狨猴多少钱一只 15年来，女博士通过研磨“脑汤”，发现人类主宰地球的重要原因
2003 年， -Houze 花了大部分时间来完善令人毛骨悚然的脑汤配方。
有时她用液氮冷冻脑组织，然后用搅拌机粉碎使其液化。其他时候，她将脑组织浸泡在甲醛中，然后用清洁剂研磨，形成粉红色的浆液。
苏珊几年前获得了神经科学博士学位，自2002年起一直在里约热内卢联邦大学担任助理教授。当时，她没有经济支持，也没有自己的实验室。一个小工作台是从同事那里借来的。
苏珊娜·赫尔库拉诺-赫尔佐尔
“当时，我对那些用很少的钱和技术就能解决的问题非常感兴趣，”她回忆道。
即便是在这种尴尬的情况下，苏珊娜的脑海中仍然有一个大胆的想法。她希望用简单的方法来解决困扰科学家一个多世纪的问题：计算脑细胞的数量，不仅是人类，还包括狨猴、猕猴、鼩鼱、长颈鹿、大象和其他几十种动物的脑细胞数量。哺乳动物的大脑。
苏珊娜的做法乍一看似乎具有破坏性。研磨像大脑这样脆弱而复杂的器官如何能带来有用的见解？
但15年后，苏珊娜团队的研究成果推翻了一些关于人类思维进化的长期观念，并帮助揭示了大脑的基本设计原理和智力的生物学基础：为什么一些大大脑会带来更高的智力，而其他大头根本没有带来任何好处。
她的研究表明，六千万年前，灵长类动物与啮齿动物表亲分离后不久，其脑组织发生了微妙的调整。
这可能是一个很小的变化，但如果没有它，人类可能永远不会进化。
苏珊娜试图回答的问题可以追溯到 100 多年前，当时科学家刚刚开始研究大脑大小与智力之间的关系。
苏珊娜拿着一根管子，里面悬浮着小鼠大脑的所有细胞核。
“还可以加速缩放”
1891年8月，为了寻找早期人类的遗骸，解剖学家尤金要求人们沿着印度尼西亚爪哇岛上陡峭的河堤挖掘战壕。
他们出土了一种人形生物的头骨、左股骨和两颗臼齿，据信该生物已死亡近 100 万年前。这个化石标本被命名为爪哇直立人，后来更名为爪哇人，最终成为直立人的第一个例子。
杜波依斯想弄清楚爪哇人的智力，但他只有三点似乎有用的信息：大脑大小、身高和体重的估计。
动物学家很早就注意到，在比较不同的动物时，体型较大的动物也有较大的大脑，仿佛大脑重量与体重的比例是由某种数学定律控制的。
杜波依斯收集了数十种动物的大脑和体重数据，并最终计算出，在脊椎动物中，随着体型的增加，它们的大脑似乎以相同的速度生长。
杜波依斯推断，随着动物变大，它们的大脑也必须变大，因为它们需要更多的神经元来管理更大的身体。
他认为大脑的扩大并不会增加智力。毕竟，牛的大脑比老鼠的大脑至少大200倍，但牛似乎并不比老鼠聪明。
然而，如果我们使用这些比率来计算动物的预期大脑大小，然后将其与实际大脑大小进行比较，杜波依斯认为这种差异将反映动物的智力。
实际大脑尺寸大于预期的动物更聪明，而实际大脑尺寸小于预期的动物更笨。
杜波依斯的计算表明，爪哇人类的智力介于现代人类和黑猩猩之间。
后来，杜波依斯的公式被其他科学家修改，但他被称为“异速生长缩放”的想法得以保留。在接下来的 100 年里，这个概念开始渗透到有关大脑和智力之间关系的讨论中。
在发现体重和大脑重量之间的这种统一关系后，科学家们提出了一种称为“脑化指数”（EQ）的新指标。 EQ是动物大脑的实际重量与其预期重量的比率。它被广泛用于指示动物的智力水平。
正如你可以想象的那样，人类的情商得分为 7.4-7.8，位居榜首，紧随其后的是通常被认为更聪明的动物，例如海豚（约 5.0）、黑猩猩（2.2-2.5）和松鼠猴（约 2.3） 。狗和猫处于中间梯队（1.0-1.2）；老鼠、兔子和牛则进一步落后（0.4-0.5）。
亚利桑那大学的进化人类学家埃文·麦克莱恩（Evan ）表示，这种关于大脑和智力的思考方式几十年来一直“占主导地位”，“它已经成为一种基本的见解”。
各种动物的脑化指数。
研磨大脑来计算神经元数量
到了 20 世纪 90 年代，这种范式仍然占据主导地位。
“其背后的想法是有道理的，”苏珊娜说。
当她在 2000 年代初开始尝试计算神经元数量时，她只想着变得更加精确。她没想到会颠覆这个范式。
到本世纪之交，科学家们几十年来一直在计算神经元的数量。
