人類(lèi)大腦為什么變小了？
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導(dǎo)讀： 一般認(rèn)為，腦容量越大，意味著有更多的神經(jīng)元細(xì)胞、神經(jīng)髓鞘細(xì)胞和細(xì)胞間突觸聯(lián)系，大腦可以執(zhí)行更多次的運(yùn)算和信息整合，也就是可能會(huì)更聰明。 可是，你知道嗎，我們?nèi)四X容量的巔峰可不是現(xiàn)在，而是一萬(wàn)年前到三萬(wàn)年前。這是怎么回事？人腦的演化趨勢(shì)未來(lái)會(huì)是怎樣的呢？
我們現(xiàn)代人的腦容量在現(xiàn)存的靈長(zhǎng)類(lèi)中是最大的，平均能達(dá)到1350立方厘米（cc）。作為對(duì)比，體型更大的大猩猩，卻只有500cc。大型哺乳類(lèi)，比如大象或者鯨魚(yú)，絕對(duì)腦容量比現(xiàn)代人大，但是相對(duì)容量也遠(yuǎn)不及人腦。
一種普遍的想法是，從猿演化到人，腦容量持續(xù)增大，我們現(xiàn)代人擁有最強(qiáng)大腦，所以才發(fā)展出燦爛的文明。然而，非常有趣（尷尬）的是，隨著大量化石的出土，古人類(lèi)學(xué)家發(fā)現(xiàn)智人（Homo sapiens，智人被認(rèn)為是曾經(jīng)多樣化的人類(lèi)種群和類(lèi)人猿群中的唯一幸存下來(lái)的種群，也就是人類(lèi)，而現(xiàn)代人屬于晚期智人）腦容量的頂峰并不是現(xiàn)在，而是在距今幾萬(wàn)年的舊石器時(shí)代末期。
這也就意味著最近幾萬(wàn)年里我們的大腦實(shí)際上是變小了！怎么會(huì)這樣？
在過(guò)去的幾百萬(wàn)年里，早期人類(lèi)祖先的腦容量的確經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)的階段。早期的南方古猿（Australopithecus），它們的大腦（450cc）只比黑猩猩的（400cc）稍大。后來(lái)的直立人（Homo erectus），腦容量已經(jīng)翻倍到950cc。而我們?nèi)祟?lèi)，腦容量增加的趨勢(shì)一直持續(xù)到舊石器時(shí)代末期。
之后人類(lèi)的腦容量開(kāi)始減小，拐點(diǎn)一般認(rèn)為發(fā)生在一萬(wàn)到三萬(wàn)多年前。根據(jù)古人類(lèi)學(xué)家Maciej Henneberg在1990年代的測(cè)算，拐點(diǎn)發(fā)生之前的人腦容量，男性平均達(dá)到了1593cc，女性1502cc， 而現(xiàn)代人中這兩個(gè)數(shù)字是1436cc和1241cc。
也就是說(shuō)，在過(guò)去幾萬(wàn)年的時(shí)間里，男性和女性的大腦分別減小了157cc (9.7%)和261cc (17.4%)，平均下來(lái)大概是一個(gè)棒球的大??！
也可以從增大和減小的速率來(lái)比較：在拐點(diǎn)之前，腦容量平均每一萬(wàn)年增加7cc；在拐點(diǎn)之后，幾萬(wàn)多年的時(shí)間里腦容量就減小了200多cc，減小的速度比增加的速度快很多。
值得注意的是，這種腦容量減小的現(xiàn)象分布很廣泛，在不同地區(qū)、氣候和生活方式的人類(lèi)化石里都有發(fā)現(xiàn)。但是應(yīng)該如何解釋這個(gè)現(xiàn)象，卻涌現(xiàn)出了不同的理論。
一派觀點(diǎn)認(rèn)為，最近幾萬(wàn)年里人腦容量的減小，是因?yàn)槲覀凅w型變小了。同一物種內(nèi)部或者相近物種之間，腦容量和體型是顯著正相關(guān)的，也就是說(shuō)塊頭大的人腦袋也很可能大。
體型大小可以從兩方面描述：身高和體重。從某些化石例如股骨的長(zhǎng)度，可以推測(cè)出身高。但是，就現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)看，過(guò)去幾萬(wàn)年里身高并沒(méi)有明顯的降低趨勢(shì)。
體重的估算，相比腦容量和身高而言，可靠性更低。因?yàn)轶w重可塑性很強(qiáng)，我們可以在短時(shí)間內(nèi)吃胖或者減肥。Christopher B. Ruff等人使用了兩種不同的方法從人類(lèi)化石估算體重，結(jié)果發(fā)現(xiàn)過(guò)去一萬(wàn)多年里人類(lèi)的體重確實(shí)有所降低。具體來(lái)說(shuō)，舊石器時(shí)代晚期人類(lèi)平均體重是62.9千克，這比現(xiàn)代人的58.2千克重了大概4.7千克。
