人與猴類在基因組構(gòu)成上的相似度接近 98%，而人與黑猩猩的基因相似度則高達 98.7%，但為什么這些猴類沒有進化成像人類這樣如此之高的智商，進而在地球上占有絕對地位呢？這一問題一直困擾著各國神經(jīng)領域及進化研究領域的研究者。

幾十年來，神經(jīng)科學家通過對人類和其他靈長類動物的大腦進行解剖，發(fā)現(xiàn)兩者間存在許多細微而重要的“硬件”差異，但這些差異不足以當作人類智商遠高于其他靈長類動物的緣由。

而現(xiàn)在，來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學研究所的 Rony Paz 教授的最新研究，對這個困擾研究人員很久的問題給出了更好的解釋：內(nèi)在“軟件”組成卻千差萬別，這導致了人類與猴類智商上的巨大差異。

（來源：Cell）

團隊通過研究單神經(jīng)元，可以分析出這些“軟件”差異究竟是什么，該研究結(jié)果發(fā)表于 1 月 17 日的 Cell  雜志。這項研究利用了來自癲癇病人大腦深處的單個神經(jīng)元的一組罕見數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)采集于接受神經(jīng)外科手術的癲癇病人，其意義不僅僅限于了解人類與靈長類腦部進化的不同，更對認識人類精神類等腦部疾病的病理生理學機制具有重要意義。研究人員推測，這些結(jié)果可能還有助于解釋人類獨特的智力是如何產(chǎn)生的。

科學家認為，這種不尋常的研究可以幫助他們更好地將從動物模型得到有關精神疾病的研究成果轉(zhuǎn)化為臨床應用。

麻省理工學院神經(jīng)元生物物理學方向的 Mark Harnett 教授表示，“人類與非人類靈長類動物在行為和心理上存在明顯差異，現(xiàn)在我們看到了兩種物鐘大腦內(nèi)十分奇特的‘軟性’差異。因此，這是一項非常有價值的研究”。

人腦居然會為了效率犧牲穩(wěn)定性！

該研究是來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學研究所的 Rony Paz 和加州大學洛杉磯分校（ UCLA ）的神經(jīng)外科醫(yī)生 Itzhak Fried 合作進行。

圖丨 Rony Paz（來源：雷霍沃特魏茲曼科學研究所）

其中，Paz 主要研究獼猴學習過程中神經(jīng)回路動力學，集中在兩個截然不同的大腦區(qū)域：杏仁核和扣帶皮層。杏仁核是一個進化上較為原始的區(qū)域，掌管基本生存技能。而扣帶皮層則是進化較晚的大腦區(qū)域，它主要處理更復雜的認知行為。

這項研究的關鍵在于一組十分難得的實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自那些正在接受神經(jīng)外科手術的癲癇患者。這些癲癇患者進行了一種治療，在他們的大腦中植入一系列精細電極，并記錄電極活動，從而確定其癲癇發(fā)作的起源?；颊咦≡褐涟d癇發(fā)作，然后醫(yī)生進行手術去除電極和受損的腦組織，也就是去除癲癇活動的來源。在等待癲癇發(fā)作期間，患者通常會參與探索腦功能的簡單實驗。

圖丨 Itzhak Fried（來源：UCLA）

而在這次的實驗初始，Paz 教授想了解猴腦中這些區(qū)域的神經(jīng)元與人類究竟有哪些不同。于是，他聯(lián)合 Fried 教授開啟了他們的研究。Fried 教授先前開創(chuàng)了對癲癇患者使用單神經(jīng)元記錄技術，因此團隊可以實現(xiàn)首次使用跟蹤單個神經(jīng)元的技術分析出人類和猴腦的“軟性”差異。

Paz 和 Fried 從大腦區(qū)域附近植入電極并參與記憶研究的癲癇病人中采集了大量數(shù)據(jù)，并從這些數(shù)據(jù)中找出了杏仁體和扣帶回皮質(zhì)的單神經(jīng)元數(shù)據(jù)。他們比較了這些神經(jīng)元與猴子神經(jīng)元活動的兩個特性：穩(wěn)健性和效率。

這些數(shù)據(jù)來自五只猴子和七個人的兩個大腦區(qū)域近 750 個神經(jīng)元。它們由單個神經(jīng)元在數(shù)小時內(nèi)記錄下來的一連串放電峰值或低谷組成。研究人員對這些集中在癲癇患者大腦深處的單個神經(jīng)元活動進行了分類和分析，進而明確人腦在處理信息時的“穩(wěn)健性”變化。

圖丨人腦和猴腦穩(wěn)健性與效率的對比（來源：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）

他們發(fā)現(xiàn)，在這兩個物種中，杏仁核中的信號比扣帶皮層中的信號更強。但扣帶皮層信號強的大腦更有效率。人類的兩個區(qū)域都比猴子中的區(qū)域更不穩(wěn)健但卻更有效。

這個結(jié)果出乎他們的預料，因為這說明人類犧牲了一些大腦穩(wěn)健性來提高其效率。因此，這些結(jié)果可有助于研究人員解釋人類獨特的智力，以及為何人類會患有精神疾病的內(nèi)在機制。

圖丨信息處理時神經(jīng)元所動用的運算潛力對比（來源：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）

人類比其他靈長類動物更會進行利益的權衡取舍，但由于人腦需要更高的效率，因此它也丟棄一定“穩(wěn)健性”。因此，人腦的皮質(zhì)更容易出錯，這也解釋了為何人類更容易罹患精神疾病。這些結(jié)果與神經(jīng)心理學中的其他理論產(chǎn)生共鳴。

加州大學伯克利分校的認知神經(jīng)學家 Robert Knight 說，這印證了神經(jīng)心理學的其他理論。神經(jīng)心理學認為，大腦中神經(jīng)元活動的同步可能與精神病或抑郁癥有關。Knight 說:“這類研究非常重要，因為大多數(shù)神經(jīng)科學研究都是在動物身上進行的，假設神經(jīng)活動的核心模式是跨物種的，那么對人類也是如此?！?/span>