很長時(shí)間以來，我們?nèi)祟愐恢闭J(rèn)為自己是認(rèn)知能力最佳的動(dòng)物。然而，從許多重要方面來看，具有最佳認(rèn)知能力與進(jìn)化的最完美還是有所區(qū)別的。正如馬克·吐溫在1903年所指出的那樣：“將人類視作進(jìn)化最完美的生物，就像認(rèn)為修建埃菲爾鐵塔只是為了給尖頂涂上最后一道漆一樣荒謬。”而且，“進(jìn)化”并不是“進(jìn)步”的同義詞，它所指的僅僅是“隨著時(shí)間的推移而發(fā)生改變”。人類甚至稱不上是最年輕，最晚進(jìn)化的物種，比如說，大概14500年之前形成的維多利亞湖是東非大裂谷中最年輕的湖泊，但其中仍然生活著500多種慈鯛魚（進(jìn)化最成功的魚類之一）。
盡管如此，人類大腦確有某些獨(dú)特之處。這些獨(dú)特之處不僅賦予了我們分析人類大腦構(gòu)成的認(rèn)知能力，也讓我們找到了人類大腦推定自己優(yōu)于所有其他生物大腦的依據(jù)。如果只有我們才能用顯微鏡觀察其他動(dòng)物，而其他動(dòng)物不能觀察人類，那么人類大腦一定具備某些其他動(dòng)物大腦所不具備的東西。
嗨，帥哥： 自20世紀(jì)60年代晚期，心理學(xué)家們已開始研究這一問題：如果一個(gè)物種能從鏡子中認(rèn)出自己，是不是就意味著它具有智力和自我覺察能力？
大腦體積是我們需要衡量的第一個(gè)指標(biāo)：如果大腦是產(chǎn)生認(rèn)知能力的器官，那么大腦的體積越大，認(rèn)知能力就越強(qiáng)。但顯然，大腦大于人類的大象，其行為的復(fù)雜性和靈活性都比不上人類。另外，將大腦體積與認(rèn)知能力劃等號(hào)，意味著承認(rèn)所有生物都具有相同的大腦構(gòu)造，也意味著大腦體積與神經(jīng)元數(shù)量成正比。但是，我和我的同事們已經(jīng)從研究中得知：所有生物的大腦都有著不同的構(gòu)造，而靈長類動(dòng)物的大腦構(gòu)造顯然比其他哺乳類動(dòng)物更加精密。這是因?yàn)椋M(jìn)化過程中發(fā)生的一系列事件使靈長類動(dòng)物的大腦神經(jīng)元以更加緊湊的方式增加，而其他哺乳類動(dòng)物大腦細(xì)胞的平均大小有了顯著增長。
我們還知道不同大腦中的神經(jīng)元數(shù)量，因而我們可以修正“大腦體積越大，認(rèn)知能力越強(qiáng)”的說法并進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。神經(jīng)元的絕對(duì)數(shù)量是我們衡量的第二個(gè)指標(biāo)。在不考慮大腦尺寸的情況下，如果我們假定神經(jīng)元能產(chǎn)生認(rèn)知能力，那么神經(jīng)元越多就意味著認(rèn)知能力越強(qiáng)。的確，以前人們認(rèn)為物種間的認(rèn)知能力差異是質(zhì)的差異，且某些認(rèn)知能力是人類所特有的。而現(xiàn)在，人們意識(shí)到，人類與其他生物間的認(rèn)知能力差異僅僅是程度上的問題。也就是說，是量的差異，而并非質(zhì)的差異。\u00A0
非洲象的大腦重量是人類的三倍，那么，非洲象大腦中的神經(jīng)元，真的比我們更多么？\u00A0
人類使用的工具非常復(fù)雜，我們甚至還設(shè)計(jì)出了能制造其他工具的工具。然而，黑猩猩只能用樹枝來挖掘白蟻，猴子只能用耙子獲取視線之外的食物，烏鴉不僅會(huì)將電線折成工具以拿取食物，還會(huì)將電線藏好以供日后使用。非洲灰鸚鵡Alex是心理學(xué)家艾琳·佩珀伯格（Irene Pepperberg）的寵物，它會(huì)學(xué)著說物品的名字。黑猩猩和大猩猩雖然由于生理構(gòu)造的原因不會(huì)發(fā)音，卻學(xué)會(huì)了用符號(hào)語言交流。黑猩猩能學(xué)會(huì)等級(jí)序列：在玩按“升序”觸摸編號(hào)方塊的游戲時(shí)，黑猩猩的表現(xiàn)和反應(yīng)速度堪比訓(xùn)練有素的人類。