神疾病的研究成果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院神經(jīng)元生物物理學(xué)方向的 Mark Harnett 教授表示，“人類與非人類靈長類動(dòng)物在行為和心理上存在明顯差異，現(xiàn)在我們看到了兩種物鐘大腦內(nèi)十分奇特的‘軟性’差異。因此，這是一項(xiàng)非常有價(jià)值的研究”。

人腦居然會(huì)為了效率犧牲穩(wěn)定性！

該研究是來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學(xué)研究所的 Rony Paz 和加州大學(xué)洛杉磯分校（ UCLA ）的神經(jīng)外科醫(yī)生 Itzhak Fried 合作進(jìn)行。

圖丨 Rony Paz（來源：雷霍沃特魏茲曼科學(xué)研究所）

其中，Paz 主要研究獼猴學(xué)習(xí)過程中神經(jīng)回路動(dòng)力學(xué)，集中在兩個(gè)截然不同的大腦區(qū)域：杏仁核和扣帶皮層。杏仁核是一個(gè)進(jìn)化上較為原始的區(qū)域，掌管基本生存技能。而扣帶皮層則是進(jìn)化較晚的大腦區(qū)域，它主要處理更復(fù)雜的認(rèn)知行為。

這項(xiàng)研究的關(guān)鍵在于一組十分難得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自那些正在接受神經(jīng)外科手術(shù)的癲癇患者。這些癲癇患者進(jìn)行了一種治療，在他們的大腦中植入一系列精細(xì)電極，并記錄電極活動(dòng)，從而確定其癲癇發(fā)作的起源。患者住院至癲癇發(fā)作，然后醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)去除電極和受損的腦組織，也就是去除癲癇活動(dòng)的來源。在等待癲癇發(fā)作期間，患者通常會(huì)參與探索腦功能的簡單實(shí)驗(yàn)。

圖丨 Itzhak Fried（來源：UCLA）

而在這次的實(shí)驗(yàn)初始，Paz 教授想了解猴腦中這些區(qū)域的神經(jīng)元與人類究竟有哪些不同。于是，他聯(lián)合 Fried 教授開啟了他們的研究。Fried 教授先前開創(chuàng)了對癲癇患者使用單神經(jīng)元記錄技術(shù)，因此團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)首次使用跟蹤單個(gè)神經(jīng)元的技術(shù)分析出人類和猴腦的“軟性”差異。

Paz 和 Fried 從大腦區(qū)域附近植入電極并參與記憶研究的癲癇病人中采集了大量數(shù)據(jù)，并從這些數(shù)據(jù)中找出了杏仁體和扣帶回皮質(zhì)的單神經(jīng)元數(shù)據(jù)。他們比較了這些神經(jīng)元與猴子神經(jīng)元活動(dòng)的兩個(gè)特性：穩(wěn)健性和效率。

這些數(shù)據(jù)來自五只猴子和七個(gè)人的兩個(gè)大腦區(qū)域近 750 個(gè)神經(jīng)元。它們由單個(gè)神經(jīng)元在數(shù)小時(shí)內(nèi)記錄下來的一連串放電峰值或低谷組成。研究人員對這些集中在癲癇患者大腦深處的單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行了分類和分析，進(jìn)而明確人腦在處理信息時(shí)的“穩(wěn)健性”變化。

圖丨人腦和猴腦穩(wěn)健性與效率的對比（來源：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）

他們發(fā)現(xiàn)，在這兩個(gè)物種中，杏仁核中的信號(hào)比扣帶皮層中的信號(hào)更強(qiáng)。但扣帶皮層信號(hào)強(qiáng)的大腦更有效率。人類的兩個(gè)區(qū)域都比猴子中的區(qū)域更不穩(wěn)健但卻更有效。

這個(gè)結(jié)果出乎他們的預(yù)料，因?yàn)檫@說明人類犧牲了一些大腦穩(wěn)健性來提高其效率。因此，這些結(jié)果可有助于研究人員解釋人類獨(dú)特的智力，以及為何人類會(huì)患有精神疾病的內(nèi)在機(jī)制。

圖丨信息處理時(shí)神經(jīng)元所動(dòng)用的運(yùn)算潛力對比（來源：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）

人類比其他靈長類動(dòng)物更會(huì)進(jìn)行利益的權(quán)衡取舍，但由于人腦需要更高的效率，因此它也丟棄一定“穩(wěn)健性”。因此，人腦的皮質(zhì)更容易出錯(cuò)，這也解釋了為何人類更容易罹患精神疾病。這些結(jié)果與神經(jīng)心理學(xué)中的其他理論產(chǎn)生共鳴。

加州大學(xué)伯克利分校的認(rèn)知神經(jīng)學(xué)家 Robert Knight 說，這印證了神經(jīng)心理學(xué)的其他理論。神經(jīng)心理學(xué)認(rèn)為，大腦中神經(jīng)元活動(dòng)的同步可能與精神病或抑郁癥有關(guān)。Knight 說:“這類研究非常重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)神經(jīng)科學(xué)研究都是在動(dòng)物身上進(jìn)行的，假設(shè)神經(jīng)活動(dòng)的核心模式是跨物種的，那么對人類也是如此?！?/span>