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你的大脑和蜥蜴并没有明显差别

2018-8-31 13:01| 发布者: 爬宠网_008| 查看: 334

2007年5月,Wim Hof穿着破旧的夏装,短裤和露趾凉鞋在珠穆朗玛峰的大本营进行短途徒步旅行。但这可能是一个糟糕的选择,他的脚开始受伤,他不得不在前进了四英里半后就打道回府了。Hof脚下的疼痛是由严重的冻伤引起 ...

2007年5月,Wim Hof穿着破旧的夏装,短裤和露趾凉鞋在珠穆朗玛峰的大本营进行短途徒步旅行。但这可能是一个糟糕的选择,他的脚开始受伤,他不得不在前进了四英里半后就打道回府了。

Hof脚下的疼痛是由严重的冻伤引起的。他有理由认为他能够承受极端条件:他被称为“冰人”(The Iceman),拥有26项世界纪录,是有史以来最成功的极限运动员之一。他将自己的成功归功于一种利用“蜥蜴脑”(lizard brain)的呼吸方法,帮助他获得了对寒冷的超人耐受力。根据一些人的说法,像这样的技巧愚弄了你大脑的“蜥蜴部分”(更原始,无意识的部分),并且可以用来使我们容易受到营销,失去我们的钱,甚至可能选出Donald Trump。

Paul MacLean在1957年首次提出了“蜥蜴脑”的概念,作为他“三位一体”脑概念的一部分,认为人脑由三个部分组成,并根据他们进化的先后而相互嵌套。MacLean认为,在灵长类动物中出现的新皮质是人类大脑中最大,最外层和最新的部分,它包含着我们的意识,处理学习,语言和抽象思维;而较老的,较深的“边缘系统”(limbic system,处理情感、动机等)则始于哺乳动物;最后,他将脑干和基底神经节追溯到原始爬行动物,理论上他们控制了我们的反应,以及我们的四种主要本能:战斗,逃跑,喂食和禁止。

他的想法像野火一样从象牙塔传播开来。“三位一体”的大脑理论很快成为大多数人(包括有影响力的思想家Carl Sagan和Arthur Koestler)理解我们原始祖先大脑的核心理论。即使在今天,许多人仍然在MacLean的理论下思考我们的大脑。但随着人们对大脑的研究热情越来越高,一些学者也随之提出了质疑。批评者声称,MacLean的分组过于简单化,并且未能说明为什么鸟类拥有与蜥蜴相似的大脑却显示出非凡的智力。然而,所有这些学术上的分歧,至今几乎没有真正的证据可以推翻麦克莱恩的理论。

直到今年五月,这些持不同见解的人终于目睹到期盼已久的发现。马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)世界著名的爬行动物神经科学家Gilles Laurent发表了一项具有里程碑意义的科学研究,结论相对简单:爬行动物和人类大脑之间的差异似乎被夸大了。这项研究结果表明,MacLean关于我们大脑的理论是偏离基础的。Laurent提出了一个具有挑衅性的问题:如果MacLean的理论长期占据主导地位,尽管有许多批评者,为什么现在才发现这种相似性?

与神经科学中的大多数其他问题一样,主要原因是技术性的。Laurent的实验需要一种最新的尖端技术来揭示这些相似之处:单细胞RNA测序(scRNA-seq);而这种测序方法在过去三年中才得到广泛应用。该技术能够测量单个细胞中基因的所有产物,允许分析单个细胞的所有遗传特征组合。这些使scRNA-seq具有独特的强大能力,和无与伦比的分辨率,使科学家能够根据细胞的遗传相似性将他们归类,或者根据他们的遗传差异将他们分到不同的类别。

Laurent的研究小组对两种最常见的爬行动物(乌龟和松狮蜥)超过20000个细胞的数百个基因进行测序。这些细胞来自大脑皮层(pallium),科学家认为,蜥蜴大脑的这个区域最有可能类似于新皮质(neocortex);而MacLean认为它不存在于蜥蜴中。然后,研究人员将这些细胞的遗传特征与人类和小鼠大脑的遗传特征相比较。这是单细胞遗传学研究中两个研究得最好的物种;而且幸运的是,这两个物种整齐地对应于MacLean的另外两个大脑划分:小鼠大脑中的细胞可以代表哺乳动物,人类大脑中的细胞可以代表灵长类大脑。这使得研究人员能够将MacLean的理论付诸实践检验。

人类,老鼠,蜥蜴

我们对这些蜥蜴的大脑知之甚少,研究人员必须首先找出蜥蜴的脑细胞类型,以及他们是否与我们人类的遗传基因接近。通过观察人类和小鼠神经元(存储信息的脑细胞)和神经胶质细胞(支撑神经元)中的基因,科学家们发现,爬行动物的脑细胞实际上与我们自己的并没有什么不同。

三个物种脑细胞在分子上相似,具有同样广泛的细胞类型,以相同的方式运作;研究人员随后比较了大脑不同部位神经元的特异性。他们比较了爬行动物大脑皮层(大脑中的上层细胞)中的神经元与来自小鼠和人类新皮质的神经元。最后,科学家将爬行动物神经元与哺乳动物边缘系统的“海马体”和“杏仁体”两部分进行了比较,这两部分通常分别处理学习和恐惧。

在那里,科学家观察到了一些意想不到的事情:爬行动物大脑皮层中两个大的区域(内侧和背腹大脑皮层),分别与哺乳动物的“海马体”和“杏仁体”非常相似。当研究人员仔细观察“海马体”的特定区域时,甚至可以与内侧大脑皮层的特定区域相对应,这些区域与“海马体”的特定区域非常相似。

令人惊讶的是,即使研究人员将爬行动物大脑皮层的子区域与新皮质进行比较,也在这些神经元中发现了相同的模式:爬行动物大脑皮层的“前背皮层”中的细胞与人类新皮层中的细胞具有显著的相似性。当科学家观察这些相似区域中的细胞类型时发现,存在于一方中的细胞类型,通常也存在于另一方的细胞中。但是,两者之间的相似也并非普遍存在。虽然一些新皮质某些特异性的神经元在蜥蜴,小鼠和人类中几乎完全相同,但人类中的一些其他类别的新皮层神经元并不存在于蜥蜴中。例如,人类各个大脑皮层中具有许多特定类型的神经元的特性,而蜥蜴神经元则没有这些特征,这意味着人体大脑中更大程度的专业化。

总之,这些比较表明,不能将爬行动物大脑视为与哺乳动物边缘系统和灵长类新皮质不一样的独特单元;相反,爬行动物拥有MacLean的“更高级”大脑区域的原始版本。这些区域在爬行动物之后并没有从头开始演化,而是简单地从他们较小的,不太明确的爬行动物前体中扩展出来。

这些发现不仅改变了我们对大脑区域的分类方式,还改变了我们对蜥蜴和其他“低级”动物的看法。如果他们的大脑与我们的大脑有些相似,为什么他们没有产生相似的思想?如果蜥蜴与人类的确如此不同,那么相对较小的遗传差异就可能会导致如此巨大的变化吗?这些问题还没有真正的答案,并且肯定会在未来引发对神经科学,心理学和哲学的激烈辩论和研究。


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