光靠自身努力無法保護(hù)遠(yuǎn)距離食物時(shí)，黑猩猩和大象會(huì)選擇通力合作。和其他靈長類動(dòng)物一樣，黑猩猩能推斷出其他動(dòng)物的心理狀態(tài)，這是為了展現(xiàn)欺騙性行為。即使是鳥似乎也了解其他個(gè)體的心理狀態(tài)：喜鵲會(huì)在眾目睽睽之下隱藏食物，當(dāng)圍觀者走遠(yuǎn)后，它會(huì)將食物轉(zhuǎn)移到秘密的地方去。黑猩猩、大猩猩、大象、海豚和喜鵲都能從鏡子中認(rèn)出自己，它們能借助鏡子查看自己頭上的可見標(biāo)記。
上述這些基本發(fā)現(xiàn)能證明非人類物種也有認(rèn)知能力。如果我們旨在研究讓某些物種認(rèn)知能力更強(qiáng)的大腦因素，那么僅僅依靠這種單一的觀察，我們還不能實(shí)現(xiàn)“跨物種比較”。這里又涉及到了另一個(gè)最重要的問題：怎樣測(cè)評(píng)多數(shù)物種的認(rèn)知能力？怎樣找到適合比較所有物種認(rèn)知能力的測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)？ \u00A0
2014年的一項(xiàng)研究測(cè)評(píng)了多數(shù)動(dòng)物的自控能力，這是一種受大腦皮層前額葉區(qū)及關(guān)聯(lián)區(qū)域影響的認(rèn)知能力。研究對(duì)象大部分是靈長類動(dòng)物，此外也有嚙齒類動(dòng)物、看起來像狗的食肉動(dòng)物、亞洲象和各種鳥類。研究發(fā)現(xiàn)：除了亞洲象之外，其他物種在自我控制能力研究中的表現(xiàn)都與它們的大腦體積呈正相關(guān)關(guān)系。亞洲象雖然大腦體積最大，但在試驗(yàn)中遭遇了痛苦的“滑鐵盧”。研究人員考慮了亞洲象失敗的眾多原因，比如：它們并不在乎食物和任務(wù)，抑或是它們喜歡通過“不作為”的方式惹惱管理員。（我常常想為什么教猴子做事兒那么難，而訓(xùn)練人類卻相對(duì)容易呢？這是因?yàn)楹镒涌偰芤谎劭创┤蝿?wù)目的，它們根本懶得搭理人類：“拜托，難道你只讓我做這么簡(jiǎn)單的事兒?jiǎn)幔?能不能有點(diǎn)兒挑戰(zhàn)性啊？我要玩兒電子游戲！”）
聰明而勤奮的人：蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾（Suzana Herculano-Houzel）想知道人腦到底有什么特殊之處，為何與其他動(dòng)物相比，人類能做出更復(fù)雜的行動(dòng)。
對(duì)我而言，最有趣的一個(gè)可能性在于：非洲象不能完成類似于研究中需要自我控制的任務(wù)，可能是因?yàn)樗鼈兊拇竽X皮層中根本沒有前額葉神經(jīng)元。如果我們承認(rèn)靈長類動(dòng)物和嚙齒類動(dòng)物擁有不同的大腦構(gòu)造，以及不同數(shù)量和大小的神經(jīng)元，我們就必須做出如下推測(cè)：盡管非洲象大腦的體積很大，但如果按嚙齒類動(dòng)物的大腦構(gòu)建其腦部，它們的大腦皮層中可能只有30億個(gè)神經(jīng)元，小腦中可能只有210億個(gè)神經(jīng)元。而人類的大腦皮層及小腦中神經(jīng)元的數(shù)量分別為160億個(gè)和690億個(gè)。
從另一方面看，如果按照靈長類動(dòng)物的大腦構(gòu)建非洲象的大腦，則非洲象大腦皮層的神經(jīng)元數(shù)量可達(dá)到620億個(gè)，而其小腦中神經(jīng)元的數(shù)量可達(dá)到1590億個(gè)。然而，非洲象既不是嚙齒類動(dòng)物，也不是靈長類動(dòng)物。和我們研究過的象鼩、金鼴鼠等小型動(dòng)物一樣，它們只是非洲獸總目（哺乳動(dòng)物下的一個(gè)分支，包含了金毛鼴科、象鼩科、馬島猬科、土豚、蹄兔目、象及海牛）中的一種。我們發(fā)現(xiàn)：這些動(dòng)物的大腦和嚙齒類動(dòng)物頗為類似。\u00A0