这是一项缓慢而艰苦的工作，科学家通常将脑组织切成超薄切片并在显微镜下观察。他们通常可以在单个切片上计数数百个细胞。
以这种方式估算一个物种的平均脑细胞数量不仅耗时，而且结果也不一定准确。
神经细胞不仅像树枝一样有许多分支，而且这些分支相互重叠，使得科学家很难分辨细胞的起点和终点。
这就是苏珊娜要解决的问题。 2003 年初，她意识到计算神经细胞的最佳方法可能是消除所有复杂性。
她认为，无论神经细胞有多少分支或扭曲，它都应该只有一个细胞核，即细胞中储存DNA的小球体。
她所要做的就是找到一种方法来溶解脑组织，同时保持细胞核完整。然后她可以计算细胞核的数量，从而知道有多少神经细胞。
十八个月后，苏珊娜确定了一个方法：用甲醛硬化脑组织，然后用清洁剂轻轻研磨——反复将柱塞推入推出玻璃管，直到得到均匀的浆液。
接下来，稀释液体，将其滴在载玻片上，并在显微镜下观察。这时，她能看到一串蓝色的小点，那是DNA染料照亮的细胞核。
通过使用第二种染料对神经元的细胞核进行着色，她能够计算出有多少细胞核来自实际负责处理信息的神经元，而不是来自脑组织中的其他细胞。
苏珊娜能够在 15 分钟内数出数百个神经细胞。将这个数字乘以液体的总体积，她计算出一个新数字：小鼠大脑包含大约 2 亿个神经细胞。
她还研究了其他五种啮齿动物的大脑，从 40 克重的老鼠到 48 公斤重的水豚。
结果表明，在啮齿类动物中，随着大脑变得越来越大、越来越重，神经元数量的增加速度比大脑本身的重量还要慢：水豚的大脑比老鼠大190倍，但数量却只有老鼠的22倍。神经元。
苏珊娜的实验室
2006年，当苏珊娜拜访脑科学家乔恩·卡斯（Jon Kaas）研究六种灵长类动物的大脑时，她有了一个与啮齿类动物完全不同的发现。
“灵长类动物大脑的神经元比我们预期的要多得多，”她说。
苏珊在这些灵长类动物身上看到了一个明显的趋势：随着灵长类动物大脑变大，其中的神经元数量也相应增加。
这意味着，与啮齿类动物不同，灵长类动物的神经元不会随着大脑的生长而变大。
苏珊说，长期以来人们一直认为哺乳动物的大脑以相同的方式生长的假设“显然是错误的”。灵长类动物的大脑与啮齿动物的大脑非常不同。
2007年，苏珊娜和她的研究合作者发表了第一个关于非人类灵长类动物的研究结果。 2009年，她证实这种模式适用于所有灵长类动物，包括人类。
她在 2009 年至 2017 年间发表的后续研究表明，其他哺乳动物，如猪、羚羊和长颈鹿，遵循与啮齿动物类似的缩放模式，神经元数量的增长远远落后于大脑。体重增长率。
“灵长类动物和非灵长类动物之间存在巨大差异，”苏珊娜说。
然而，苏珊娜的研究并没有揭示导致现代人类大脑出现的确切进化过程。毕竟她只能数现有物种的脑细胞。
但通过研究从小到大的一系列大脑，她了解了大脑设计的原理以及灵长类动物和啮齿类动物大脑面临的不同进化限制。
人类学界对苏珊娜的发现反应积极，但也有些谨慎。
“在我完全接受这个理论之前，我希望看到更多的数据，”达勒姆大学的人类学家罗伯特·巴顿说。他指出，迄今为止，在数百种已知的灵长类动物物种中，苏珊娜只对十几个物种进行了研究。
但苏珊娜的发现已经对传统智慧提出了巨大挑战。 “这是一个伟大的见解，”麦克莱恩说，“它极大地推动了这个领域的发展。
麦克莱恩自己的研究也表明情商并不是万能的。他与合作者一起评估了 36 只动物的冲动控制能力，这是智力的重要组成部分。
他发现情商并不能很好地预测这种能力。
黑猩猩和大猩猩的情商分数只有1.5-2.5，但“它们在冲动控制方面做得非常好，这是一流的”。与此同时，松鼠猴的表现却远逊于黑猩猩和大猩猩，尽管它们的 EQ 值为 2.3。
麦克莱恩发现，预测动物自我控制能力的最佳指标是大脑的绝对大小，未根据身体大小进行校正：黑猩猩和大猩猩的情商可能不如松鼠猴，但它们的大脑绝对大小要大 15-15%。 20次。
对于灵长类动物来说，无论体型大小，更大的大脑意味着更聪明的大脑。
2017 年，苏珊娜发表了一项研究，其中她还研究了动物的冲动控制能力，但将其与一个新变量进行了比较：动物大脑皮层中的神经元数量。
她发现，这个指标与绝对大脑大小一样准确地预测了动物的自我控制能力。
