02 脑的进化：脑是如何形成的
历史上最重要的科学革命唯一的共同特点是：推翻支撑人类自大的基座，即人是宇宙的中心。
——斯蒂芬·杰·古尔德（Stephen Jay Gould）
虽然关于进化论的文章已经有很多了，但令人感到惊讶的是，在所有现代科学理论中，可能只有进化论仍然存有争议，尽管它已有了压倒性的证据。驳斥进化论有点像驳斥原子理论或相对论。虽然少数人可能真正拥有这样的知识，但对许多人来说，这更多的是一个信仰问题。前人对这一问题曾有过多次讨论，本书并不试图为进化论才是思考“我们从何而来”的正确途径这一理念进行辩护，我们只接受进化过程是人脑发展背后的推动力这一理念。即便你不能接受这一点，也不会影响对书中其他部分概念的理解，只是需要你自己来解释为什么我们的脑是现在这样的。
进化是不同世代之间的变化过程，通常每种变化都很细微，但随着时间的积累，与最初相比，这种变化就显而易见了。我们不妨思考一个简单的例子：语言。南非语、荷兰语和德语都是相关联的语言，而且都被认为源自一种共同的类似德语的语言，但这是如何发生的呢？这种共同语言的最初使用者能够理解自己的孩子说的话，没有人会质疑孩子与自己说的是不同的语言，但孩子们会经常使用父母不会使用的一些词语，比如俚语，也可能会使用不同的词汇或父母不理解的短语。慢慢地，经过几代人的发展，差异变得越来越大，以至于当与原始语言及其他语言相比时，它们变成了一种不同的语言。
从来没有创造新语言的准确时间一说，只有起始点和结束点之别。由于地理原因，一个地区的新词、重音或短语不易被另一地区普遍使用，慢慢地，差异变得越来越明显；当差异足够大时，我们便说它们变成了不同的语言。
这个过程有三个重要的特点。第一，这种语言的变化是循序渐进的，每一代人都能理解彼此，也能直接被他们上下一代的人理解，所以这种语言变化在任何一个阶段都难以被察觉。第二，这种变化不是预先计划、设计或故意为之的，而是语言从上一代传递到下一代的过程中必然会发生的，因为下一代的语言并非上一代的语言的直接复制。第三，由于地理原因，一群人使用的常用词或短语未必会传递给另一群人，这便导致了其各自不同的进化路径。人们需要将其进行归类，然后才能使用。将这个连续过程中的不同点看作不连续的语言很正常。这种逐渐变化的过程被称为进化，任何涉及信息复制的系统都会出现。
这个变化过程还有第四个相关特点：选择性。有些单词或短语会流行起来被大众青睐，另一些则不然。流行词被越来越多的人使用，因此会代代相传，不那么流行的词则会消亡。换句话说，新语言中的有些词是由说这种语言的人选择的，有些则不然。选择的过程同样是被动的，没有人能决定哪些词会流行，之所以会流行，只是因为它们更适合当时的语言环境罢了。
脑，逐渐发展出复杂性
包括人脑在内，地球上所有的生命都经历了相似的不断变化和选择的过程。正如语言是后代脑言语区域对声音和语法规则发展的复制产物一样，生物体也是后代细胞对基因和遗传密码发展的复制产物，其发展成效不仅体现在完整的生物体中，也体现在脑中。在脑中，复杂的布局结构在某些情况下具有优势，因此这种结构便会进一步进化。原始的神经样细胞形成更复杂的细胞结构和具有神经网络的生物体，然后进一步形成神经节，最后形成数十亿神经元的复杂集合体，也就是我们所说的脑。
任何时候，亲代都不会生出一个新物种，但细微的差异会慢慢地累积起来。因为我们能看到这个连续过程的“快照”，所以可以看到不同物种的独特的脑。这有点像在树枝上截一个横截面，我们会看到明显不相连的原木圆圈，但它们实际上是同一根树枝的一部分。我们可以把看起来相似或相近的原木圆圈归为一类，但如果不了解树的完整形状，这种归类就会充满不确定性。
乍一听，人脑似乎是一团混乱无序的神经集合，但事实远非如此。人脑中神经之间的潜在联系比已知宇宙中的原子还要多。人脑有一个可预测且高度组织化的结构，这是进化的产物。为了理解导致这种结构的事件链，我们需要接受一些...
