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2015.02.03
問:是什么讓人類比其他動物更聰明?答:烹飪。這個答案真是吃貨的福音!烹飪熟食能夠使得我們在短時間為身體提供更多能量,而充足的能量使大腦進化出超出普通哺乳動物的數(shù)倍的神經(jīng)元……啥都別說了,菌菌要去吃熱乎乎的夜宵了!
片長:13分22秒,人類大腦最特別的地方在哪里?
以下內(nèi)容整理自:TED | 人類大腦最特別的地方在哪里?
對于人類的大腦來說,什么是最特別的?我們?yōu)槭裁匆芯科渌膭游??而不是他們研究我們?有沒有什么是人類大腦可以做的,而其他動物的大腦不能做的?十年前,我對這些問題產(chǎn)生興趣。
所有的大腦的構(gòu)成方式不盡相同
科學(xué)家認為,他們知道大腦不同的組成部分,即使那些都是基于一些非常小的證據(jù)??茖W(xué)界認為所有的哺乳動物的大腦,包括人類的大腦,是由同樣的東西組成,一系列的神經(jīng)元和大腦的大小總是成為成正比。這個意味著,兩個同樣大小的大腦應(yīng)該有同樣數(shù)量的神經(jīng)元。如果我們說神經(jīng)元是大腦功能信息處理的單位,那么兩個大腦各自的擁有者應(yīng)該有的相近的認知能力。然而,其中一個是黑猩猩,而另一大腦屬于一頭母牛。也許牛有很豐富的精神生活,并且很聰明,他們選擇不會讓我們意識到這一點,但我想大多數(shù)人會同意,相比于牛來說,黑猩猩具有更加復(fù)雜以及靈活的行為。所以這是第一個征兆,顯示“所有的大腦的構(gòu)成方式都是一樣的”不是特別正確。
我們不妨繼續(xù)這個比喻。如果所有的大腦由相同的方式組成,那么將大腦大小不同的動物拿來做比較,大一點的大腦對于小一點的大腦來說應(yīng)該具有等多的神經(jīng)元,并且越大的大腦,它的主人應(yīng)該更有認知能力,所以最大的腦應(yīng)該具有最好的認知能力。這里有個壞消息:我們的大腦,不是最大的一個。我們的大腦重量在1.2和1.5公斤之間,而大象的大腦在四、五公斤之間,鯨魚大腦可重達9公斤。這就是為什么科學(xué)家們說我們的大腦肯定是非常特別的,來解釋我們的認知能力。它必須是真的非同尋常,一個例外情況。他們的大腦可能會更大,但我們的更好,并且我們的大腦可以變得更好。對于我們的身體的大小,我們的大腦皮層面積比我們應(yīng)該有的更大。因此,這樣將會給我們額外皮質(zhì)去做更多有趣的事情,而不是只主管我的身體。比較我們自己和巨猿,大猩猩可以是比我們大兩到三倍,但它的大腦比我們的小,我們的大腦比大猩猩的大三倍。
人類的大腦需要消耗很多能量
人類的大腦也特別在它使用的能源的量。雖然它的重量只有全身的2%,但是它單獨使用你身體每天所需能量的25%。2000卡路里中的500卡路里僅僅只是為了讓你的大腦的工作。人類的大腦已經(jīng)比應(yīng)有的大小大出很多了,相對他應(yīng)該消耗的來說,它消耗了更加多的能量,所以它很特殊。為什么進化的規(guī)則應(yīng)用到了其他生物,但不是我們?也許兩個大小相似的大腦,實際上可以由數(shù)目不同的神經(jīng)元組成;也許是一個非常大的大腦,相對于一個更具規(guī)模適度的大腦,不一定需要具有更多的神經(jīng)元;也許相比于其他大腦來說,人類的大腦具有最多的神經(jīng)元,無論其規(guī)模大小。所以這成為了對于這個答案來說最重要的問題。
