不要別的,只要科學

人類為什麼最聰明?劍橋大學團隊發現關鍵線索


2022年06月01日

  我們的大腦是如何處理信息的?隨著研究的深入,我們對這個問題的理解也在不斷變化。目前的理論認為,大腦是一個分布式信息處理系統:由緊密相連的不同「元件」,也就是大腦區域構成,而這些不同區域之間的信息交互,則是通過輸入和輸出信號系統來實現。

  但這只是答案的一部分。在最新研究中,來自劍橋大學的研究團隊將腦區之間的信息處理分解為兩類。這時,我們與其他靈長類動物在信息處理方式上的差異,就部分解釋了人類與眾不同的認知能力的來源。

  讓我們首先來看前文提到的第一種信息處理方式。這種方式存在於處理聽覺、視覺與運動等信息的功能區,這些腦區依靠嚴格的輸入與輸出方式交換信息,這種方式確保了信息可重複、可靠的傳輸。

  以視覺為例,我們的眼睛接受到信息後,會將信息傳至大腦後端的枕葉區域。但兩只眼睛提供的信息在很大程度上是重複的,也就是說,大腦相應區域收到了大量「冗餘」的信息輸入。比如說,你只用左眼看見了一棵樹,換成兩只眼睛,看見的依然是一棵樹。這種處理方式就被命名為「冗餘」(也稱「分享」)信息處理。

  冗餘的存在顯然是有意義的。它確保了信息的可重複性與可靠性,即使一只眼睛的信息出了問題,另一只眼睛也能將信息傳給大腦。這種能力對於物種的生存至關重要。在這種情況下,不同區域間的連接有著固定的線路,就如同需要電話線的座機。

  但看到這裏,你可能已經在想:兩只眼睛看見的信息可不全是冗餘的。這正是接下來要說的第二種情況。某些類型的視覺信息需要兩只眼睛協作才能接收到。例如,一只眼睛能看見一棵樹,但要知道它離我們有多遠,則需要來自兩只眼睛的信息。

  這就是不同於「冗餘」的第二種信息處理方式:「協同」(或「互補」),即大腦不同區域構成的網絡,實現了更複雜的信息整合。

  這種協同處理在支持更複雜認知功能(例如注意力、學習、工作記憶、社交等)的大腦區域中最為普遍。如果說「冗餘」處理方式是座機,「協同」方式更接近於移動電話。協同作用大量發生的區域,包括皮層前部與中部,這裏整合了來自不同大腦區域的信息。因此相比於感覺與運動功能區,這些區域與大腦其他部分的連接更普遍、高效。

  那麼,這兩種信息處理方式的比重差異,是讓我們脫穎而出的因素嗎?

  研究團隊利用人類與靈長類近親的腦成像與遺傳分析結果,分析了協同這種通過複雜網絡來構建信息的能力,在人類和靈長類近親中是否不同。

  在腦成像對比中,研究團隊的一個關鍵發現是,協同信息處理方式在人類大腦信息中的比例要高於獼猴大腦。而人類與獼猴的大腦對冗餘信息處理的依賴程度相似。

  此外,這項研究還特別關注了兩者在前額葉皮質區域的差異,這裏是支持高級認知功能的腦區。研究顯示,獼猴的前額葉皮質腦區中,冗餘信息處理更為普遍;而人類則是協同信息處理占主導地位。

  伴隨著演化的進程,前額葉皮質區域也發生了明顯的擴張。對比人類與黑猩猩的大腦發現,相比於黑猩猩,人類大腦擴張更明顯的區域,對協同處理方式的依賴程度也越重。

  隨後的遺傳數據分析也提供了更多證據:與協同信息處理相關的大腦區域,更有可能表達人類特有的基因,而這些基因與大腦發育與功能息息相關。

  綜合這些發現,這項研究指出,在靈長類向人類演化的進程中,新獲得的腦組織可能主要用於協同信息處理。這種信息處理方式帶來的優勢,也讓我們獲得了遠超近親的認知能力。這個遺失許久的答案,也讓我們距離完全理解人類的大腦與認知更進一步。

  參考資料:

WhatLuppi,

  本文來自藥明康德內容微信團隊


熱門內容

友善連結