人类大脑进化不只变大这么简单:需要血流量也同时增加 大珠山

2016-09-20 20:05 来源:未知 作者:admin
人类大脑进化不只变大这么简单:需要血流量也同时增加 大珠山

  澳大利亚与南非的国际合作研究显示人类大脑通过进化不仅变得更大,而且变得比先前认为的更加耗能和“嗜血”。这项研究由阿德莱德大学生物科学学院的心血管生理学团队与威特沃特斯兰德大学的脑功能研究组和进化研究院共同合作完成。研究成果发表在 Royal Society Open Science (论文信息见文末)上。

  血管穿过头骨,并在其上形成孔洞,血管越粗,孔洞越大。由于较粗的血管运输的血液也较多,科学家们可以利用孔洞的尺寸来估计已灭绝的原始人大脑中的血流量。血流量进而可以表明大脑消耗能量的多少(休息时,现代人的大脑占据人消耗总能量的20%~25%)。动脉经由头骨底部的两个孔洞到达大脑。研究人员利用这两个孔洞的大小可以计算出从南方古猿(Australopithecus)直至古老智人(Homo Sapiens)的11个人类祖先物种的大脑血流量,他们跨越了约350万年的时间。这项研究使研究人员可以随进化历程来追踪人类智能的提升。

  研究人员发现流向大脑的血流量并不与大脑容积成比例增加。血流量与大脑容积的比例指数为1.4。项目负责人阿德莱德大学的名誉教授罗杰·西摩表示,“在人类进化过程中,大脑体积增加了约350%,而我们发现,流向大脑的血流量惊人地增加了600%。我们认为这可能与大脑需要满足神经细胞间越来越多的活跃连接相关,这些连接使得复杂的思考与学习过程得以进化。为了使我们的大脑变得如此智能,大脑必须不断地从血液中获取氧气与营养物质。大脑代谢越活跃,需要的血液就越多,因此供血的动脉就越粗。头骨化石上的孔洞大小就是动脉粗细的准确反映。”

  血流量的爆发式增长及由其引起的新陈代谢增强意味着两种可能,即当人类大脑变得更大时,可能会包含更多的神经细胞,也有可能使得神经细胞更为活跃。无论哪种情况,增加的血流量都意味着更强大的智能,或许也反映了大脑在进化过程中的重组。

  人类大脑有些特殊,在于它们还能组合得很好。例如大脑褶皱就像皱缩的核桃仁,使得大脑能够在更小的体积内形成更多的神经连接。这或许可以解释为什么为大脑运输血液的动脉尺寸不与大脑容积成比例增加。通过使用头骨上的孔洞,研究人员已经确定了几百万年前我们祖先大脑的活动强度,而之前大家认为这类信息已经和祖先一起,葬入坟墓。

  荣誉学生兼共同作者 Vanya Bosiocic 曾有机会前往南非,并同世界著名的人类学家进行最古老人类头骨化石的收集工作,包括新发现的Homo naledi(纳莱迪人)化石。“在进化过程中,大脑功能的进步似乎与我们在童年成长中花费更长的时间有关。这种进步之处还同发生在狩猎、捍卫领地及照顾后代时的家庭协作相关。” Bosiocic 女士说,“这些特征似乎恰好出现在大脑对血液和能量的需求增加之后。”

  一些通过颈动脉运输到大脑的血液会吸收大脑活动过程中产生的热量,接着从大脑流出从而帮助大脑降温。因此,尽管这项研究科学严谨地考虑了大脑的新陈代谢和血液运入,但仍需后续研究解释大脑血液的运出。


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