這里有一個(gè)非常重要的試驗(yàn)：非洲象大腦的重量是人類的三倍，那么，它們大腦中的神經(jīng)元，真的比我們多么？如果答案是肯定的，那么我關(guān)于神經(jīng)元絕對(duì)數(shù)量決定大腦認(rèn)知能力的假說就不成立了。但如果人腦的神經(jīng)元數(shù)量確實(shí)比腦體積更大的大象多，那么我的假說就是成立的。也就是說，人類高超的認(rèn)知能力得益于人腦中數(shù)量眾多的神經(jīng)元，認(rèn)知能力和大腦的體積并沒有什么關(guān)系。舉個(gè)典型的例子，我認(rèn)為人腦中的神經(jīng)元要多于非洲象大腦皮層中的神經(jīng)元。
圖中左側(cè)文字：人類的大腦皮層中包含約200億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，其中包含20萬個(gè)錐體神經(jīng)元細(xì)胞，相對(duì)密集。圖中右側(cè)文字：大象的大腦皮層中包含約100億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，其中包含2萬個(gè)錐體神經(jīng)元細(xì)胞，相對(duì)稀疏。
這張示意圖對(duì)比了人類和大象大腦皮層中的紡錘體神經(jīng)元。圖中抽象成黑色三角形的是負(fù)責(zé)處理信息的椎體神經(jīng)元，分別位于大腦皮層的第三、第五層。青色的紡錘圖形代表著紡錘體神經(jīng)元，它被認(rèn)為可以負(fù)責(zé)處理社會(huì)性情緒及行為，比如向同類的死者表達(dá)哀悼。
我的推測(cè)有這樣的邏輯作為支撐：認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)一直都將大腦皮層（或者，更準(zhǔn)確的說法是，大腦皮層的前額葉部分）擁為唯一產(chǎn)生抽象推理、復(fù)雜決策、規(guī)劃未來等高級(jí)認(rèn)知能力的區(qū)域。然而，幾乎整個(gè)大腦皮層都會(huì)通過腦環(huán)路與小腦聯(lián)系起來，這種腦環(huán)路也會(huì)把皮質(zhì)層和小腦信息處理聯(lián)系在一起。越來越多的研究表明：小腦也會(huì)影響大腦皮層的認(rèn)知功能，它們會(huì)共同起作用。人腦中大部分的神經(jīng)元都位于皮質(zhì)層和小腦之中，也就是說，認(rèn)知能力與整個(gè)人腦、大腦皮層及小腦中的神經(jīng)元數(shù)量都有直接關(guān)系。\u00A0
這也是為何我們對(duì)于非洲象大腦的研究比預(yù)計(jì)情況更有成效的原因。
以加侖為單位的“腦湯”
非洲象大腦半球的重量超過2.5公斤，這就意味著要數(shù)清及處理非洲象大腦中的神經(jīng)元數(shù)量，必須要將其大腦切割成幾百個(gè)單片重量不超過3-5克的小片，并做成“腦湯”。我希望這種切割是系統(tǒng)化的，而非隨機(jī)性的。以前，我們?cè)们懈钍焓车牡毒邔⑷四X半球切割成完整的薄片。這種刀片雖然非常適合切割皮質(zhì)腦回，卻也有個(gè)最大的缺陷——許多人腦物質(zhì)會(huì)殘留在圓鋸片上，這妨礙了我們對(duì)腦半球神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。如果我們想要知道非洲象腦半球中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量，我們必須進(jìn)行手工切割，切片也必須更厚。這樣我們才能將最終損失降低到可忽略不計(jì)的程度。
一把手持屠夫刀就能很好地完成切割工作，為什么還要花10萬美金呢？\u00A0
