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如果我们想要正确地确定我们(人类)在这个广阔而复杂宇宙中的位置,就必须精确地了解我们的大脑

时间:2011-06-21 16:30:49  来源:  作者:

英国分子生物学家以及作为1953年确定DNA结构专家之一的弗朗西斯·克里克曾经在其著作中说过:“如果我们想要正确地确定我们(人类)在这个广阔而复杂宇宙中的位置,就必须精确地了解我们的大脑。”

克里克的建议在最近几年得到重视。对古人类头骨化石的研究揭示了人类大脑的发展、尤其是在80万到20万年前这段时间的变化过程:为了适应新的环境和频繁的气候变化,人脑实现了令人震惊的生长。

在200万年的演变过程中,人类大脑体积增加了三倍,负责计划和决策的大脑新皮层明显增加。因为这个进步,人类取得了辉煌的成就,创建了各种文明以及复杂的社会行为。尽管如此,很多科学家还是想知道,人类大脑的发展和所能达到的智力是否存在极限。

这些疑问逐渐得到了研究的证实,确实存在着在生物和生理上阻止大脑变得更强大的限制。是否能够让大脑的体积进一步增长,从而增加更多的神经元以提高大脑的处理能力呢?科学家认为,这会使能量消耗大大提高,导致身体虚脱。那么缩小神经元以便让现有的空间能够容纳更多的脑细胞是否可行呢?实验证明这条路也行不通:如果神经元变得很小,就会变得过于不稳定。

荷兰神经学研究人员米歇尔·霍夫曼在其研究中指出,高能耗是阻止大脑增长的一个原因,虽然大脑的重量只相当于人体重量的2%, 但要消耗肌体能量的25%,使用量远远高于其他任何器官。如果大脑继续生长,就会从其他重要器官夺走更多的能量和养分,令人类的生存能力受到威胁。

朝着相反方向发展也会遇到类似问题,研究显示过多缩小神经元及其传递脉冲的延长部分会让它们的活动变得不稳定。剑桥大学神经科学家西蒙·劳克林解释说,这种做法同样会遇到能量问题,神经元使用线粒体在内部生成能量,如果缩小神经元,其能量供应就会随着体积缩小而减少。如果神经元变得太小,就不得不降低活动频率以在有限的能量中生存。

无论是通过自然演变还是基因手段,让人类大脑的脑容量变得更大的途径之一显然是增加它的体积。但这会产生一个严重问题:随着大脑的生长,其神经元的体积也会增加,导致大脑密度降低。这会使脑细胞之间的距离变大,连接细胞的轴突也必须变得更粗更长,这样才能更快地传递数据。结果会怎样呢?霍夫曼认为,这会使细胞电脉冲传递的时间变得更长,让大脑无法以正常的速度处理信息。

美国范德比尔特大学物理学家维贾伊·巴拉苏布拉马尼安指出,更粗的轴突还会导致另一个与能量有关的严重问题。例如轴突变粗一倍,能耗也会增加一倍,但脉冲传递速度却只能提高40%。必须强调大脑体积并不是决定智力或信息处理能力的唯一或主要因素,大脑“缆线”结构及其活动也许更为重要。随着大脑体积变得更大,更多的能量被用来增强内部轴突而不是大脑信息处理区域的能力,因此增加大脑体积(来提高智力)的想法不可行。

 

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