发布时间: 2021-05-10 13:46

人类的小脑如何比我们的前额叶皮质更耀眼

人类非凡的脑力可能与我们小脑的进化有关。

重点:

• 长期以来，人类前额叶皮层的进化生长一直被认为是我们非凡脑力的一个独特解释。

• 然而，越来越多的证据表明，人类小脑先前未知的进化变化使我们的大脑独一无二。

• 最近的进化研究打破了现状，提出了关于人类大脑和小脑区域如何进化的新问题。

    从历史上看，神经科学家和进化人类学家认为，现代人不成比例的巨大额叶和几千年前我们前额叶皮质的爆炸性增长是决定因素，使我们比古代人类和黑猩猩拥有更大的脑力。

    因为我们的额叶比尼安德特人和我们的非人类灵长类近亲更加突出，所以大多数进化研究都把焦点放在现代人的前额叶皮层上，这是我们大脑如此与众不同的主要原因。

我们是否高估了前额叶皮层的进化意义？

    然而，几年前，对现代人脑形状演化进行的开创性研究（Neubauer et al.，2018）发现，小脑两侧半球的显著隆起（以颅底扩大的圆形小脑区域为标志）形成了现代人类的“球状大脑和球状内吞体”

    与此同时，另一项开创性研究（Kochiyama et al.，2018）利用计算神经解剖学技术重建了尼安德特人和早期智人的3D大脑形状。这项研究还表明，早期智人的小脑比尼安德特人大得多。

    正如Takanori Kochiyama及其合著者所解释的，“小脑的这种神经解剖学差异可能导致了这两个物种在认知和社交能力上的重大差异，并可能导致早期智人取代尼安德特人。”（见“较大的小脑可能有助于早期人类的繁衍。”）

    最近几周，两项不同的研究证实了这样一种可能性，即我们小脑的进化在人类异常思维能力的进化中所起的作用可能比以前认为的更为重要。

人类小脑在进化过程中扮演着关键角色

    在第一项研究中（Weiss等人，2021年），斯坦福大学和加州大学旧金山分校的研究人员设计了一种新方法，从尼安德特人和杰尼索万人等远古人类的基因组中获取信息，并比较现代人和他们之间的基因组差异。他们的研究结果发表在4月22日的同行评议期刊eLife上。

    CarlyWeiss和合著者写道：“这项研究为深入了解现代人类血统中出现的变异的调节功能以及人类基因表达的最近演变提供了见解。”。值得注意的是，Weiss等人发现，影响小脑的基因“可能受到这些表达变化的影响特别大，这与先前根据化石记录（如上所述）和DNA甲基化的比较一致。更重要的是，这些结果提供了这些进化趋势背后的候选序列变化。”

    “我们还发现了脑相关表型的丰富，特别是那些影响小脑大小的表型，”Weiss等人注意到对内含序列的研究也表明小脑是尼安德特人和现代人类等位基因表达最为不同的区域之一。这些数据和我们的结果一起表明，将古代人类和现代人类分离出来的序列特别与大脑的功能，特别是小脑的功能有关。”

与猴子和黑猩猩相比，人类的小脑具有独特的表观遗传特征

    最近的第二项大脑进化研究(Guevara et al.， 2021)比较了人类、黑猩猩和猴子小脑中的表观遗传修饰与DNA。杜克大学研究人员的对比分析表明，与非人类灵长类动物相比，人类小脑具有独特的表观遗传特征。这些经同行评审的研究结果发表在5月6日的《公共科学图书馆·遗传学》杂志上。

    “小脑——大脑中曾经被认为主要负责协调运动的部分——经历了进化变化，这可能对人类文化、语言和工具的使用有所贡献，”公共科学图书馆的新闻稿解释道。科学家们在研究人类如何进化出非凡的思考和学习能力时，经常将注意力集中在前额叶皮层，这是大脑执行功能的重要组成部分，比如道德推理和决策。但最近，小脑因其在人类认知中的作用而开始受到越来越多的关注。”

    格瓦拉和她杜克大学的同事们在分子水平上比较了小脑和前额叶皮层之间的差异。他们的研究表明，人类DNA的甲基化模式在小脑中明显大于在前额叶皮层中。这表明，小脑组织可能比大脑组织有更多的进化变化。

    值得注意的是，对黑猩猩、恒河猴和人类大脑的表观遗传特征进行的并排比较表明，人类小脑的表观遗传差异大于我们的前额叶皮层。

    “表观遗传差异在涉及大脑发育、大脑炎症、脂肪代谢和突触可塑性的基因上尤为明显——突触可塑性是指神经元之间连接的加强或减弱取决于它们使用的频率，”新闻发布会上说。

    “我们的研究结果支持了小脑在人类大脑进化中的重要作用，并表明先前确定的区分人类新大脑皮层的表观遗传特征并不是新大脑皮层所独有的，”伊莱恩·格瓦拉总结道。

    虽然前额叶皮层长期以来一直是优化人类智力和抵消认知衰退相关基因研究的主要焦点，最新的进化和表观遗传学研究表明，未来的研究应该继续深入研究人类小脑的结构和功能连接如何影响我们的思维。

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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