我和女兒（她的假期剛剛開始）一起去了五金店，我們一直在尋找堅(jiān)固、平滑、規(guī)整且能在切割大象腦半球時(shí)起支撐作用的L型支架。此外，我還想找一把單手可控的最長的刀。（對(duì)小年輕來說，這可是一個(gè)不容錯(cuò)過的機(jī)會(huì)，事隔多年后，她或許會(huì)說：“ 嘿！媽媽！還記得我們一起切了象腦的那天嗎？”）我們先鋸掉了L型支架的結(jié)構(gòu)配筋，接著，又把象腦放入其中。縱然某些價(jià)值十萬美金的機(jī)器能完美完成這道工序，但一把手持屠夫刀就能解決的事兒，何必要花10萬美金呢？
我把放在兩個(gè)L型支架里的大象腦半球平放于試驗(yàn)臺(tái)上。我的一個(gè)學(xué)生按照我的要求拿著支架，而我則用左手扶住象腦，用右手輕柔卻堅(jiān)定地來回切割。切割幾次后，刀片就到達(dá)了大腦的后半部及小腦處，然后，我們就能看到一排面包片似的大象腦切片各自平攤在試驗(yàn)臺(tái)上。其中包括：16個(gè)大腦皮層切片、8個(gè)小腦切片，此外還有整個(gè)腦干部分和巨大的、重達(dá)20克的嗅球部分（非洲象腦嗅球的質(zhì)量是鼠嗅球的10倍）。
數(shù)一數(shù)神經(jīng)元：蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾和她的學(xué)生們橫切了象腦，并展示出了切片。這樣做是為了統(tǒng)計(jì)象腦中神經(jīng)元的數(shù)量，并與人腦中的神經(jīng)元數(shù)量作比較。\u00A0
接著，我們要從大腦皮層中分割出紋狀體、丘腦和海馬體等內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然后，將大腦皮層切成小塊，以備加工之需。隨后，我們將這些小塊分割成灰質(zhì)和白質(zhì)。 我們一共獲得了381塊組織切片，大部分切片的重量是五克的好幾倍，而我們每次只能加工五克。如果一人單獨(dú)工作，且每天只加工一個(gè)切片，那他需要不間斷工作一年多才能完成所有的加工。因此團(tuán)隊(duì)作業(yè)必不可少，特別是在我希望六個(gè)月內(nèi)就能完成所有工作的情況下。然而，盡管有一小批本科生幫忙，但兩個(gè)月過去了，我們也只完成了十分之一的加工。我們必須改變策略。\u00A0
資本是我們的救星。我算出我的閑錢大約有2500美金，也就是說，我可以在每克切片上花費(fèi)將近一美元。我將整個(gè)團(tuán)隊(duì)集合起來并告訴他們：所有幫忙的人都會(huì)得到相同數(shù)額的金錢獎(jiǎng)勵(lì)。很快，大家自動(dòng)組隊(duì)搭檔，一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)打磨，另一個(gè)人負(fù)責(zé)計(jì)算，二人共同完成加工程序。合作創(chuàng)造了奇跡。我丈夫來實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)悠時(shí)，會(huì)略帶敬意地評(píng)價(jià)那些圍在試驗(yàn)臺(tái)邊的學(xué)生，他們一邊工作，一邊興致勃勃地聊著天兒（在那之前，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室很小，他們通常都是按照不同的班次工作）。杰羅· 波菲里奧（Jairo Porfírio）接管了一大批抗體著色劑，而我則負(fù)責(zé)在顯微鏡的幫助下，統(tǒng)計(jì)非洲象腦部神經(jīng)元的數(shù)量——六個(gè)月內(nèi)，我們按計(jì)劃完成了所有加工程序。
