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人腦有何特別之處?

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    人類的腦有什麼特別的呢？
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    為何是我們研究其它動物的腦
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    而不是我們的被研究呢？
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    人腦擁有什麼
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    其它動物的腦沒有的呢？
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    十幾年前我開始
    對這類的問題感興趣
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    那時的科學家自認已知差異所在
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    即便可依據的證據非常少
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    許多科學家認為所有哺乳類的腦
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    包括人類的頭腦
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    都有著相同的構造
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    有著一定數量的神經元
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    而數量與腦的大小成正比例
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    這表示同樣大小的兩個腦
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    例如這兩約400公克的
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    應有差不多數量的神經元
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    如果神經元是腦裡面
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    訊息處理的最小單位
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    那這兩腦的主人
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    應該有著差不多一樣的認知能力
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    然而一個是黑猩猩的
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    另一個是乳牛的
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    或許乳牛有著
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    心靈極豐富的內在美
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    聰明到不讓我們發現這些
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    但我們吃牠們
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    我想大部分的人會同意
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    黑猩猩比乳牛更有能力處理
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    複雜、精細且有彈性的行為
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    所以這意味著
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    「所有腦都有相同的構造」的想法
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    不完全正確
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    但先讓我們繼續下去
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    如果所有腦的構造都是一樣的
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    你比較動物之間不同大小的腦
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    那較大的腦就該有較多的神經元
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    腦愈大的話
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    其主人也該有較強的認知能力
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    所以世上最大的腦
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    都該有最強大的認知能力
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    但壞消息來了
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    我們人類的腦不是最大的
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    這聽起來有點傷腦筋
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    我們人類的腦大約是 1.2~1.5 公斤
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    但大象的腦是 4~5 公斤
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    而鯨的腦重達 9 公斤
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    這就是為何科學家總是說
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    我們的腦一定是特別
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    這有便於解釋我們的認知能力
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    我們的腦一定是很非比尋常
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    排除在一般規則外
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    牠們的腦或許更大但我們的更好
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    舉例來說
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    我們的腦比它應該有的樣子更大
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    而且依我們身軀的大小來看
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    它有著超過應有的大腦皮質數量
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    這些「過多」的大腦皮質讓我們
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    做出比操控身軀更多有趣的事情
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    因為通常腦的大小
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    跟身材的大小有關係
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    主要會說「我們的腦
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    比它應有的樣子更大」
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    是來自於
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    我們跟大猩猩作的比較
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    大猩猩的身材比我們大上二到三倍
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    所以牠們的腦也該比我們的大才對
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    事實上卻相反
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    我們的腦比大猩猩的大上三倍
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    從能量消耗的角度來看
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    人類的腦也是很特別的
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    雖然腦只佔身體重量的 2%
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    光是它就消耗了身體
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    每天需要25% 的能量
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    也就是一天 2,000 卡路里中的 500 卡
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    都是花在腦的運作上
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    人腦不僅比它應有的大小還大
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    且還消耗掉更多能量
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    所以說它是特別的
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    這也是一開始困擾我的地方
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    在生物學上我們尋找規則
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    可以大體上適用於所有的動物和生命
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    但為什麼演化的規則
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    適用於所有生物，但不包括我們呢?
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    或許問題就在於
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    「所有腦的構造都是一樣的」這個假設上
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    或許兩個大小相近的腦
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    其實可以有著非常不同數量的神經元
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    或許一個非常大的腦
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    並不需要比一般大小的腦
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    需要更多的神經元
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    或許不管人腦的大小
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    都比其他生物擁有最多的神經元
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    尤其是在大腦皮質這部分
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    這些讓我想到一個
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    待解答的重要問題：
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    人類的腦有多少神經元？
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    答案可如何與其它動物做比較呢？
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    你可能聽過或在哪讀到
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    我們有一千億個神經元
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    十前年我問我的同事
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    知不知這數字哪來的
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    結果沒人知道
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    我翻閱所有的文獻
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    想找出這數字最原始的出處
