長久以來，人類以萬物之長自居，人類的認(rèn)知能力被認(rèn)為在所有的動物中處于頂尖水平。不過具有最佳認(rèn)知能力與進(jìn)化的最完美仍有所區(qū)別，正如幽默大師馬克·吐溫有言指出：將人類視作進(jìn)化最完美的生物，就像認(rèn)為修建埃菲爾鐵塔只是為了給尖頂涂上最后一道漆一樣荒謬。此外，“進(jìn)化”（evolution）并不等于“進(jìn)步”（progress），生物只是不斷改變自身以適應(yīng)環(huán)境變化，說“演化”更為恰當(dāng)。
不過，人類大腦自有其獨特之處，使人能夠反思自身，并認(rèn)為自己享有對其他動物的統(tǒng)治。人類自立為萬物之主，自然界其他物種不過是自己研究和開發(fā)對象，追溯這種優(yōu)越性的來源，人腦理應(yīng)具備某些其他動物大腦所不具備的東西。
要探究這個問題，腦容量是我們要衡量的第一個指標(biāo)：如果大腦是意識和認(rèn)知的產(chǎn)生之所，更大的腦容量應(yīng)該對應(yīng)著更強的認(rèn)知能力。為何大象的腦容量比人類大得多，卻沒有發(fā)展出像我們這樣復(fù)雜和靈活的行為呢？將更大的腦容量與更強的認(rèn)知能力劃等號，其實是預(yù)先假設(shè)了所有動物大腦都以相同的機制工作，假設(shè)了腦容量和神經(jīng)元數(shù)量成正比。然而科學(xué)家們已知的是，不同物種的大腦各不相同。靈長類動物具有明顯的優(yōu)于其他哺乳動物的優(yōu)勢，前者找到一種更經(jīng)濟(jì)和緊湊的增加神經(jīng)數(shù)量的方式，避免了其他哺乳動物中神經(jīng)元數(shù)量增加單個細(xì)胞體積也跟著增加的弊端。
（一只照鏡子的猩猩。自20世紀(jì)60年代末以來，心理學(xué)家開始研究是否可將識別鏡中自身作為判斷動物具有智力和自我意識的標(biāo)準(zhǔn)。圖：James Balog ）
神經(jīng)元的絕對數(shù)量是我們要衡量的第二個重要指標(biāo)。若不論腦容量，單純假設(shè)神經(jīng)元是意識認(rèn)知的基礎(chǔ)，那么更多的神經(jīng)元理應(yīng)對應(yīng)更強的認(rèn)知能力。 物種之間認(rèn)知能力的差異曾被認(rèn)為是質(zhì)的差異，一些認(rèn)知能力被認(rèn)為人類特有，而現(xiàn)在科學(xué)家認(rèn)為人與其他動物之間認(rèn)知能力差異更多是程度上的區(qū)別。意即，是量的區(qū)別而非質(zhì)的區(qū)別。
人類使用工具的技巧高超復(fù)雜，我們甚至設(shè)計工具來生產(chǎn)新工具——但動物使用工具的能力簡單許多，黑猩猩用樹枝釣食白蟻，猴子會用靶子夠到遠(yuǎn)處的食物，烏鴉會用鐵絲制作覓食工具，還會細(xì)心藏好工具以便下次再用。心理學(xué)家艾琳·佩珀伯格(Irene Pepperberg)飼養(yǎng)過一只名叫亞歷克斯的非洲灰鸚鵡，亞歷克斯語言天賦出眾，能說出眼前物體的名字。黑猩猩和大猩猩由于解剖原因無法學(xué)會復(fù)雜的發(fā)音，但可以學(xué)習(xí)用手語交流。黑猩猩能學(xué)習(xí)數(shù)字序列知識：在按順序點按方塊的游戲中，黑猩猩和人類玩家同樣迅速。黑猩猩還會與大象合作，獲得無法獨立觸及的食物。包括黑猩猩在內(nèi)的多種靈長類動物似乎還具有推斷其他動物心理狀態(tài)的能力，它們可基于此發(fā)展出欺騙等行為。喜鵲同樣懂得審時度勢，會趁著周圍沒人時偷食自享。黑猩猩、大猩猩、大象、海豚和喜鵲也都能夠辨認(rèn)出鏡子中的自己。
以上這些是對非人類物種認(rèn)知能力的基本研究發(fā)現(xiàn)，但是這些觀察尚不足以解決何以不同物種間存在認(rèn)知能力差異的疑問。在這里，我們遇到另一個問題，也是目前為止最大的一個難題：如何跨物種衡量認(rèn)知能力，有沒有一種適合所有物種的測量方式呢？
2014年有學(xué)者專門對動物的自我控制能力進(jìn)行研究。自我控制能力是認(rèn)知能力的一種，依賴于大腦皮質(zhì)前額葉。實驗動物大多數(shù)是靈長類，也有小型嚙齒類、類似犬類的動物、亞洲象以及各種鳥類。研究者發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)動物的自我控制能力都與其腦容量呈正相關(guān)，只有亞洲象例外。
