北京
来源：生物通
一项由杜克大学科学家领导的新研究推翻了长期以来关于灵长类动物（包括人类）大脑如何发育得如此庞大和复杂的传统观点。该研究发现，灵长类动物新皮层的显著扩张主要由视觉驱动，而非通常与高级推理能力相关的额叶不成比例的增长。
这项研究于本周发表在《科学》杂志上，由杜克大学三一文理学院和尼古拉斯环境学院的进化人类学荣誉教授Richard F. Kay领导。
灵长类动物的新皮层——大脑外层褶皱的部分，负责感觉、认知和其他复杂功能——与其他哺乳动物相比显著增大。过去5600万年间，新皮层究竟是如何以及为何变得如此庞大，至今仍难以确定，因为大脑不会形成化石。
为了解决这个问题，研究人员利用了一批独特的头骨（其中许多来自杜克狐猴中心自然历史博物馆），创建了这些脑壳内部的模型，以便比较现存和已灭绝灵长类动物的大脑。
这些被称为内模的模型是虚拟的。为了创建虚拟内模，科学家在杜克大学共享材料仪器设施进行了高分辨率微型CT扫描，并以数字方式重建了3D模型。
通过比较这些内模的体积和相关表面积，研究团队得以了解新皮层（大脑的外层）的各个组成部分是如何在灵长类动物物种中进化的。
他们的研究结果挑战了该领域普遍存在的一种假设。
额叶——在通俗的说法中通常与高级认知能力联系在一起的大脑区域——长期以来被认为在许多灵长类动物谱系中独立膨胀。然而，这项研究发现，额叶的大小随着整体脑容量的增长而逐渐且可预测地增长，在所有主要灵长类动物群体的进化史上都遵循着相同的比例模式。一些早期研究基于对化石的视觉观察而提出的额叶剧烈且独立的扩张并没有得到证实。
“从人类到树鼩，所有生物都遵循同一条规律：相对于大脑的大小，额叶的比例是一个常数，”Richard F. Kay说。
研究人员发现，真正的故事发生在大脑的其他区域。枕叶、顶叶和颞叶——这些区域主要负责处理动物的视觉信息——在眼镜猴和类人猿（包括猴子、猿和人类）中迅速且不成比例地扩张。至关重要的是，这些扩张发生在灵长类动物进化树上视神经变粗的同一分支上，这表明有更多的视觉信息流入大脑。
“长期以来，化石大脑在这个问题上一直令人沮丧地保持沉默，当我们让化石以量化的方式说话，而不是依赖于对其形状的印象时，猴子、猿和人类大脑的增大就被证明与视觉关系更为密切，而与额叶的关系则更为密切，额叶只是与大脑整体大小保持同步而已。”
为了衡量古代灵长类动物大脑接收的视觉输入量，研究团队以视孔（视神经穿过的骨性开口）的大小作为指标。新皮层最大、视觉功能最强的两类动物——眼镜猴和类人猿——也拥有最大的视孔。此外，大脑的视觉处理区域似乎比为其供养的神经生长得更快，将视觉输入的微小增加放大为大脑组织的显著扩张。
“这些视觉信号是做什么用的？”Kay问道。“一种观点认为，它们是为了增强社会交流的复杂性。另一种可能性是，它们的驱动力与这些动物觅食的效率有关。我认为，这两种观点都可能对自然选择和灵长类动物的进化产生非常深远的影响。”
研究结果表明，类人猿标志性的大脑是一个古老的特征，至少可以追溯到 3300 万年前，其根源在于高敏锐视觉的进化——包括视网膜中央凹和保护眼睛的骨质隔膜等适应性特征——而不是单纯地选择扩大“思考”的前额皮质。
参考文献
Fossil evidence favors a role for vision in the modular evolution of the primate neocortex
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