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← 人腦有何特別之處?

人腦令人感到困惑——對照我們的身體,它大的古怪,十分耗能量,大腦皮質密度又異常地高。這是怎麼回事呢?神經學家蘇珊納 賀古拉奴·霍札 (Suzana Herculano-Houzel) 戴上她的偵探帽,帶領我們解開這個謎題。經由製作「腦湯」,她下了一個驚人的結論。

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Subtitles translated from English Showing Revision 18 created 02/24/2014 by Geoff Chen.

  1. 人類的腦有什麼特別的呢?
  2. 為何是我們研究其它動物的腦
  3. 而不是我們的被研究呢?
  4. 人腦擁有什麼
  5. 其它動物的腦沒有的呢?
  6. 十幾年前我開始
    對這類的問題感興趣
  7. 那時的科學家自認已知差異所在
  8. 即便可依據的證據非常少
  9. 許多科學家認為所有哺乳類的腦
  10. 包括人類的頭腦
  11. 都有著相同的構造
  12. 有著一定數量的神經元
  13. 而數量與腦的大小成正比例
  14. 這表示同樣大小的兩個腦
  15. 例如這兩約400公克的
  16. 應有差不多數量的神經元
  17. 如果神經元是腦裡面
  18. 訊息處理的最小單位
  19. 那這兩腦的主人
  20. 應該有著差不多一樣的認知能力
  21. 然而一個是黑猩猩的
  22. 另一個是乳牛的
  23. 或許乳牛有著
  24. 心靈極豐富的內在美
  25. 聰明到不讓我們發現這些
  26. 但我們吃牠們
  27. 我想大部分的人會同意
  28. 黑猩猩比乳牛更有能力處理
  29. 複雜、精細且有彈性的行為
  30. 所以這意味著
  31. 「所有腦都有相同的構造」的想法
  32. 不完全正確
  33. 但先讓我們繼續下去

  34. 如果所有腦的構造都是一樣的
  35. 你比較動物之間不同大小的腦
  36. 那較大的腦就該有較多的神經元
  37. 腦愈大的話
  38. 其主人也該有較強的認知能力
  39. 所以世上最大的腦
  40. 都該有最強大的認知能力
  41. 但壞消息來了
  42. 我們人類的腦不是最大的
  43. 這聽起來有點傷腦筋
  44. 我們人類的腦大約是 1.2~1.5 公斤
  45. 但大象的腦是 4~5 公斤
  46. 而鯨的腦重達 9 公斤
  47. 這就是為何科學家總是說
  48. 我們的腦一定是特別
  49. 這有便於解釋我們的認知能力
  50. 我們的腦一定是很非比尋常
  51. 排除在一般規則外
  52. 牠們的腦或許更大但我們的更好
  53. 舉例來說
  54. 我們的腦比它應該有的樣子更大
  55. 而且依我們身軀的大小來看
  56. 它有著超過應有的大腦皮質數量
  57. 這些「過多」的大腦皮質讓我們
  58. 做出比操控身軀更多有趣的事情
  59. 因為通常腦的大小
  60. 跟身材的大小有關係
  61. 主要會說「我們的腦
  62. 比它應有的樣子更大」
  63. 是來自於
  64. 我們跟大猩猩作的比較
  65. 大猩猩的身材比我們大上二到三倍
  66. 所以牠們的腦也該比我們的大才對
  67. 事實上卻相反
  68. 我們的腦比大猩猩的大上三倍
  69. 從能量消耗的角度來看

  70. 人類的腦也是很特別的
  71. 雖然腦只佔身體重量的 2%
  72. 光是它就消耗了身體
  73. 每天需要25% 的能量
  74. 也就是一天 2,000 卡路里中的 500 卡
  75. 都是花在腦的運作上
  76. 人腦不僅比它應有的大小還大

  77. 且還消耗掉更多能量
  78. 所以說它是特別的
  79. 這也是一開始困擾我的地方
  80. 在生物學上我們尋找規則
  81. 可以大體上適用於所有的動物和生命
  82. 但為什麼演化的規則
  83. 適用於所有生物,但不包括我們呢?
  84. 或許問題就在於
  85. 「所有腦的構造都是一樣的」這個假設上
  86. 或許兩個大小相近的腦
  87. 其實可以有著非常不同數量的神經元
  88. 或許一個非常大的腦
  89. 並不需要比一般大小的腦
  90. 需要更多的神經元
  91. 或許不管人腦的大小
  92. 都比其他生物擁有最多的神經元
  93. 尤其是在大腦皮質這部分
  94. 這些讓我想到一個
  95. 待解答的重要問題:
  96. 人類的腦有多少神經元?
  97. 答案可如何與其它動物做比較呢?
  98. 你可能聽過或在哪讀到