亞洲象擁有最大的腦容量，但卻在測試中表現(xiàn)不佳。它們對食物和任務(wù)不上心，還喜歡拒絕配合惹實驗者生氣。巴西神經(jīng)學(xué)家蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾（Suzana Herculano-Houzel）猜想之所以馴獸師很難訓(xùn)練猴子完成輕而易舉的把戲，背后原因很可能是猴子不屑于表演這些兒戲，而想要更有難度的游戲（比如打電玩）。
（蘇珊娜·埃爾庫拉諾·烏澤爾好奇人腦究竟有何特殊之處，能做出其他動物所不能的復(fù)雜行動。圖為烏澤爾在TED上演講。圖：James Duncan Davidson, TED）
烏澤爾認(rèn)為大象可能并非存心搗亂，而是這些龐然大物缺少充分自制所需的前額神經(jīng)元。靈長類動物和嚙齒動物大腦構(gòu)造之間構(gòu)造不同，神經(jīng)元數(shù)量和大小都各有差異，若假設(shè)象腦和嚙齒類動物大腦構(gòu)造相同，那么以象腦的容積，它大腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元應(yīng)該（僅）有30億個，小腦中的神經(jīng)元210億個。相比之下人類皮質(zhì)神經(jīng)元有160億，小腦中神經(jīng)元有690億。
另一方面，如果象腦與靈長類動物構(gòu)造相同，那么非洲大象在大腦皮質(zhì)中將有620億個神經(jīng)元，小腦中的神經(jīng)元數(shù)目將達(dá)到恐怖的1590億——一個超級智慧生物。當(dāng)然大象既非嚙齒動物也不是靈長類動物，但作為非洲獸總目（Afrotheria）下面的分支，非洲象、象鼩和金鼴的腦結(jié)構(gòu)與嚙齒類動物大腦非常相像。
這里有一個非常重要的問題：象腦比人腦重三倍，真就意味著象腦擁有比人腦更多的神經(jīng)元嗎？如果答案是肯定的話，那么之前“神經(jīng)元絕對數(shù)量決定認(rèn)知能力”的假設(shè)就會被駁倒。反過來，如果人腦擁有比象腦更多的神經(jīng)元，假設(shè)仍將成立。 人腦擁有動物界中無所匹敵的認(rèn)知能力，對此最簡單的解釋就是因為人腦擁有比其他動物大腦更多的神經(jīng)元數(shù)目，而與腦容量大小無關(guān)。烏澤爾認(rèn)為人腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元數(shù)量應(yīng)多于象腦。
這個推測有邏輯支撐：認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域的研究一直將大腦皮層（更準(zhǔn)確地說是大腦皮層的前額葉部分）作為產(chǎn)生抽象推理、復(fù)雜決策、長遠(yuǎn)規(guī)劃等高級認(rèn)知功能的區(qū)域。幾乎整個大腦皮層都會經(jīng)由腦環(huán)路與小腦相連，這種腦環(huán)路同時也會把皮質(zhì)層同小腦信息處理聯(lián)系起來。有越來越多的研究表明：小腦會影響大腦皮層的認(rèn)知功能，兩者共同發(fā)揮作用。人腦中大部分的神經(jīng)元位于皮質(zhì)層和小腦中，也就是說，認(rèn)知能力與整個人腦、皮層以及小腦中的神經(jīng)元數(shù)量有直接關(guān)系。
大象腦花湯
非洲象大腦半球重量超過2.5公斤，這意味著要將其切成數(shù)百小塊以方便處理和計數(shù)，還要將象腦變成某種單塊不超過3-5克的“腦花湯”以方便探知其中的神經(jīng)元數(shù)目。烏澤爾在此前曾用熟食切片機將人腦半球切成完整的薄片。切片機很適合切割皮質(zhì)腦回，但也有一個顯而易見的缺點：許多腦漿殘留在圓形刀片上，影響對神經(jīng)元的估數(shù)。如果想知道象腦中神經(jīng)元的總數(shù)，研究者只能手動切片，每片切得厚一些，將損失最小化到可忽略不計的程度。
