發布時間: 2021-05-10 13:48

人類的小腦如何比我們的前額葉皮質更耀眼

人類非凡的腦力可能與我們小腦的進化有關。

重點:

• 長期以來，人類前額葉皮層的進化生長一直被認為是我們非凡腦力的一個獨特解釋。

• 然而，越來越多的證據表明，人類小腦先前未知的進化變化使我們的大腦獨一無二。

• 最近的進化研究打破了現狀，提出了關於人類大腦和小腦區域如何進化的新問題。

從歷史上看，神經科學家和進化人類學家認為，現代人不成比例的巨大額葉和幾千年前我們前額葉皮質的爆炸性增長是決定因素，使我們比古代人類和黑猩猩擁有更大的腦力。

因為我們的額葉比尼安德特人和我們的非人類靈長類近親更加突出，所以大多數進化研究都把焦點放在現代人的前額葉皮層上，這是我們大腦如此與眾不同的主要原因。

我們是否高估了前額葉皮層的進化意義？

然而，幾年前，對現代人腦形狀演化進行的開創性研究（Neubauer et al.，2018）發現，小腦兩側半球的顯著隆起（以顱底擴大的圓形小腦區域為標誌）形成了現代人類的“球狀大腦和球狀內吞體”

與此同時，另一項開創性研究（Kochiyama et al.，2018）利用計算神經解剖學技術重建了尼安德特人和早期智人的3D大腦形狀。這項研究還表明，早期智人的小腦比尼安德特人大得多。

正如Takanori Kochiyama及其合著者所解釋的，“小腦的這種神經解剖學差異可能導致了這兩個物種在認知和社交能力上的重大差異，並可能導致早期智人取代尼安德特人。”（見“較大的小腦可能有助於早期人類的繁衍。”）

最近幾周，兩項不同的研究證實了這樣一種可能性，即我們小腦的進化在人類異常思維能力的進化中所起的作用可能比以前認為的更為重要。

人類小腦在進化過程中扮演著關鍵角色

在第一項研究中（Weiss等人，2021年），斯坦福大學和加州大學舊金山分校的研究人員設計了一種新方法，從尼安德特人和傑尼索萬人等遠古人類的基因組中獲取信息，並比較現代人和他們之間的基因組差異。他們的研究結果發表在4月22日的同行評議期刊eLife上。

CarlyWeiss和合著者寫道：“這項研究為深入了解現代人類血統中出現的變異的調節功能以及人類基因表達的最近演變提供了見解。”。值得註意的是，Weiss等人發現，影響小腦的基因“可能受到這些表達變化的影響特別大，這與先前根據化石記錄（如上所述）和DNA甲基化的比較一致。更重要的是，這些結果提供了這些進化趨勢背後的候選序列變化。”

“我們還發現了腦相關表型的豐富，特別是那些影響小腦大小的表型，”Weiss等人註意到對內含序列的研究也表明小腦是尼安德特人和現代人類等位基因表達最為不同的區域之一。這些數據和我們的結果一起表明，將古代人類和現代人類分離出來的序列特別與大腦的功能，特別是小腦的功能有關。”

與猴子和黑猩猩相比，人類的小腦具有獨特的表觀遺傳特征

最近的第二項大腦進化研究(Guevara et al.， 2021)比較了人類、黑猩猩和猴子小腦中的表觀遺傳修飾與DNA。杜克大學研究人員的對比分析表明，與非人類靈長類動物相比，人類小腦具有獨特的表觀遺傳特征。這些經同行評審的研究結果發表在5月6日的《公共科學圖書館·遺傳學》雜誌上。

“小腦——大腦中曾經被認為主要負責協調運動的部分——經歷了進化變化，這可能對人類文化、語言和工具的使用有所貢獻，”公共科學圖書館的新聞稿解釋道。科學家們在研究人類如何進化出非凡的思考和學習能力時，經常將註意力集中在前額葉皮層，這是大腦執行功能的重要組成部分，比如道德推理和決策。但最近，小腦因其在人類認知中的作用而開始受到越來越多的關註。”

格瓦拉和她杜克大學的同事們在分子水平上比較了小腦和前額葉皮層之間的差異。他們的研究表明，人類DNA的甲基化模式在小腦中明顯大於在前額葉皮層中。這表明，小腦組織可能比大腦組織有更多的進化變化。

值得註意的是，對黑猩猩、恒河猴和人類大腦的表觀遺傳特征進行的並排比較表明，人類小腦的表觀遺傳差異大於我們的前額葉皮層。

“表觀遺傳差異在涉及大腦發育、大腦炎癥、脂肪代謝和突觸可塑性的基因上尤為明顯——突觸可塑性是指神經元之間連接的加強或減弱取決於它們使用的頻率，”新聞發布會上說。

“我們的研究結果支持了小腦在人類大腦進化中的重要作用，並表明先前確定的區分人類新大腦皮層的表觀遺傳特征並不是新大腦皮層所獨有的，”伊萊恩·格瓦拉總結道。

雖然前額葉皮層長期以來一直是優化人類智力和抵消認知衰退相關基因研究的主要焦點，最新的進化和表觀遺傳學研究表明，未來的研究應該繼續深入研究人類小腦的結構和功能連接如何影響我們的思維。

Christopher Bergland is a retired ultra-endurance athlete turned science writer, public health advocate, and promoter of cerebellum ("little brain") optimization.

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