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    但我也沒辦法找到
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    看來似乎沒有人真正算出過
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    人類的腦究竟有多少個神經元
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    其它的腦也一樣沒數出來過
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    所以我用自己的方法來數
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    這方法基本上是
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    把大腦溶解在一碗湯裡
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    就像這樣
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    你拿出一個或部分的腦
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    用某種溶劑溶解它
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    破壞掉細胞壁
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    但保留細胞核完整
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    這樣你就有自由懸浮的細胞核
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    看起來就會像這樣
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    一碗清湯
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    這碗湯內有一隻鼠腦
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    所有的細胞核
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    這碗湯的好處就在於因為它是一碗湯
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    你可攪動它
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    讓細胞核均勻散布在液體中
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    然後只需要在顯微鏡之下
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    觀察這碗湯中四到五個樣本
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    數算細胞核的數量
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    就可得知這個腦有多少個細胞了
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    這既簡單又直接
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    而且迅速
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    所以我們利用這方法
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    計數十種不同物種的神經元
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    得到的結果是
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    所有的腦都不具有相同的構造
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    以嚙齒動物和靈長類為例
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    較大隻的嚙齒動物腦中
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    其神經元的平均大小變大
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    腦就可迅速變大
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    腦變大的速度比增加神經元快
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    但靈長類的腦
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    可在神經元沒有變大的情況下增加數量
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    這使得增加腦的神經元數量上
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    變得非常有效率
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    結果顯示同樣大小的腦
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    靈長類的神經元數量都會超過嚙齒類的
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    而且腦愈大
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    這差異就顯得愈大
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    那我們的腦呢？
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    平均來講
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    我們有 860億個神經元
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    其中的 160億都在大腦皮質裡
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    如果你認為大腦皮質
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    的功能中心是像
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    認知 、邏輯 、抽象理解力
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    那腦皮層中的160億就比其他
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    任何大腦皮質擁有最多的數量了
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    我認為這是我們人類卓越的認知能力
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    最簡單的解釋了
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    同樣重要的是這860億個神經元意味著什?
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    因為我們發現到
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    腦的大小和神經元數量的關係
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    可以用數學的方式描述
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    我們可計算出
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    如果人腦的構造像嚙齒動物的會怎麼樣呢?
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    若嚙齒動物的腦有 860億的神經元
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    體重就會重達 36公斤
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    這是不可能的事情
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    這麼大的一個腦
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    會被自己的重量壓垮
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    要這麼重大的腦
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    搭配一個 89公噸的身體
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    是件讓我難以想像的東西
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    這為我們今天下一個很重要的結論
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    我們不是嚙齒動物
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    人腦沒有嚙齒動物搬的大腦
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    比起老鼠我們的看起來特別多了
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    但這樣比較並不公平
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    因為我們知道我們不是嚙齒動物
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    我們是靈長類
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    所以跟其它的靈長類動物作比較才正確
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    所以計算一下的話
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    你會發現一般靈長類動物
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    擁有860億的神經元
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    腦就會重約 1.2公斤
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    搭配重達 66公斤的身軀
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    看起來似乎合理
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    這剛好是我自身的例子
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    這結果雖然一點也不意外
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    但還是下了一個很重要的結論：
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    我是靈長類動物
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    你們全部也是靈長類動物
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    達爾文也是
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    我猜想達爾文也會很喜歡這項結論
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    他的腦跟我們一樣
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    構造都是與其它靈長類相同的
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    沒錯，人腦或許較卓越
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    但在神經元的數量方面就沒什特別的
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    它不過是大的靈長類的頭腦
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    我想這是一個非常謙虛和中肯的想法
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    提醒我們在大自然中扮演的角色
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    為何它會消耗如此多的能量？
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    有人已經估算出
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    人類和其它動物的腦
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    所消耗的能量
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    現在了解每種腦有多少神經元
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    我們就可做些計算
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    結果發現人類和其它動物的腦
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    消耗方式差不多一樣
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    每天平均每 10億個神經元消耗 6卡
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    一個腦所消耗的能量