第一个观念是，复杂性其实源于简单性，当然，这并不意味着简单性不会因复杂性而生。例如，我们认为哺乳动物的祖先比它们简单，而其祖先的祖先可能更简单，由此可以追溯到生命的起源。这与神创论和智能设计的基本概念形成了鲜明的对比，在后两者的概念中，万能的上帝和终极的复杂性先于其创造的更简单的形式出现，任何程度的复杂性都可以被创造出来。
第二个观念是，有机体的发育过程与过去的进化相呼应。例如，人类胚胎在发育过程中曾有鳃、鳃弓和尾巴，而这实际上与哺乳动物的胚胎几乎无法区分。此外，鸟类和哺乳动物的胚胎在发育早期也非常相似，但随着生物体的成长，它们的相似度会降低。同样，正如我们所期待的那样，两个种群都是陆栖脊椎动物，因此也有一个遥远的共同祖先。
第三个观念是，因为所有生物都“带着”自己进化的产物，所以自然界中必然存在各种相似性。就像南非语、荷兰语和德语都用相似的词来表达“谢谢”一样，所有现代生物体都拥有相同的细胞组成、细胞结构和蛋白质，人类与酵母有90%的相同基因……成千上万类似的例子都有力地支持着“生物有共同的起源”这一观点。
自然界中还存在其他能说明相似性的例子。它们有时是解决进化问题的唯一方案，如物种经历的平行进化。在最基础的层面，这些相似性包括对称性、有头有尾或能感应环境等特征，这种现象甚至可以拓展到分子水平。最引人注目的是有袋的狼和有胎盘的狼，这两种狼各自都为适应环境发展出了“狼性”的应对策略。在语言层面，与之对应的大概是“妈妈”这个词，这是婴儿最早能发出的声音之一。事实上，所有的语言都有相似的词。这并不是说所有语言都来自同一种语言，而是说人们出于同样的原因独立地想出了同样的词。
脑是如何进化出来的
事物越复杂，其需要进化的时间就越长。人脑是高度复杂的，所以经过了很长时间的进化。此外，因为每一代都是对上一代的改进，而不是全新的改变，所以有些东西看起来似乎不合逻辑。为了理解脑是如何形成的，我们需要借助一个简单而普通的蓝本——鱼脑。
鱼类神经系统的基本结构是一个一端有3个突起的管子，对应于前脑、中脑和后脑，并且管子上还有一系列隆起。这些排成一行4对的隆起被称为“丘”（colliculi，来自拉丁语，意为“小山”）。第一对位于前脑，负责嗅觉；第二对和第三对位于中脑，其中第二对负责处理视觉和眼球运动的反射，第三对负责处理声音；第四对位于后脑，处理位置信息。在鱼类和人之间的进化树上的所有动物中，我们可以清楚地看到这种组织结构，但是这些成对的隆起大小各不相同。在一些动物中，它们被称为“叶”（lobe），而在其他一些动物中，则被称为“半球”（hemisphere）。
对早期的生物而言，处理气味信息和视觉信息的能力对确保生存来说非常重要，而有关身体位置的信号以及由此产生的协调性同样重要。因此，第一对和第二对隆起进化得更大，变成“叶”；第四对也在扩大，但扩大的程度较小。随着运动越来越重要，第四对隆起也开始扩展成“叶”。对哺乳动物来说，良好的嗅觉和运动能力对生存最重要，因此第一对和第四对隆起急剧扩大，而人类脑叶的扩张过程发挥到了极致。原本处理嗅觉的第一对隆起已经极大地扩张，成为脑的两个半球。在扩张的过程中，它们首先向前生长，越过前脑，直到被颅骨前部限制；它们继续扩张，环绕自己向后扩张，直到被颅骨后部限制。然后，它们不得不再次重复向前，通过两侧，让脑的两个半球形成熟悉的“拳击手套”形状，并将内部空腔（侧脑室）“拉伸”成螺旋状。
对人类而言，原本负责嗅觉功能的第一对隆起如今局限在脑半球前部的内部和脑半球前表面的下方。这一负责嗅觉的区域与控制情绪的边缘系统有重要联系。两个半球的其余部分则接管了视觉功能和听觉功能，以及运动功能和感觉功能。第二对和第三对隆起如今看来基本上是多余的，成为中脑后部上的“小肿块”（上丘脑和下丘脑），负责处理视觉反射和听觉反射。与此同时，第四对隆起进一步发育和扩大，如今大约是脑其余部分大小的1/8，即小脑，它对复杂的、习得的协调性运动以及与平衡、关节位置和空间信息的整合至关重要。因此，我们拥有一个非常大的、复杂的脑，专门处理感觉信息并将其转化为行动。尽管如此，我们仍不清楚为什么脑需要长这么大。许多获得“成功”的动物的脑就很小，比如，地球上能找到的拥有最小的脑的恐龙。
