大脑：人与动物共同进化的遗迹

张田勘

尽管人的进化水平远远超越其他动物，但是离开了其他动物，人类是不可能进化得如此优秀的，因为人就是源自动物。

过去，科学家们从人和动物的“同功器官”的起源已经证明了这一点。“同功器官”是指在功能上相同，有时形状也相似，但来源和基本结构都不相同的器官。比如，蝴蝶和鸟的羽翼均为飞翔器官，但是蝶翼是膜状结构，由皮肤扩展形成；而鸟翼是由脊椎动物前肢形成的，内有骨骼，外有羽毛。

现在，研究人员发现，人与动物最大的“同功器官”其实是大脑。这一发现，似乎让在智力上具有巨大优越感的人类难以接受。

发现新的相似结构

人脑和动物大脑的相似性首先体现在结构上。美国加利福尼亚大学圣地亚哥医学院神经科学系的哈维·J·卡特教授带领的研究小组发现，鸟和鸡脑部有关听觉输入分析的区域，在结构上与人和哺乳动物相似。

过去专业界的看法是：人和哺乳动物的大脑比其他动物的大脑进化发展得更快，功能更复杂，因而也更为高级。因为两者大脑在部分结构上有所不同，这种不同主要表现在前脑和皮质上，这两个部位集中体现了复杂的认知功能。虽然人、哺乳动物和鸟、鸡等都隶属脊椎动物，但两者有较大的差距。

过去的解剖研究发现，哺乳动物大脑皮质中的细胞呈现为“放射状阵列相连结”的多层结构，形成了以神经元和特殊连结为特征的功能模式。但对非哺乳动物，如鸟类等脊椎动物的大脑相同区域的研究，并未发现与哺乳动物相似的结构。于是研究人员推论，哺乳动物的大脑神经细胞和神经回路在自然界中是独一无二的，高于其他所有动物。因为，其他动物，如非哺乳脊椎动物的大脑细胞没有“放射状阵列相连结”（多层结构），所以无法像哺乳动物那样根据感觉信息做出复杂的认知和分析行为。因而，人们认为，像鸟类这样的动物只能做出“机械的套路动作”。

但是，卡特等人在最新的研究中使用了精密成像技术，包括用作描绘鸡和鸟大脑中与哺乳动物类似的听觉皮质区域的高灵敏度显像仪。两者的脑部此区域都负责听觉功能。他们发现，鸡和鸟类的大脑皮质层也呈多层结构，最令人惊奇的是，鸡和鸟的大脑皮质的细胞同样是由紧密、放射状连结单元与不同类型的细胞广泛相连，从而形成了与哺乳动物大脑皮质实际相同的“微电路”。

这也意味着，哺乳动物叠层以及阵列结构的大脑皮质特征并非唯一，更可能的情况是，大脑的叠层以及阵列结构是从更为古老的脊椎动物的大脑细胞和神经回路那里进化而来。

功能上的相通

卡特研究小组的研究结果不仅得出人和哺乳动物大脑与鸟类大脑在结构上有相似性的结论，更重要的是，它提出了一个问题：哺乳动物大脑的进化是何时开始的？

另一些研究人员的研究结果给出了一种答案：人和哺乳动物大脑与鸟类大脑的共同功能起始于3亿多年以前。许多研究显示，潜藏在复杂行为下的神经微电路对于很多脊椎动物来说是共通的。最近一些研究人员的研究结果更是提示，人与动物大脑共同利用神经回路来指挥行动是在更早的4.5亿年前。

大脑的功能相当于一个群体或一支部队的司令部，这个群体如何行动完全取决于人群受到环境的刺激后大脑做出什么样的决定和命令。美国得克萨斯大学奥斯汀分校汉斯·霍夫曼的研究团队发现，人类、鱼类和蛙类可以使用一种共同的神经回路来产生多元化的社会行为，而且这种现象已经存在了4.5亿年了。霍夫曼认为，这种神经回路涉及社会行为，是存在于所有古脊椎动物中的。也就是说，人类的基本神经回路与动物是同源和同功的，而且人类大脑的神经回路与动物一样都是相当古老的。