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    和它的神經元數量
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    成了一個簡單的線性關係
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    所以人腦消耗的能量
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    就跟你估算的一樣多
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    所以人腦為什麼
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    會消耗許多能量
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    單純是因為它有較多神經元的關係
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    作為靈長類
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    比起身體大小類似的動物
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    我們擁有更多的神經元
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    腦也就消耗較多能量
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    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
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    最後一個問題：
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    我們是如何有這麼多的神經元？
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    明確地說
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    如果大猩猩身體比我們大
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    為何沒有較大的腦和更多的神經元呢？
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    當理解到擁有許多神經元的同時
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    也就需要燃燒更多的能量時
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    我推測或許這就是原因－
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    大猩猩無法同時供給能量
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    應付龐大的身軀和大量的神經元
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    我們計算過
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    一方面計算出
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    大猩猩一天從食物中
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    獲得多少能量
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    另一方面計算
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    特定大小的身軀要消耗多少能量
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    還有一定數量的神經元所消耗的能量
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    然後我們一併查看
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    如果牠一天進食固定的時數
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    牠可以提供多少能量
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    給多大的身軀和多少的神經元數量
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    我們發現到
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    因為神經元消耗太多
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    這是身軀大小和神經元數量之間的妥協
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    一個靈長類一天進食八小時
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    可提供最多 530億個神經元的能量
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    但同時牠的身軀無法超過
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    25公斤
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    如果增加體重
  • 9:33 - 9:35
    則須捨棄神經元
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    所以只能單單擁有龐大的身軀
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    或只能單單擁有大量的神經元
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    如果你像靈長類一樣進食
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    你無法同時有這兩項
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    跳脫這限制的其中一個方法
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    是每天花更多時間進食
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    但這會提高危險
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    所以這方法行不通
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    以大猩猩和紅毛猩猩為例
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    為了養活大約 300億個神經元
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    每天要花8.5小時進食
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    這已經是它們所能做的了
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    每天進食九小時
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    應是靈長類的極限
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    那我們呢？
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    我們有 860億個神經元
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    體重約 60~70公斤
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    我們每一天應該都要
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    花超過九小時在進食上
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    但這不可行
  • 10:22 - 10:24
    如果我們像靈長類一樣的吃
  • 10:24 - 10:26
    我們就不會在這裡了
  • 10:26 - 10:28
    那我們是怎麼辦到的？
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    如果我們的腦真的需要大量的能量應付
  • 10:31 - 10:33
    而且又不能花每個
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    清醒的時刻在進食上
  • 10:37 - 10:38
    另一個替代方式就是
  • 10:38 - 10:40
    從同樣的食物中
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    用某種方式得到更多能量
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    很神奇的
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    這完全符合我們的假設－
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    150萬年前我們的祖先
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    發明了烹煮
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    烹煮是利用火
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    在我們身外先消化好食物
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    煮過的食物較軟 易咀嚼
  • 11:02 - 11:05
    能在嘴裡完全嚼碎
  • 11:05 - 11:07
    好讓胃能夠完全消化
  • 11:07 - 11:08
    供你吸收
  • 11:08 - 11:12
    這樣就能在較短的時間內獲取更多的能量
  • 11:12 - 11:15
    所以烹煮讓我們有更多的時間
  • 11:15 - 11:17
    利用我們的時間和神經元
  • 11:17 - 11:18
    從事更多有趣的事情
  • 11:18 - 11:20
    這樣就不用為了
  • 11:20 - 11:22
    老是要找食物，趕著吃
  • 11:22 - 11:23
    然後花掉一整天的時間
  • 11:23 - 11:25
    也因為烹煮的關係
  • 11:25 - 11:28
    讓這一度為了應付巨量神經元
  • 11:28 - 11:31
    消耗能量過度的腦
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    變成現在主要的資產
  • 11:33 - 11:36
    讓我們可以同時提供能量給大量神經元
  • 11:36 - 11:39
    也能花時間利用它們從事有趣的事
  • 11:39 - 11:41
    所以我認為這說明了為何人腦
  • 11:41 - 11:44
    能夠在演化中迅速變大
  • 11:44 - 11:48
    即便仍使用靈長類的腦
  • 11:48 - 11:50
    也因為烹煮可養活這大腦的關係
  • 11:50 - 11:53
    我們很快速地從生食發展到養殖
  • 11:53 - 11:56
    農、文明、雜貨店
  • 11:56 - 11:58
    電力、電冰箱
  • 11:58 - 11:59
    現今的這一切
  • 11:59 - 12:01
    讓我們可以在
  • 12:01 - 12:04
    喜歡的速食店內一次消費
  • 12:04 - 12:07
    支撐一整天所需的能量
  • 12:07 - 12:09
    而過去的解決之道
  • 12:09 - 12:11
    卻成了當今的問題
  • 12:11 - 12:17
    很諷刺地，我們在生食中尋求解答
  • 12:17 - 12:19
    那人類的優勢是什麼？
  • 12:19 - 12:21
    我們擁有什麼
  • 12:21 - 12:23
    其它動物沒有的呢?
  • 12:23 - 12:26
    我們的大腦皮質成了答案
  • 12:26 - 12:27
    它擁有最多的神經元
  • 12:27 - 12:29
    我想這為我們卓越的認知能力
  • 12:29 - 12:31
    提供了簡單好懂的解釋
  • 12:31 - 12:34
    那是什麼讓我們做其它動物做不到的呢?
  • 12:34 - 12:36
    我認為最基本的方式
  • 12:36 - 12:39
    讓我們擁有卓越大腦
  • 12:39 - 12:41
    且含大量神經元的大腦皮質
  • 12:41 - 12:44
    只有歸於兩個字－　烹煮
  • 12:44 - 12:47
    其它動物不會煮食物，只有人類會
  • 12:47 - 12:50
    我認為這就是為何我們身為人類
  • 12:50 - 12:53
    研究人腦改變我對食物的看法
  • 12:53 - 12:54
    現在我看著我的廚房
  • 12:54 - 12:56
    都跟它敬禮
  • 12:56 - 12:57
    我感謝我的祖先
  • 12:57 - 12:59
    發明這些讓我們得以成為人類
  • 12:59 - 13:01
    謝謝大家
  • 13:01 - 13:08
    (鼓掌)
Title:
人腦有何特別之處?
Speaker:
蘇珊納· 賀古拉奴 · 霍札 (Suzana Herculano-Houzel)
Description:

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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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
13:31

  • Jen-Huei Wu

    abstract reasoning= 抽象理解力，抽象思考=abstract thinking
    impossible brain= "不現實的腦" sounds strange

Chinese, Traditional subtitles

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