  99. 我們有一千億個神經元
  100. 十前年我問我的同事
  101. 知不知這數字哪來的
  102. 結果沒人知道
  103. 我翻閱所有的文獻
  104. 想找出這數字最原始的出處
  105. 但我也沒辦法找到
  106. 看來似乎沒有人真正算出過
  107. 人類的腦究竟有多少個神經元
  108. 其它的腦也一樣沒數出來過
  109. 所以我用自己的方法來數

  110. 這方法基本上是
  111. 把大腦溶解在一碗湯裡
  112. 就像這樣
  113. 你拿出一個或部分的腦
  114. 用某種溶劑溶解它
  115. 破壞掉細胞壁
  116. 但保留細胞核完整
  117. 這樣你就有自由懸浮的細胞核
  118. 看起來就會像這樣
  119. 一碗清湯
  120. 這碗湯內有一隻鼠腦
  121. 所有的細胞核
  122. 這碗湯的好處就在於因為它是一碗湯
  123. 你可攪動它
  124. 讓細胞核均勻散布在液體中
  125. 然後只需要在顯微鏡之下
  126. 觀察這碗湯中四到五個樣本
  127. 數算細胞核的數量
  128. 就可得知這個腦有多少個細胞了
  129. 這既簡單又直接
  130. 而且迅速
  131. 所以我們利用這方法
  132. 計數十種不同物種的神經元
  133. 得到的結果是
  134. 所有的腦都不具有相同的構造
  135. 以嚙齒動物和靈長類為例
  136. 較大隻的嚙齒動物腦中
  137. 其神經元的平均大小變大
  138. 腦就可迅速變大
  139. 腦變大的速度比增加神經元快
  140. 但靈長類的腦
  141. 可在神經元沒有變大的情況下增加數量
  142. 這使得增加腦的神經元數量上
  143. 變得非常有效率
  144. 結果顯示同樣大小的腦
  145. 靈長類的神經元數量都會超過嚙齒類的
  146. 而且腦愈大
  147. 這差異就顯得愈大
  148. 那我們的腦呢?
  149. 平均來講
  150. 我們有 860億個神經元
  151. 其中的 160億都在大腦皮質裡
  152. 如果你認為大腦皮質
  153. 的功能中心是像
  154. 認知 、邏輯 、抽象理解力
  155. 那腦皮層中的160億就比其他
  156. 任何大腦皮質擁有最多的數量了
  157. 我認為這是我們人類卓越的認知能力
  158. 最簡單的解釋了
  159. 同樣重要的是這860億個神經元意味著什?
  160. 因為我們發現到
  161. 腦的大小和神經元數量的關係
  162. 可以用數學的方式描述
  163. 我們可計算出
  164. 如果人腦的構造像嚙齒動物的會怎麼樣呢?
  165. 若嚙齒動物的腦有 860億的神經元
  166. 體重就會重達 36公斤
  167. 這是不可能的事情
  168. 這麼大的一個腦
  169. 會被自己的重量壓垮
  170. 要這麼重大的腦
  171. 搭配一個 89公噸的身體
  172. 是件讓我難以想像的東西
  173. 這為我們今天下一個很重要的結論

  174. 我們不是嚙齒動物
  175. 人腦沒有嚙齒動物搬的大腦
  176. 比起老鼠我們的看起來特別多了
  177. 但這樣比較並不公平
  178. 因為我們知道我們不是嚙齒動物
  179. 我們是靈長類
  180. 所以跟其它的靈長類動物作比較才正確
  181. 所以計算一下的話
  182. 你會發現一般靈長類動物
  183. 擁有860億的神經元
  184. 腦就會重約 1.2公斤
  185. 搭配重達 66公斤的身軀
  186. 看起來似乎合理
  187. 這剛好是我自身的例子
  188. 這結果雖然一點也不意外
  189. 但還是下了一個很重要的結論:
  190. 我是靈長類動物
  191. 你們全部也是靈長類動物
  192. 達爾文也是

  193. 我猜想達爾文也會很喜歡這項結論
  194. 他的腦跟我們一樣
  195. 構造都是與其它靈長類相同的
  196. 沒錯,人腦或許較卓越

  197. 但在神經元的數量方面就沒什特別的
  198. 它不過是大的靈長類的頭腦
  199. 我想這是一個非常謙虛和中肯的想法
  200. 提醒我們在大自然中扮演的角色
  201. 為何它會消耗如此多的能量?