【“创世论者”之谜】
人携带着所有之前进化的特征，喉返神经就是一个很好的例子。这条神经负责喉部声带的移动，正是因为它，我们才会说话。如果人最初就是由造物主设计的，那么喉返神经本应在离开脑干后通过最短距离直接到达喉部，因为这样设计才合理。但事实并非如此：左侧喉返神经离开脑干，沿颈部向下移动，绕着主动脉（离开心脏的大动脉）循环，并沿颈部回到喉部。因为喉返神经自己绕了回来，所以说它是“循环性的”。
对人来说，一个10厘米就能完成的路程却跨越了半米以上；而对长颈鹿来说，几厘米的路程绕了近7米。这有点像将飞机操纵杆的控制线一直发送到飞机的尾部且一无所获。创世论者只能简单地解释这是神的奥秘之一，或者是神出于某种未知原因故意为之。进化论者的解释则简单得多：对第一个有喉返神经的共同祖先来说，这肯定是连接神经和喉最简单的方法。
今天的两栖动物与化石记录中的两栖动物相似，因此我们可以认为它们同现代脊椎动物简单的前体相似。因为其神经、主动脉弓和喉都在一条直线上，所以青蛙的喉返神经路径最短，也最合理。爬行动物则有了新的进化发展，其心脏位于胸部稍低的位置，喉返神经的路径呈柔和的曲线，只绕了一小段路。哺乳动物从爬行动物或更近的共同祖先进化而来，心脏被置于胸部深处，喉部则位于颈部。因此，尽管绕道很长，可一旦了解到这是对之前设计的改进，就会觉得合乎逻辑了。
猿猴VS.人类：为什么人类能成为社会赢家
目前认为，最早的灵长类动物生活在非洲，那是人类最早进化的地区。所有的灵长类动物都有一些共同的特征：眼睛朝前，能够抓握和跳跃，有指甲而无爪。然而，人类有一些特殊的生理特征。例如，人类没有全身长满毛发，有一对对生拇指（可用来触摸其他四指），鼻子朝下，身体竖直站立等。在社交方面，人类喜欢生活在30人左右的群体中，遵循一套复杂的规则来处理人际关系，而这些规则是人类在成长过程中学会的。灵长类动物花大量的时间互相梳理毛发；人类则将时间花在身体接触和语言交流上。人类的身体特征可以被看作理解我们拥有较大的脑以及社交能力的一个线索。群体生活导致的一个副作用是，人类发展出了想象他人的观点和欺骗他人的能力。这些社交和智力技能完全依赖于脑力，这可能是较大的脑发育背后的进化驱动力和结果。
猿类有共同的社会结构。通常情况下，一个包含30只猿左右的群体会有一个占主导地位的雄性领导，它对群体中的雌性拥有交配权，当然，前提是它们接受它。它会得到副手的支持，但通常也会遭到群体内竞争对手的反对。它们通过毛发梳理、肢体语言和身体接近来表明联盟的建立。因此，群体内权力争夺不断，雌性掌握着平衡，需要做出正确选择以表明支持谁。在正确的时间建立正确的联盟，可以使雄性成为一位成功的父亲，免于独自生活。而这就需要它们具备特别的能力，来理解复杂的社会互动，理解其他猿的意图，并控制其他猿理解自己的意图。这很可能也给了我们从他人角度看世界的能力和撒谎的能力，以及交流这些概念的能力，这些都是意识的组成要素。另外，还需要一个足够大的脑，但是多大才算足够大呢？
【水宝宝：水猿】
在类人猿中，人类是唯一能积极享受水中生活乐趣的，与生活在海洋中的哺乳动物一样拥有哭泣的能力。人类生来就有一种自然的潜水反射，即当脸部接触冷水时，心率和新陈代谢会减慢。在婴儿身上，这一潜水反射也同自发的、为防止溺水而屏住呼吸并伴随游泳动作的反射结合在一起。那么，是否存在一个单一的模型，可以解释在人类过去的进化中发生了什么？
有一个特别有趣的关于水猿的理论。这一理论基于这样一种观察，即人类和猿类表亲之间的许多差异，可以用以往海洋或淡水附近的祖先来解释。我们蹚水时需要保持直立的姿势，解放双臂，一些野外猿类也会这样做。我们拥有可以自由伸张的手臂，可以操纵物体，而不仅仅是用来运动。人类身体的长宽比约10：1，对水来讲这是完美的流线。鼻孔朝前容易进水，而人类的鼻孔则是朝下的。毛发太旺盛容易使人溺水，尤其是对类人猿来说，而人类毛发稀少。