您可能會聽到或讀到過我們有1000億個神經(jīng)元。10年前,我就問我的同事們他們是否知道這個數(shù)字是從哪里來的,但沒人知道。我通過深入細致的研究文獻,試圖找出該數(shù)字的原始參考,但我找不到它。似乎其實沒有人去真正的數(shù)過人類大腦里面的神經(jīng)元數(shù)量,或者其他任何的大腦里面神經(jīng)元的數(shù)量。
所以我想出了我自己的方式,來統(tǒng)計大腦里面的細胞,它最重要的一個步驟是將大腦溶解在試劑里。它的工作方式:你將一個大腦或部分的大腦,讓它溶化在洗滌劑里,洗滌劑會破壞細胞膜,但保持細胞核不變,所以你最終會看到細胞核懸浮。溶液中包含所有細胞核,可以搖晃它,并使這些細胞核在液體中均勻分布。通過在顯微鏡下觀察,只需四個或五個這種細胞核均勻分布的樣本,可以數(shù)數(shù)原子核,并能夠計算知道有多少腦細胞。這樣很簡單、非常直接,并且速度也很快。所以我們使用了這種方法來計數(shù)神經(jīng)元。
目前為止,我們計數(shù)了幾十個不同的物種。結(jié)果發(fā)現(xiàn),所有的大腦都是由不同的方式組成的。以嚙齒類動物和靈長類動物為例:在大一些的嚙齒類動物大腦里,神經(jīng)元的平均尺寸在增加。所以,大腦非常迅速地膨脹,尺寸增長比獲得神經(jīng)元更加快。但靈長類動物的大腦增加神經(jīng)元,而不是神經(jīng)元平均尺寸增大。在大腦里添加神經(jīng)元的結(jié)果是,靈長類動物的大腦和嚙齒動物相同大小的腦相比,總有更多的神經(jīng)元。大腦越大,這種差異性也會越大。
人類的大腦又是如何呢?我們平均有860億個神經(jīng)元,其中有160億個存在于大腦皮質(zhì)里。如果你認為大腦皮質(zhì)是下列功能的基礎(chǔ):意識、邏輯和抽象推理,那么這160億個神經(jīng)元對大腦皮質(zhì)來說是最重要的。我想這是對于我們能擁有卓越的認知能力最簡單的說明。我們發(fā)現(xiàn)了大腦的大小和其神經(jīng)元數(shù)目之間的關(guān)聯(lián)是可以用數(shù)學(xué)模型來計算的,我們可以計算出人類大腦如果被作成像是一個嚙齒類動物的大腦會如何——有著860億神經(jīng)元的嚙齒類動物大腦將重36公斤。巨大的大腦將會被它自己本身的重量所擠壓,這個不可能的大腦需要一個89噸的身體。
和其他的靈長類動物作比較,你會發(fā)現(xiàn)一般的靈長類動物,如果有著860億神經(jīng)元,將會有一個約1.2公斤的大腦,在大約66公斤身體中這似乎剛剛好。我們的大腦和其它靈長類動物的大腦一樣。所以人類大腦的特別之處不在于其神經(jīng)元的數(shù)目,從這方面看它只是一個大的靈長類動物的大腦。我想這是個非常謙卑和發(fā)人深省的思考,提醒了我們在自然界的位置。
能量的攝入量限制了大腦的大小
為什么我們的大腦消耗這么大的能量?人類和其他物種的大腦神經(jīng)元消耗相同的能量,平均每日,每十億個神經(jīng)元消耗六個卡路里的熱量。所以一個大腦全部精力的消耗是簡單的,線性函數(shù)可計算其神經(jīng)元的數(shù)目。結(jié)果發(fā)現(xiàn),人類的大腦消耗如此多的能量的原因是,它有大量的神經(jīng)元;而且由于我們是靈長類動物,在一個特定大小的身體里,人類比任何其他的動物,有著更多的神經(jīng)元。因為我們是靈長類動物,我們的大腦的相對消耗量是很大的。