人類(lèi)的腦容量演化圖示。藍(lán)色點(diǎn)代表現(xiàn)代人。制圖：趙志磊。數(shù)據(jù)來(lái)源：參考文獻(xiàn)[4]
假設(shè)這項(xiàng)測(cè)算是準(zhǔn)確的，那么體重的降低能否完全解釋腦容量的減??？古人類(lèi)學(xué)家John Hawks為此建立了具體的數(shù)學(xué)模型。計(jì)算結(jié)果表明，體重每下降一千克，腦容量減小大約4.3cc。因此一萬(wàn)多年間降低的4.7千克體重，僅僅只能解釋大約20cc的腦容量降低，和實(shí)際觀察到的200cc的數(shù)值相去甚遠(yuǎn)。此外，體型的減小先于腦容量的降低，在時(shí)間上并不同步。在體型減小的早期，腦容量也并沒(méi)有降低，因此應(yīng)該有額外的因素在起作用。
一派流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，這額外的因素就是營(yíng)養(yǎng)攝入，尤其是動(dòng)物蛋白的攝入，也就是和吃肉有關(guān)系。就能量代謝而言，大腦是人體中的“耗能大戶(hù)”：雖然它只占人體總質(zhì)量的2%，但是消耗的能量卻超過(guò)20%。維持一個(gè)碩大的腦，需要大量的能量和營(yíng)養(yǎng)攝入。
自舊石器時(shí)代末期以來(lái)，人類(lèi)社會(huì)逐漸從采集狩獵到農(nóng)業(yè)過(guò)渡。在這個(gè)過(guò)程中，人體能夠攝入的營(yíng)養(yǎng)的種類(lèi)、數(shù)量和質(zhì)量發(fā)生了很大的變化。Yuval Noah Harari在《人類(lèi)簡(jiǎn)史》中提出農(nóng)業(yè)雖然增加了食物的總量，促進(jìn)了人口的增長(zhǎng)，但是對(duì)個(gè)人攝入的營(yíng)養(yǎng)而言，其質(zhì)量和多樣性是下降的。在采集狩獵時(shí)代，食物的來(lái)源多樣化，動(dòng)物蛋白豐富，營(yíng)養(yǎng)更均衡，而在農(nóng)業(yè)社會(huì)，食物主要依賴(lài)單一的幾種農(nóng)作物，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)失衡。
然而并不是所有群落都進(jìn)入了農(nóng)業(yè)社會(huì)，其中一些仍然保持著采集狩獵的生活方式。為什么他們的腦容量也減小了？人類(lèi)學(xué)家Andrzej Wiercinski認(rèn)為，在舊石器時(shí)代末期，由于氣候變化等原因，大型獵物的數(shù)量在快速減少，所以采集狩獵者能獲取的動(dòng)物蛋白可能也在減少。
當(dāng)營(yíng)養(yǎng)攝入不足、需要開(kāi)源節(jié)流時(shí)，“耗能大戶(hù)”的腦可能首當(dāng)其沖，導(dǎo)致其減小的速率大于身體的其他器官。
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進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以后，普通居民攝入的營(yíng)養(yǎng)水平有很大的提高，相對(duì)應(yīng)地，研究者發(fā)現(xiàn)在某些地區(qū)腦容量有反彈的趨勢(shì)，進(jìn)一步為營(yíng)養(yǎng)假說(shuō)提供了支持。
除了體型或者營(yíng)養(yǎng)這樣的生理因素，另外一個(gè)有趣的假說(shuō)是集體智慧（collective intelligence）或勞動(dòng)分工（division of labor）。如何在腦容量不再增加甚至減少的情況下，保證文明繼續(xù)向前發(fā)展？做一個(gè)類(lèi)比，如果單個(gè)芯片的計(jì)算性能遇到了發(fā)展瓶頸，如何繼續(xù)增加算力來(lái)解決越來(lái)越復(fù)雜的問(wèn)題？
一個(gè)很有效的方法就是分布式計(jì)算，把大問(wèn)題分解為很多的小問(wèn)題，然后分派給個(gè)體來(lái)解決。
