腦袋大更聰明？其實不盡然

最新 09-03

自從人類開始研究大腦以來，大腦如何與智慧掛鉤就成了讓科學家們最感興趣的話題之一，其中顯而易見的一個假定便是智慧程度直接決定於大腦的尺寸——大腦越大，腦細胞就越多，人不就越聰明嗎？

一些科學家們也以此來解釋為何我們比近親黑猩猩們要更聰明；然而持反對意見的科學家們卻不在少數，他們的理由也看似無懈可擊——倘若大腦越大動物就越聰明的話，為何大象沒有展現出高於人類的智慧呢？隨著對大腦了解的不斷加深，我們終於找到了一種機制能夠同時解釋以上兩種看似無法統一的現象。

你聰明嗎？腦細胞有話要說

在介紹這種機制之前，先讓我們來了解一下大腦的組成吧。眾所周知，神經細胞（Neuron）是實現大腦功能的主要部分。當神經細胞發生病變後，人的大腦功能就會受損，甚至會引發帕金森症，阿爾茲海默症等疾病。人的大腦約有數十億個神經細胞。它們就像是一顆正在發芽的種子一般，往一邊伸出無數的「根系」（我們稱這些根係為樹突），而往另一邊長出「樹榦」（我們稱之為軸突），又在樹榦的頂端分叉出許多小「樹枝」（我們把樹枝末梢稱為突觸）。與自然界中的樹不同，一個神經細胞的突觸會與另一個神經細胞的樹突相連（樹梢與樹根），藉以傳導信息。

大腦尺寸會影響智商這個觀點的核心就在於這些神經細胞。辛辛那提大學醫學院的金·迪特里希教授（Kim Dietrich）發現當5、6歲的兒童接觸到鉛後（往往是帶有鉛塗料的玩具），神經細胞會受到損傷。相應地，當這些兒童成年後，大腦前葉的灰質（神經細胞富集區）體積會有明顯的減小[1]。這項研究雖不能證明大腦尺寸小就一定會減少神經細胞的數量（並因此影響人的認知能力），但至少告訴我們大腦尺寸偏小可能是神經細胞受損後的結果。

然而神經細胞雖然重要，但卻也只佔了大腦的10%左右（順便一提，這也就是「我們只開發了大腦功能的1/10」這個謠言的由來。），剩餘的大多由膠質細胞（Glia Cell）組成。要談大腦尺寸對智慧的影響，恐怕避不開談論這些膠質細胞的功能。長久以來人們以為這些細胞只是起了填充大腦的作用，但許多研究都表明它們在傳遞信息的能力上雖不及神經細胞，卻也有自己的一份貢獻。

加州大學伯克利分校的瑪麗安·戴蒙德教授（Marian Diamond）在1985年對愛因斯坦大腦的分析指出這位科學巨匠的大腦中，膠質細胞的數量就多於常人[2]。以現在的眼光看來，這項研究在對照組的選擇上並非十全十美，卻也讓人意識到了膠質細胞在大腦中扮演的新角色。

說起腦袋大更聰明時，愛因斯坦時常被拿出來舉例。圖片來源：/sciencenet.cn

數量與質量，缺一不可

儘管「腦袋越大，腦細胞就越多，大腦的功能就越強勁」這個觀點看來是如此地簡單直白，科學界仍然需要另一個理論來解釋為什麼有些擁有巨型大腦的動物並沒有展現出高人一等的智慧。

有些科學家比較極端，比如南非沃特威德斯蘭德的動物科學系教授保爾·曼格（Paul Manger）就認為聰明與否與腦袋的尺寸無關，而與腦細胞的能否組成一張有效的信息傳遞網有關。在他的眼裡，大腦和人類差不多尺寸的海豚由於腦部結構並不複雜，幾乎「和一條金魚一樣蠢」[3]。海豚大腦的尺寸也被他歸因於為了保持冷水中腦部的溫度而增生出的膠質細胞。

曼格的言論立刻引起了軒然大波。埃默里大學研究鯨豚大腦演化的洛麗·馬里諾教授（Lori Marino）就指出數十年來對於海豚行為的研究表明海豚是具有相當智慧的動物，而曼格的觀點無疑與這些事實相違背。她認為海豚與金魚的大腦結構很類似，並不意味著兩者的智力水平就一定接近。她推測說海豚作為哺乳動物，其腦部的功能區域與其他種類（比如說魚類）有著很大的不同。簡單地比較兩者的結構相似程度恐怕並不能說明什麼問題[3]。

2008年發表在《自然》雜誌的子刊——《自然·神經科學》上的一篇論文則從分子生物學的層面上一統了這兩種看似矛盾的觀點。

來自英格蘭的兩位科學家理查德·埃姆斯（Richard Emes）與塞斯·格蘭特（Seth Grant）分離出小鼠突觸處（即不同神經細胞相連的節點）可能起傳遞信息作用的651條基因，並在另外18種生物中尋找這些基因的身影。他們發現隨著生物的複雜程度提升，這些基因的數量也有所提高。與人相比，小鼠、狗、猩猩等哺乳動物中的這些基因數量大約只減少了5%；斑馬魚、爪蟾等非哺乳類的脊椎動物其基因數量則只有人的大約90%；而果蠅，蜜蜂等非脊椎動物的這些基因更只有人的一半左右[4]。

對於這個結果，埃姆斯與格蘭特認為這意味著參與高等生物突觸活動蛋白質更多，因此單個突觸傳遞信息的能力也就越強。如果再考慮不同大腦尺寸帶來的突觸絕對數量的差別，這就能解釋為什麼有時腦袋大的生物聰明，有時腦袋大的生物並不一定聰明了。

打個形象的比方，大腦中的突觸就好像是電腦中的處理器，尺寸則決定了處理器的數量。大腦越大，這些處理器也就越多。但這些處理器的性能卻天差地別，如果說人類的處理器是當下最新產品的級別，那麼那些魚類、昆蟲的處理器或許就只有10年或者20年前處理器的性能了。

用這個理論，我們能很好地解釋本文開頭提到的兩個現象——人類與黑猩猩的處理器性能差不多，但人類更大的大腦確保了我們有更多的智慧；大象的大腦雖然比人更大，但由於其中的處理器性能比較低，因此總體上看仍然無法比擬人類。

基因數量對於突觸功能的影響。

結論：

大腦袋有大智慧有著一定的道理，但卻不是必然。如果不考慮腦中突觸功能的水平差異的話，單純比較腦袋的尺寸並沒有意義。

本文部分編譯自《科學美國人》Fact or Fiction: When It Comes to Intelligence, Does Brain Size Matter?

參考文獻：

[1] Brubaker CJ, Dietrich KN, Lanphear BP, Cecil KM. The influence of age of lead exposure on adult gray matter volume. Neurotoxicology. 2010;31(3):259–266

[2] Diamond MC, Scheibel AB, Murphy GM Jr, Harvey T. On the brain of a scientist: Albert Einstein Exp Neurol. 1985 Apr;88(1):198-204.

[3] Kayt Sukel Fact or Fiction: When It Comes to Intelligence, Does Brain Size Matter?

[4] Emes RD, Pocklington AJ, Anderson CN, Bayes A, Collins MO, Vickers CA, Croning MD, Malik BR, Choudhary JS, Armstrong JD, Grant SG, Evolutionary expansion and anatomical specialization of synapse proteome complexity, Nat Neurosci. 2008 Jul;11(7):799-806

作者：冷月如霜

排版：曉嵐

來源：果殼網

題圖來源：588ku.com

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