現代人爲何比古人聰明?大腦血流量率增長或是主因

數十年來，人類學家始終對人類智商方面的進化感到好奇。科學家們研究的主要對象多來自考古發現，比如火和工具的使用情況等。此外，還有科學家對化石頭骨進行研究，尋找人類智商進化的內部證據。與300萬年前的古猿祖先相比，人類的腦容量已經增加了3.5倍。人們普遍認爲，智商高低與腦容量大小有關，理由是哺乳動物大腦中神經細胞的數量似乎與腦容量大小直接相關。

而羅傑·西摩（Roger S. Seymour）等人的研究主要集中於大腦血流量率（rate of blood flow）方面，它與代謝率密切相關，因爲血液供應實際上供應的就是氧氣。如果流向大腦的血液停止運行，你會在數秒內暈過去。通常情況下，每秒鐘大約有7毫升血液流向大腦。值得注意的是，無論你是醒着、睡着還是在解決數學問題，這個數值都不會有太大變化。

流向大腦的認知部分的血液需要經過兩個頸動脈，左右各一條。這些動脈的大小與流經它們的血流量率有關。就像水管工需要安裝更大的水管，以便向更大的建築提供更多供水那樣，血液循環系統會不斷調節血管大小，以與內部的血流量率相配合。反過來，這又與器官需要的氧氣數量息息相關。

如果我們能夠測量向大腦等器官提供氧氣的動脈大小，我們就可以計算出平均血流量率。這條原則已經被發現了100多年，其優點在於非常簡單。我的頓悟時刻終於出現了。我意識到動脈大小可通過其穿過骨頭孔洞的大小來衡量。這意味着，大腦的血流量率可通過測量人類化石頭骨中頸動脈管的大小確定。

這是個絕妙的主意，我的學生萬亞·波斯奧西克（Vanya Bosiocic）將它變成研究課題。她前往澳大利亞和南非博物館查閱資料，並獲准對珍貴的古人類頭骨進行測量。我們發現，在過去300萬年中，在12種人類祖先中，通往大腦的頸動脈管增大的速度遠比我們預想的快得多。

人類的腦容量增加了2.5倍，血流量率提高了5倍，從每秒的1.2毫升增至7毫升。這預示着，我們的大腦對氧氣的渴望是人類祖先的6倍，這可能是因爲我們的認知能力更強，所以需要的能量也更密集。由於人類大腦中的神經細胞數量與大型靈長類動物差不多，我們發現人類大腦中的物質更加活躍，這可能是因爲神經元之間的聯繫更緊密所致。

每次聯繫都被稱爲突觸，可以將電子脈衝從1個細胞傳遞給其他細胞，這個過程通常需要某個細胞釋放化學物質。脈衝之間的物質循環只會消耗少量能量，但大腦中包含着800億個神經細胞，而每個細胞都與其他細胞進行數以千計的突觸，總體能量消耗依然非常龐大。

人體將其總靜息代謝率的20%到25%分配給大腦，而其他靈長類只有8%到10%，其他哺乳動物只有3%到5%。爲此，我們可以將大腦視爲相當耗能的超級計算機。與電子計算機進行類比很形象，計算機的能力越強，其需要支持運行的能量就越多，需要輸送能源的電纜就越粗。這與大腦的原理相似，認知能力越強，代謝率越高，血流越多，血管就越大。

在生物領域，人類大腦的進化是獨一無二的。我們查看了34種活體靈長類動物的頸動脈管，它們代表着向大型猿類和智人進化的方向。在這些靈長類動物中，它們的體型都有所增高，腦容量也不斷加大，但體型增長速度更快。靈長類大腦血流量增長幅度幾乎與腦容量增加速度一致。

只有智人的血流量增長比腦容量增長速度更快，這預示着大腦不僅在容量方面在進化，在使用方面也在不斷進步。這標誌着，我們的祖先正變得越來越聰明。（小小）