所以我們?yōu)槭裁从袛?shù)量巨大的神經(jīng)元,特別是,如果巨猿比我們更大,那為什么他們沒有一個有著更多神經(jīng)細胞,比我們還大的大腦呢?我想,可能有一個簡單的原因。他們只是不能負擔一個大型的身體,以及多量的神經(jīng)細胞共存所需的能量。一方面,我們計算著一個靈長類動物每一天借由吃生的食物獲取多少能量;另一方面,有多少能量在一個特定大小的身體中消耗,有多少能量在含有特定數(shù)量神經(jīng)元的大腦中消耗。然后我們結(jié)合身體尺寸,找到靈長類動物每天花一定時間在吃上面,能夠負擔得起的大腦神經(jīng)元數(shù)目。
然后我們發(fā)現(xiàn),一個靈長類動物每天吃八個小時,才能夠負擔最多530億神經(jīng)元,但是與此同時,它的身體不能超過25公斤。任何比這更重的重量都使它必須放棄一些神經(jīng)細胞。當你吃的像靈長類動物時,龐大的身體和大數(shù)量的神經(jīng)元不可兼得。
一個方法超出此種代謝限制就是每一天花更多的時間在吃飯上面,但是,這樣是很危險的,某種程度上,它是不可能發(fā)生的。例如大猩猩和紅毛猩猩,能夠負擔約300億個神經(jīng)元。它們每天花八個半小時吃飯,這似乎是它們所能做的一切。9個小時的每日飼喂是靈長類動物的實際限制。
人類通過烹飪提高了能量的攝取效率
那我們呢?根據(jù)我們的860億神經(jīng)元和60到70公斤的體重,我們應(yīng)該每天要花超過九個小時在吃飯上,這是不可行的。如果我們像靈長類動物一樣吃,我們不應(yīng)該在這里。
我們怎么在這里呢?唯一的選擇是以某種方式從相同的食品上獲取更多的能量。引人注目的是,這和我們的祖先早已發(fā)現(xiàn)的完全匹配。在一百五十萬年前,他們發(fā)明了烹飪,在食物進入你身體前預(yù)先消化食物。煮熟的食物比較軟,所以他們更容易嚼爛,在你的嘴里完全粉碎,這就使他們能夠完全被消化并且被你的腸道所吸收,這使得它們在更少的時間內(nèi)帶來更多能源。所以烹飪讓我們有更多的時間,去用我們的神經(jīng)元做更多有趣的事情,而不是只想著食物,尋找食物,并吞噬下食物,花去整整一天。
由于烹飪,曾是一個沉重的負擔且極其昂貴的、有著一大堆神經(jīng)元的大腦,現(xiàn)在能夠成為一項重要資產(chǎn)。我們可以為神經(jīng)元提供能量,并且把時間用在去做一些有趣的事情。這就解釋了為什么人類的大腦在進化過程中增長如此之快。由于烹飪,我們可以負擔得起這么大的大腦,我們迅速地進步著,從生食到文化、農(nóng)業(yè)、文明、雜貨店、電力、冰箱,所有這些事物。現(xiàn)今使我們能夠快速得到我們一整天所需的所有能量,來自于你最喜歡的快餐食品。所以曾經(jīng)的一種解決辦法,現(xiàn)在成為了一個問題。諷刺的是,我們在生食中尋找解決方案。
人類的優(yōu)勢是什么?我們有什么東西是其他動物沒有的嗎?我的答案是我們有最大數(shù)量神經(jīng)元存在于大腦皮層中,并且我認為這能最簡單地解釋為什么我們有卓越的認知能力。還有就是我們做了什么是沒有其他動物做的?我認為使我們能夠達到這么多的,最多數(shù)量的神經(jīng)元存在于大腦皮質(zhì)中的基本原因是兩個詞,我們做飯。沒有其他動物烹飪它們的食物,只有人類才做。而且我認為,這就是我們是怎么成為人類的。
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