霍夫曼研究小组选取了88种脊椎动物进行研究，其中包括鸟类、哺乳类等动物。研究人员分析了这些动物的大脑负责社会行为的12个区域，结果发现了两个神经网络的基因有特殊的活性。其中，一个神经网络主要负责评估外界环境刺激的相对重要性，这个网络就是中枢边缘系统；而另一个神经网络则主要负责社会行为，可以称为社会行为网络。第一个神经网络的功能体现在对于药物成瘾和浪漫爱情（爱情的反应就像药物成瘾一样，可以在大脑中体现）刺激下的情绪和精神反应，以及相应的行为特征，如兴奋、愉悦；而后一个神经网络则负责社会行为，如婚配和共同捕食。

由于在脊椎动物大脑负责社会行为网络的神经细胞的基因活性水平上寻找到了共性，霍夫曼等人认为，脊椎动物在过去的4.5亿年中既发生了行为的多样性变化，又有一些行为的一致性。

例如，婚配结构无论是一夫一妻，还是一夫多妻或一妻多夫，都是社会性很强的行为，在不同的脊椎动物种群中发生过多次变化。不过，由于一夫一妻制行为在特定的环境中对于繁殖和生存非常有利，在人类和其他一些脊椎动物中就成为一种共同的选择。也有研究揭示，这种行为的进化主要是因为神经网络作出的微小调整，而不是产生了一个新的进化。当然，这只是一种假说。如果在未来的研究中能发现不同脊椎动物相同神经回路的分子共性，才可以比较清晰地证明人、哺乳动物和鸟类等脊椎动物有共同的负责社会行为的神经回路。

共同的“奖赏机制”

虽然研究人员目前不能在脊椎动物中证明大脑的分子有共性，从而证明神经回路是人和动物大脑运行的一种共同机制，但是已经有研究证明，属哺乳纲啮齿目的老鼠，与属哺乳动物灵长目的人类，在大脑中有共同的分子机制。例如，行为成瘾在老鼠和人类中都有共同的神经回路和分子机制，这就是大脑的奖赏系统和这一系统中的神经递质，如多巴胺。

人和老鼠大脑都拥有奖赏系统，而奖赏可以分为天然奖赏和后天（如药物）奖赏。前者指的是，人和动物与生俱来的对某些东西的渴望或者依赖，比如食物和性的奖赏，在完成这样的行为后大脑可以产生愉悦感。而药物奖赏是指人和动物接触或长期服用某种药物后形成的精神和身体依赖，也称成瘾，包括药物成瘾、酒精成瘾等，它们也可以引起人和动物的欣快感。

人和老鼠大脑中的奖赏系统是中脑边缘的多巴胺系统，多巴胺是这一神经回路中传递兴奋和愉悦的最重要的神经递质。最近，人和老鼠的神经奖赏系统又有了新的研究结果。

美国旧金山加州大学的神经科学家欧内斯特研究小组发现，小鼠在自由摄取可卡因后，脑部奖赏回路的细胞会在几个月后都保留对可卡因的记忆，而当它们在非自愿的情况下摄取可卡因时，脑部奖赏回路细胞的记忆却不能维持多久。

而在人类吸毒成瘾者的戒毒过程中也发现了类似的情况，酒精成瘾和烟瘾，就算是戒掉也很容易复发。但是，主动吸毒和被动吸毒在神经回路中留下的记忆长短不同，也就决定了毒瘾的大小不同：主动吸毒者在长期治疗后仍旧屡戒不成功，而被动吸毒者则比较容易戒掉毒瘾。这说明，人和老鼠的大脑奖赏系统具有同样的分子机制，即大脑中多巴胺神经元的活性增强，多巴胺会分泌较多，让人和老鼠产生兴奋，并在很长时间都可以留在记忆中。

（摘自中国新闻周刊网）

责编：徐艳兰