烏澤爾同女兒一起到五金店選購足以切割巨大象腦的L型支架和長刀。有幸在童年親手切割大象的腦子，可是不一般的經(jīng)歷。兩人先鋸掉了L型支架的結(jié)構(gòu)配筋，然后再將象腦放進(jìn)去下刀。烏澤爾慶幸沒有浪費十萬美元購買昂貴設(shè)備，只用一把屠夫刀就解決了問題。
她們用兩個L型支架裝著象腦放在實驗臺上，一個學(xué)生穩(wěn)住支架，烏澤爾左手扶助象腦，右手輕柔又穩(wěn)定地來回切割。一番忙碌之后，象腦被切成16個皮層切片、8個小腦切片，此外還有整個腦干部分和重大20克的嗅球（非洲象腦嗅球的質(zhì)量是鼠嗅球的十倍）。
（烏澤爾與學(xué)生一起將象腦切片以方便計算其中的神經(jīng)元數(shù)量，并與人腦神經(jīng)元數(shù)量進(jìn)行比較。圖：Suzana Herculano-Houzel）
接下來，一行人將紋狀體、丘腦和海馬體等結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)從皮層中分離。之后將大腦皮層切成小塊，并被被按照灰質(zhì)和白質(zhì)分開。最終得到381塊組織切片，大部分切片遠(yuǎn)不止5克，然而研究者每次最多只能加工5克。如果讓一個人來單獨承擔(dān)這些工作，且每天只能處理一塊切片，他需要不停歇工作一年多才能完成所有切片的加工。烏澤爾試圖使用團(tuán)隊作業(yè)將工期縮短到6個月。遺憾的是，盡管有一批本科生過來幫忙，兩個月過去他們也只完成總工作量的1/10。
還好有資本趕來救援。烏澤爾拿出2500美元，向團(tuán)隊宣布每處理一克切片就可得到1美元獎勵。結(jié)果原來逼仄的實驗室變得熱鬧起來，學(xué)生們處理切片，烏澤爾在顯微鏡下統(tǒng)計切片中神經(jīng)元的數(shù)目。有了金錢的激勵，團(tuán)隊成功在6個月之內(nèi)按計劃完成所有工作。
結(jié)果揭曉
最終結(jié)果顯示：象腦中的神經(jīng)元數(shù)目超過人腦中的神經(jīng)元數(shù)量，是后者的三倍之多。人腦中神經(jīng)元數(shù)量是860億個，而大象擁有2570億個神經(jīng)元細(xì)胞。需要注意的是，非洲象98%的神經(jīng)元細(xì)胞都位于大腦后部的小腦之中。其他哺乳動物也多是小腦神經(jīng)元密度大于其他部分，但比例不會超過80%。象腦神經(jīng)元細(xì)胞的特殊分布方式?jīng)Q定了其大腦皮層中的神經(jīng)元數(shù)目僅有56億。而人類大腦皮層中的神經(jīng)元數(shù)目有160億。
答案已經(jīng)揭曉： 雖然象腦在尺寸和神經(jīng)元總數(shù)兩項指標(biāo)上均占優(yōu)，但人腦的關(guān)鍵優(yōu)勢在于大腦皮質(zhì)神經(jīng)元特別豐富。實驗同時還證明，小腦神經(jīng)元數(shù)量對整體的認(rèn)知能力無太大影響。人類認(rèn)知能力遠(yuǎn)高于非洲象，背后原因即可歸于人類那數(shù)量驚人的大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量。
參照上面的關(guān)系，如果大腦皮層神經(jīng)元數(shù)量是決定物種認(rèn)知能力的主要因素，那么可根據(jù)以往的數(shù)據(jù)得出各物種認(rèn)知能力的大致排名：
若是只看腦容量，則排名如下：
人腦和其他物種的大腦有著相似的進(jìn)化路徑，同時它又如此與眾不同，天生有探索物質(zhì)和精神起源的能力。背后的原因首先要感謝我們是靈長類動物，擁有在狹小大腦皮層中塞進(jìn)數(shù)以億計神經(jīng)元的種族優(yōu)勢。其次還要感謝我們祖先的創(chuàng)新積累，讓人類不必像其他大腦皮質(zhì)神經(jīng)元較少的物種那樣止步于茹毛飲血。
說到底，與其他物種相比，人類最大的優(yōu)勢就是擁有冠絕生物界的大腦皮層神經(jīng)元數(shù)量。烏澤爾推測烹飪食物可能是推動神經(jīng)元數(shù)量增長的的原初動力之一。不斷豐富的皮質(zhì)神經(jīng)元反過來產(chǎn)生了創(chuàng)新和科技，隨后科技作為文化傳播，神經(jīng)元數(shù)目優(yōu)勢變成技能優(yōu)勢，人類走出了自己的稱霸之路。
來源：網(wǎng)易科學(xué)人
