大脑越大越聪明

這些限制與神經元的自身性質，以及神經元之 間頻繁的化學信號交流有關。英國康橋大學的 理論神經科學家西蒙‧拉夫林（Simon Laughlin） 認爲，‚資訊、雜訊和能量之間的聯繫是剪不 斷的，這種聯繫有著熱力學根源‛。 那麼，熱動力學定律針對神經元而設置的這種 智力限制，是否對鳥類、靈長類, 海豚、螳螂等 所有動物都有效？顯然，從來沒人考慮過如此 寬泛的問題，但本文提到的科學家都認爲，這 個問題確實值得探討。
說起來讓我們有點汗顔，很難想象蜜蜂的大腦僅 有毫克重，卻可與哺乳動物一樣執行某些任務， 比如爲同伴帶路、建造家園。蜜蜂的能力可能受 到神經元數量的限制，但它們卻可將神經系統的 功能發揮到極致。 另一個極端例子是大象，它們的大腦體積是蜜蜂 的500萬倍，運行效率卻如龐大的美索不達米亞 帝國一般低下。神經信號從大腦的一端傳到另一 端，以及從大腦傳到腳趾間所需要的時間，均是 蜜蜂的100倍之多，因此這些龐然大物只得減少 軀體反射，放慢行動速度，以便把那點寶貴的大 腦資源用在如何走好每一步上。
源自文库 利弊難題
大腦所需的能量中，相當一部分都耗費在資訊 交流網路上：人類大腦皮層中，80%的能量都用 於資訊交流。不過，隨著腦容量的增大，神經 間的連接似乎會在更精細的結構層次上，遇到 更嚴重的問題。事實上，早在20世紀中葉，當 生物學家在收集關於大腦重量的資料時，他們 也在探究一個更有挑戰性的問題：弄清楚大腦 的‚設計原則‛，以及這種原則又是如何在大 小各異的大腦上發揮作用的。
撰文 道格拉斯．福克斯 (Douglas Fox) 翻譯 興華
人類的智力可能已經接近極限，無法進化到更高層 次了 — 多種証據表明，通往更高智力層次的進化 途徑都已被物理定律堵死。科學家能否找到突破極 限的辦法？ 西班牙科學家聖地牙哥‧拉蒙‧卡哈爾（Santiago ramony cajal）是1906年諾貝爾生理學或醫學獎得 主，早在第一之世界大戰的十幾年前，他便繪製出 了昆蟲的神經解剖圖，並將昆蟲大腦形象地比喻成 一隻精致的懷錶，而將哺乳動物大腦比作一個空心 的老式座鐘。
換句話說，腦商反映了一個物種的大腦增長速度偏 離 3/4 冪律的倍數。比如人類的腦商爲7.5 （即我們 的大腦重量是預測值的7.5倍），寬吻海豚爲5.3，猴 子是4.8，而牛只有0.5。簡而言之，一個物種智力的 高低可能取決於大腦的神經儲備量：除了處理皮膚 觸覺之類的日常瑣事，還爲智力留下了多少神經元。 或者，我們還可以歸納得更爲簡單：至少從表面上 來看，智力高低取決於大腦容量。 拿哺乳動物和鳥類來說，大腦變大確實給它們帶來 了一些好處。大腦越大，神經回路越多，每個神經 信號能攜帶的資訊就更多，神經元每秒鐘的放電次 數就不必那麽頻繁。
身體越大，大腦反而需要完成更多的瑣碎工作，比 如監管更多的觸覺神經、從更大的視網膜上整合信 號、控制更多的肌纖維等與智力無關的內務工作。 1892年，荷蘭解剖學家尤金．杜布瓦( Eugene Dubois) 在爪哇發現了直立人頭骨，他想尋找一種 方法、根據顱骨化石的大小來評估動物的智力。因 此，他首先提出假設，如果動物大腦異乎尋常地大， 它們也會更聰明，然後在這個假設的基礎上，確立 了動物大腦容量與體型大小之間的精確數學關係。 杜布瓦與其他學者收集了很多關於動物大腦容量與 體型大小的資料，形成了一個日漸龐大的資料庫。
當年的一篇經典論文就曾報道過3690種動物的身 體、器官以及腺體的重量，涉及從木蟑螂 (wood roaches)、黃嘴白鷺（yellow-billed egret）到兩趾 和三趾樹懶的多個物種。 杜布瓦理論的繼任者發現，在哺乳動物中，大腦 容量的增長速率要慢於體型的增長 — 大概是體重 堵長倍數的 3/4 次冪。因此，麝鼠 （muskrat）的 體重是老鼠的16倍，它的大腦容量大約只有老鼠 的8倍。根據這一認識，科學家發明了杜布瓦一直 在尋找的數學工具：腦商（encephalization quotient），也就是某一物種的實際大腦重量，與 根據體重預測的腦重的比值。
大腦越大越聰明？
從直覺上來看，要使腦力變強，最明顯的方法就是增 加大腦容量。事實上，100多年來，大腦容量與智力 之間的關係一直是科學家研究的熱點。19世紀末到20 世紀初，生物學家花了大量時間來探索生命體的一些 共同特徵 — 與體重，尤其是與大腦容量相關的、在 整個動物界都適用的數學定律。大腦容量增大的一個 好處是，可以容納更多的神經元，神經元的生長、連 接也可以更複雜。然而，大腦容量的大小並不是決定 智力高低的唯一因素：牛的腦體積是老鼠的800倍， 但牛並不見得比老鼠聰明多少。
但與此同時，大腦增大也會産生一種相反的趨勢。 如果爲了提升智力而無限制地增加新生神經元， ‚我認爲收益遞減規律就可能起作用，‛巴拉薩 布拉曼尼恩說。容量增大的同時，大腦的負擔也 會增加。最明顯一點就是能耗增多。以人類爲例， 大腦是身體中需能最多的部位：大腦僅占人髒重 量的2%，但即便在我們休息時，它所消耗的能量， 也占到人體總能耗的 20%。在新生兒中，這個比 例更是達到驚人的 65%。
‚這是一個很有意思的研究點，‛美國賓夕法 尼亞大學致力於研究神經資訊編碼的物理學家 維賈伊．巴拉薩布拉曼尼恩（Vijay Balasubramanian）說，‚我還沒有在科幻小說 中看到有誰探討過這個問題。‛ 顯然，智力是一個內涵豐富的辭彙：它難以衡 量，甚至難以定義。不管從哪個方面來看，人 類都是地球上最聰明的動物，但我們的大腦進 化到今天這個程度，它處理資訊的能力會不會 已經受到‚硬體‛上的限制？除了人類，其他 神經類生物的智力進化是否也無法擺脫物理定 律的束縛？
人類的大腦容量可能不像大象或蜜蜂那麽極端， 但有人發現，人類智力同樣受到了物理定律的 限制。人類學家已經推測出腦力擴展所面臨的 解剖學障礙 — 對於兩足的人類來說，腦袋變大 能通過産道麽？即使我們假設，進化可以解決 産道問題，那麽腦袋變大所帶來的問題，可能 更多更複雜。 有人或許認爲，只要通過進化，我們大腦中的 神經元數量變多，或者神經元之間的資訊交流 速度加快，我們就會更聰明。但若匯總新近的 一研究，根據結果進行邏輯推斷，你會發現， 如果大腦真朝這個方向進化，很快就會觸到物 理極限。