  202. 有人已經估算出
  203. 人類和其它動物的腦
  204. 所消耗的能量
  205. 現在了解每種腦有多少神經元
  206. 我們就可做些計算
  207. 結果發現人類和其它動物的腦
  208. 消耗方式差不多一樣
  209. 每天平均每 10億個神經元消耗 6卡
  210. 一個腦所消耗的能量
  211. 和它的神經元數量
  212. 成了一個簡單的線性關係
  213. 所以人腦消耗的能量
  214. 就跟你估算的一樣多
  215. 所以人腦為什麼
  216. 會消耗許多能量
  217. 單純是因為它有較多神經元的關係
  218. 作為靈長類
  219. 比起身體大小類似的動物
  220. 我們擁有更多的神經元
  221. 腦也就消耗較多能量
  222. 這單純是因為我們是靈長類動物的關係
    不是因為我們特別
  223. 最後一個問題:

  224. 我們是如何有這麼多的神經元?
  225. 明確地說
  226. 如果大猩猩身體比我們大
  227. 為何沒有較大的腦和更多的神經元呢?
  228. 當理解到擁有許多神經元的同時
  229. 也就需要燃燒更多的能量時
  230. 我推測或許這就是原因-
  231. 大猩猩無法同時供給能量
  232. 應付龐大的身軀和大量的神經元
  233. 我們計算過
  234. 一方面計算出
  235. 大猩猩一天從食物中
  236. 獲得多少能量
  237. 另一方面計算
  238. 特定大小的身軀要消耗多少能量
  239. 還有一定數量的神經元所消耗的能量
  240. 然後我們一併查看
  241. 如果牠一天進食固定的時數
  242. 牠可以提供多少能量
  243. 給多大的身軀和多少的神經元數量
  244. 我們發現到

  245. 因為神經元消耗太多
  246. 這是身軀大小和神經元數量之間的妥協
  247. 一個靈長類一天進食八小時
  248. 可提供最多 530億個神經元的能量
  249. 但同時牠的身軀無法超過
  250. 25公斤
  251. 如果增加體重
  252. 則須捨棄神經元
  253. 所以只能單單擁有龐大的身軀
  254. 或只能單單擁有大量的神經元
  255. 如果你像靈長類一樣進食
  256. 你無法同時有這兩項
  257. 跳脫這限制的其中一個方法

  258. 是每天花更多時間進食
  259. 但這會提高危險
  260. 所以這方法行不通
  261. 以大猩猩和紅毛猩猩為例
  262. 為了養活大約 300億個神經元
  263. 每天要花8.5小時進食
  264. 這已經是它們所能做的了
  265. 每天進食九小時
  266. 應是靈長類的極限
  267. 那我們呢?

  268. 我們有 860億個神經元
  269. 體重約 60~70公斤
  270. 我們每一天應該都要
  271. 花超過九小時在進食上
  272. 但這不可行
  273. 如果我們像靈長類一樣的吃
  274. 我們就不會在這裡了
  275. 那我們是怎麼辦到的?

  276. 如果我們的腦真的需要大量的能量應付
  277. 而且又不能花每個
  278. 清醒的時刻在進食上
  279. 另一個替代方式就是
  280. 從同樣的食物中
  281. 用某種方式得到更多能量
  282. 很神奇的
  283. 這完全符合我們的假設-
  284. 150萬年前我們的祖先
  285. 發明了烹煮
  286. 烹煮是利用火
  287. 在我們身外先消化好食物
  288. 煮過的食物較軟 易咀嚼
  289. 能在嘴裡完全嚼碎
  290. 好讓胃能夠完全消化
  291. 供你吸收
  292. 這樣就能在較短的時間內獲取更多的能量
  293. 所以烹煮讓我們有更多的時間
  294. 利用我們的時間和神經元
  295. 從事更多有趣的事情
  296. 這樣就不用為了
  297. 老是要找食物,趕著吃
  298. 然後花掉一整天的時間
  299. 也因為烹煮的關係

  300. 讓這一度為了應付巨量神經元
  301. 消耗能量過度的腦
  302. 變成現在主要的資產
  303. 讓我們可以同時提供能量給大量神經元
  304. 也能花時間利用它們從事有趣的事
  305. 所以我認為這說明了為何人腦
  306. 能夠在演化中迅速變大
  307. 即便仍使用靈長類的腦
  308. 也因為烹煮可養活這大腦的關係
  309. 我們很快速地從生食發展到養殖
  310. 農、文明、雜貨店
  311. 電力、電冰箱
  312. 現今的這一切
  313. 讓我們可以在
  314. 喜歡的速食店內一次消費
  315. 支撐一整天所需的能量
  316. 而過去的解決之道
  317. 卻成了當今的問題
  318. 很諷刺地,我們在生食中尋求解答
  319. 那人類的優勢是什麼?

  320. 我們擁有什麼
  321. 其它動物沒有的呢?
  322. 我們的大腦皮質成了答案
  323. 它擁有最多的神經元
  324. 我想這為我們卓越的認知能力
  325. 提供了簡單好懂的解釋
  326. 那是什麼讓我們做其它動物做不到的呢?
  327. 我認為最基本的方式
  328. 讓我們擁有卓越大腦
  329. 且含大量神經元的大腦皮質
  330. 只有歸於兩個字- 烹煮
  331. 其它動物不會煮食物,只有人類會
  332. 我認為這就是為何我們身為人類
  333. 研究人腦改變我對食物的看法

  334. 現在我看著我的廚房
  335. 都跟它敬禮
  336. 我感謝我的祖先
  337. 發明這些讓我們得以成為人類
  338. 謝謝大家
  339. (鼓掌)