富含鱼类的膳食为构建较大的脑提供了必要的膳食成分，而且人们普遍认为，人类的祖先必然有办法捕到鱼。在海洋哺乳动物中，哭泣可以帮助清除体内多余的盐分。在类人猿和陆地哺乳动物中，人类是唯一拥有这种能力的。人类的许多生理特征都可以用进化史上的这种适应性来解释。
对于这些特性，人类还有其他的解释。天文学家霍伊尔（Hoyle）和维克拉姆辛戈（Wickramsinghe）曾提出生命起源于外太空的观点，因为复杂分子发展所必需的化学物质在外太空非常丰富。他们认为彗星内核冰冷，这一想法曾被认为很荒谬，因为这意味着彗星是岩石和冰的结块，现在我们知道这一观点是正确的。他们还提出，感冒和流感席卷世界的速度如此之快，是因为病毒来自太空，而人的鼻孔朝下，可以减少这些病毒的进入。这一想法似乎很荒谬……
脑容量和脑力：为“大”而战
蚂蚁的行为非常复杂，但它的脑几乎只有针头大小。蚊子可以飞行，但在目标上吸取血液只需要一个神经节点。老鼠很聪明，但脑只有2克重，与人脑中被称为下丘脑的这一小部分质量差不多。一般来说，脑越大，智力越高。然而，这并没有严格的相关关系，事实上，脑的表面积或者脑的质量占身体的比重似乎更加重要。脑表面的褶皱被称为脑回，它们之间的凹陷被称为脑沟。相比于身体的大小，人类的脑不仅过大，而且布满褶皱，看起来就像核桃一样。这意味着我们不仅有一个相对过大的脑，而且脑还有非常大的表面积。仅仅在脑皮质上，一个成年人就有100亿～200亿个神经元和60万亿个突触。那么，这些额外的“脑力”都到哪里去了呢？我们的行为真的比狗或猪的更复杂吗？答案或许是肯定的。
第一，人类的人际关系非常复杂。第二，人类有高度发达的语言能力。第三，人类对未来和过去都有一种成熟的时间观念。第四，人类有抽象思维的能力。第五，人类可以设身处地为别人着想。第六，人类有能力创作艺术作品和解决问题。这些能力的结合是人类独有的，当然，其他灵长类动物和社会性哺乳动物或许可以在较低程度上做到其中一些。脑力所需的关键组成部分似乎是神经元的数量、神经连接的数量和特定神经回路的数量。
一般来说，一个更大的脑会提供更多的能力，但这只是一个一般性的规则。一方面，能力和力量之间需要保持进化平衡；另一方面，维持和成本也需要保持进化平衡。脑消耗了我们吸收的20%的热量，因而人需要较长时间的妊娠期（还不够长，人在出生后很长一段时间还需要被照顾）以及一个更大的脑。
我们通常会认为，作为人类，智慧使我们有别于其他动物。但新的理论认为，在原始人类进化中有几个平行分支，其中只有一个分支产生了智人。证据表明，尼安德特人非常聪明，有语言能力和工具制造能力，与我们的直系祖先同时存在，但尼安德特人不是现代人的祖先。这表明智力至少出现了两次，一次在现代人身上，一次在尼安德特人身上。我们还知道狗能听懂数百个单词，一些马和鸟也能听懂，一些猿类能用手语交流……看来，智力并非独一无二。
脑是大量神经元的集合，所有的神经都以某种方式相互联系，由此我们才可以审视和体验这个世界，继而进行思考，并根据得出的结论采取行动。但神经是什么？脑又是如何运作的呢？我们将在下一章进行讲解。
章末总结
1 地球上所有生命的所有方面，包括人类的脑，都经历了相似的不断变化和选择的过程。
2 人脑的神经之间的的潜在联系比已知宇宙中的原子还要多，它有一个可预测且高度组织化的结构。
3 进化的结果：
· 从简单性进化出复杂性；
· 有机体的发育过程与过去的进化相呼应；
· 因为所有生物都“带着”自己进化的产物，所以自然界中必然存在各种相似性。
4 一般来说，脑越大，个体的智力越高。不过，脑的表面积或脑的质量占身体的比重更加重要。
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