苏珊总结道：“限制认知能力的最简单但最重要的因素是动物大脑皮层中神经元的数量。”
《神经元扩张的诅咒》
如果聪明的秘诀在于拥有更多的神经元，那么为什么啮齿动物和其他哺乳动物没有进化出更大的大脑来容纳更多的神经元呢？
原因是神经元扩张造成了一个大问题，最终变得不可持续。
如果啮齿类动物拥有与人类一样多的神经元（860 亿），那么它的头部将重 35 公斤。
“这在生物学上是不可能的，”麦克莱恩说。 “它太疯狂了，连路都走不了了。”
神经元扩张的问题可能是限制大多数物种大脑生长的主要因素之一，所以问题是：灵长类动物如何避免这个问题？
“神经元扩张的诅咒”可能源于一个基本事实：大脑作为一个网络运行，神经元之间需要传递信号。随着大脑变得越来越大，每个神经元都必须与越来越多的神经元保持连接。在较大的大脑中，神经元之间的距离变得更远。
“这些都是大脑成长过程中必须解决的问题，”大脑科学家卡斯说。
他假设啮齿动物和大多数其他哺乳动物通过简单地生长更长的通讯线（轴突）来解决这个问题，这导致每个神经元占据更多的空间。 。
2013 年，苏珊娜通过研究五种啮齿动物和九种灵长类动物的大脑白质，找到了这一假设的证据。
她的研究表明，与灵长类动物相比，啮齿动物的大脑越大，白质的数量增加得越快。
这些轴突不仅变得更长，而且变得更厚，使信号传输得更快，从而弥补了较长距离造成的时滞。结果是，实际用于处理信息的神经细胞的可用空间越来越少。
换句话说，啮齿动物的失败之处在于它们的大脑无法应对变大的问题，这严重限制了它们的智力。
另一方面，灵长类动物已经进化出适应性来应对这些挑战。
卡斯认为，灵长类动物通过将远距离通信的任务转移给一小部分神经元，成功地保持了大多数神经元的大小恒定。
他指出，显微镜研究表明，在大脑较大的灵长类动物中，可能有 1% 的从周围神经元收集信息，然后将信息传输到远处神经的神经元变得更大。元。
将神经元之间的大部分连接保持在本地，并只允许少数神经元长距离传输信息，这对灵长类动物的进化产生了巨大影响。
卡斯认为，它不仅让灵长类动物能够将更多的神经元塞进大脑，而且还改变了它们大脑的运作方式。
由于大多数神经元仅与周围的神经元通信，因此它们形成局部区域。每个区域的神经元负责处理特定的任务，只有任务的最终结果才会传输到其他区域。随着这些区域数量的增加，灵长类动物能够进化出更强的认知能力。
所有哺乳动物的大脑都可以分为称为皮质区的区域，每个区域都包含数百万个神经元。
卡斯说，啮齿动物似乎并没有随着大脑变大而拥有更多的皮质区域。从小老鼠到大型水豚，它们都有大约 40 个皮质区域。
但灵长类动物的大脑不同。像小猴子这样的小型灵长类动物大约有 100 个皮质区域，而人类大约有 360 个。
在灵长类动物中，一些新皮质区域承担新的社会任务，例如识别其他个体的面孔和情绪以及学习书面或口语。正是这些技能帮助推动了古代人类的进化，可以说人类智力的提高也得益于此。
“大脑很大的灵长类动物具有非常好的处理能力，”卡斯说。 “但是大脑较大的啮齿动物可能无法像大脑较小的啮齿动物一样处理信息。它们没有处理信息的能力。”拥有更大的头可以带来很多好处。”
几十年来，人类学家一直在研究直立人出现后（190万年前）或古人类与类人猿分化时（800万年前）大脑发生的重大结构变化。
现在，通过确定人类智力进化的另一个关键时刻，苏珊娜为这幅图画增添了新的部分。从某种意义上说，她找到了一个新的人类起源故事，其重要性不亚于我们已经知道的故事。
故事开始于六千万年前，即早期灵长类动物从其他三种主要哺乳动物中分裂出来后不久。这三种哺乳动物包括现代啮齿动物、树鼩和猫猴（也称为飞狐猴）。
当时，这些灵长类动物比老鼠还要小。夜间，它们静静地在树枝上爬行，捕食昆虫。它们看起来和老鼠没有太大区别。
但他们的小大脑已经发生了微妙的变化：决定胎儿发育过程中神经元如何连接的基因发生突变。
这一变化一开始可能影响不大，但随着时间的推移，它清楚地将灵长类动物与啮齿类动物以及树鼩和猫猴区分开来。
这种变化使得灵长类神经元在大脑生长时保持其原始大小。它改变了数千万年生物进化的进程。
没有它，人类可能永远无法在地球上行走。
翻译 |何无欲
校对|李莉