對(duì)應(yīng)到人類(lèi)社會(huì)，就是集體智慧和勞動(dòng)分工。隨著群落里人口的增加以及社會(huì)結(jié)構(gòu)的完善，勞動(dòng)分工變得越來(lái)越細(xì)化。雖然整個(gè)集體的智慧在進(jìn)步，但是每個(gè)人需要掌握的知識(shí)和技能不一定增加。每個(gè)采集狩獵者可能需要了解大量關(guān)于他們生活環(huán)境中動(dòng)植物的知識(shí)，掌握完備的技能樹(shù)，但是農(nóng)業(yè)社會(huì)中的從業(yè)者更多是重復(fù)專(zhuān)一化的勞動(dòng)。
分工與合作促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步，不必再依賴(lài)于個(gè)體腦容量的無(wú)限增加。
Georgina Montserrat Reséndiz-Benhumea等在2021年發(fā)表的研究為這種假說(shuō)提供了支持。他們通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)腦容量小的個(gè)體，如果能夠相互分享從環(huán)境中獲取的有用信息，它們可以實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)自由度和腦容量大的孤立個(gè)體沒(méi)有顯著區(qū)別。
有趣的是，在一些社會(huì)性的昆蟲(chóng)里也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的現(xiàn)象。胡蜂科既有獨(dú)居的物種，也有群居的物種，而且群居的生活方式獨(dú)立進(jìn)化了很多次。Sean O’Donnell等比較了29種胡蜂的大腦，發(fā)現(xiàn)當(dāng)胡蜂從獨(dú)居的生活方式進(jìn)化到群居時(shí)，大腦中負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)和記憶功能的蕈形體（mushroom body）顯著地變小了。
我們身邊有一些被馴化的動(dòng)物，比如說(shuō)狗和羊，比起它們未經(jīng)馴化的祖先，腦容量也變小了，這又是為什么？從某些角度來(lái)看，人類(lèi)從獨(dú)立小群落、低人口密度的采集狩獵，發(fā)展到聚集的、高人口密度的農(nóng)業(yè)社會(huì)，也在經(jīng)歷一個(gè)“自我馴化”(self-domestication)的過(guò)程。這是否意味著腦容量的減小和馴化有關(guān)系？
演化人類(lèi)學(xué)家Brian Hare是自我馴化理論的主要倡導(dǎo)者。他提出在馴化或者自我馴化的過(guò)程中，個(gè)體之間的競(jìng)爭(zhēng)，尤其是攻擊性為，會(huì)被大幅削弱，取而代之的是友善與合作。狗群或者羊群中最具有攻擊性的那只可能是最早被馴化者淘汰的。同樣地，人類(lèi)社會(huì)中可能存在選擇壓力來(lái)淘汰攻擊性強(qiáng)的人，而青睞那些友善的人，也就是“友者生存”(survival of the friendliest)。
因?yàn)閭€(gè)體之間的競(jìng)爭(zhēng)減弱了，腦容量開(kāi)始逐漸變小。黑猩猩和倭黑猩猩是演化上的近親，它們之間行為和腦容量的對(duì)比，為此提供了一個(gè)很好的例證。黑猩猩攻擊性很強(qiáng)，常常因?yàn)闋?zhēng)奪資源、地位和交配權(quán)發(fā)生流血事件。但是倭黑猩猩之間卻非常友好，會(huì)相互分享資源，那些攻擊性強(qiáng)的雄性，反而不討雌性的喜歡。對(duì)比它們的腦容量，友善的倭黑猩猩的腦容量相對(duì)更小。
除了上述提到的幾種假說(shuō)，學(xué)者還提出了諸如氣候變化、腦結(jié)構(gòu)重組等因素來(lái)解釋腦容量的減小。因?yàn)樽C據(jù)缺乏以及篇幅限制，筆者在此就不再詳述了。
和演化生物學(xué)中的很多問(wèn)題一樣，現(xiàn)有的證據(jù)并沒(méi)有完全證實(shí)或者證偽某一種假說(shuō)。過(guò)去幾萬(wàn)年里我們腦容量的減少可能是多種因素共同作用的結(jié)果。但是，對(duì)于這一問(wèn)題的思考，本身就是一個(gè)很有趣的過(guò)程。
同時(shí)，“以史為鑒，可以知興替”，我們現(xiàn)在已經(jīng)知道腦容量可以短期內(nèi)發(fā)生改變，我們不禁要問(wèn)——未來(lái)我們的大腦會(huì)有多大？如今我們?cè)絹?lái)越依賴(lài)電腦來(lái)解決問(wèn)題，而通用人工智能的實(shí)現(xiàn)也不再遙遠(yuǎn)，一萬(wàn)年之后我們的大腦會(huì)怎樣變化？
參考文獻(xiàn)：