你瞧，最終結(jié)果是：非洲象大腦中的神經(jīng)元細(xì)胞比人腦要多，而且多得還不是一星半點(diǎn)——是整整兩倍！人腦中的神經(jīng)元數(shù)量是860億個(gè)，而大象則有2570億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞。但是，值得注意的是，非洲象98%的神經(jīng)元細(xì)胞都位于小腦中，也就是大腦的后部。我們也測(cè)試了其他哺乳動(dòng)物，雖然，它們的神經(jīng)元細(xì)胞也大多位于小腦中，只不過其數(shù)量不會(huì)超過80%。非洲象大腦中神經(jīng)元細(xì)胞的特殊分布決定了其大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量只有56億。雖然，大象的大腦尺寸特別大，但與人類小小大腦中就有160億神經(jīng)元細(xì)胞的事實(shí)相比，非洲象大腦中的神經(jīng)元細(xì)胞就顯得有些相形見絀了。\u00A0
非洲象98%的神經(jīng)元細(xì)胞都位于小腦中，也就是大腦的后部
所以，我們已經(jīng)找到答案：人腦中的神經(jīng)元細(xì)胞并不比非洲象腦中的多，但是，雖然大象的大腦皮層是人類的兩倍大，但人類大腦皮層中的神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量是大象的三倍。除非我們想隱藏大象的認(rèn)知能力比人類強(qiáng)的事實(shí)（畢竟非洲象小腦中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量是人類的三倍）， 否則，我們就可以推翻我之前提出的假說了。這也說明，小腦中的神經(jīng)元數(shù)量對(duì)腦部的認(rèn)知能力沒有太大影響。
接下來，我們只需探索大腦皮層了。其實(shí)，我們的天性就已經(jīng)能夠反映實(shí)驗(yàn)的結(jié)果了。不必考慮大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量與小腦中神經(jīng)元數(shù)量的聯(lián)系，人類認(rèn)知能力遠(yuǎn)高于非洲象可以歸因于其大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量極大。\u00A0
雖然我們沒有辦法測(cè)量比較所有哺乳類動(dòng)物的認(rèn)知能力，甚至也無法得知皮層神經(jīng)元數(shù)量已知物種的認(rèn)知能力，但我們已能依照這些數(shù)據(jù)做出合理推測(cè)。如果大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量是決定物種認(rèn)知能力的主要因素， 那么，各個(gè)物種認(rèn)知能力的排名如下：\u00A0
從直覺上來說，這一排名比根據(jù)大腦質(zhì)量得出的排名更加合理，它認(rèn)為長頸鹿的認(rèn)知能力比靈長類動(dòng)物要好：\u00A0
我們得出結(jié)論：人腦和其他物種的大腦一樣，受到了進(jìn)化上的限制。但人腦又與它們截然不同：我們天生具有探究自身物質(zhì)起源和精神起源的能力。首先，我們是靈長類動(dòng)物，這使我們小小的大腦皮質(zhì)層里擁有了大量的神經(jīng)元。此外，由于我們的祖先大力推進(jìn)了科技創(chuàng)新，我們不必像其他大腦皮層中神經(jīng)元較少的物種那樣，茹毛飲血地生活在野外。
所以，相對(duì)于其他物種，我們有什么得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)呢？ 首先是人腦皮層中的神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量最多，我認(rèn)為其他物種不具備這一特征。那么神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量較多有什么好處呢？首先，它讓我們學(xué)會(huì)了烹飪食物，其次，它創(chuàng)造了歷史。它不僅是所有杰出科技發(fā)明的源泉，也是傳承科技創(chuàng)新的文化使者，這種傳承讓我們的認(rèn)知能力不斷螺旋式的上升。\u00A0