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人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

科技 6个月前 社科兔
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  人类自诩万物之灵,而最灵的就是脑袋。可是人类的脑袋具体有什么和其他动物不一样?除了人脑相对身体的比例比其他动物大以外,人脑对自己为什么这么聪明这个问题知道得并不多。不过在20多年前,人类终于能拿出“实锤”了,这就是一种形状奇特的神经细胞。

  这种细胞就是梭形细胞(spindle cells)。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了锥体神经元(左,哺乳类动物前额叶皮质的主要神经活动单位)和细胞梭形细胞(右)。图片来源:wikipedia

  顾名思义,梭形细胞长得像梭子。近20年的研究发现,只有人科生物,以及少数“大头”的聪明动物具有这种神经细胞。虽然相关研究还在进行中,不过这种神经细胞已经被发现和自我意识以及“直觉”有关。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  大多数神经细胞都是圆锥或星形的,充满了接受其他神经细胞信号的张牙舞爪的树突。但是梭形细胞却很瘦长,只有一根树突。梭形细胞的体型也很庞大,大小是其他神经细胞的4倍左右,而且十分稀有,人类大脑中大概只有1.25%的神经细胞是梭形细胞。

  梭形细胞最初是在1926年就被奥地利解剖学家康斯坦丁·冯·艾克诺默(Constantin von Economo)发现的。但是长久以来,这种神经细胞一直在文献库里默默无闻地吃灰,并没有得到重视。

  后来在1995年,美国西奈山伊坎医学院的神经学研究者 Patrick Hof 再一次独立发现了人脑中的梭形细胞。他在查找文献后发现,自己其实并不是这个发现的第一人,因此后来又把梭形细胞命名为冯·艾克诺默神经元(Von Economo neuron)。

  1999年,梭形细胞研究领域出现了重大进展。

  那一年,加州理工学院的神经科学研究者 John Allman 和同事们报告,所有人科的猿类都有梭形细胞,但是和人类亲缘关系更远的灵长动物,比如狐猴还有眼镜猴却没有。这说明,梭形细胞是所有人科的祖先在1千万-1500万年前独立演化出来的特征。 

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了 现存的人科大猿集体果照。图片来源:右下角

  和其他类人猿相比,人类的梭形细胞数量更胜一筹。比如,成年人有大概8万个梭形细胞,大猩猩只有1.6万个,倭黑猩猩有2千个,而黑猩猩只有1800个。此外,人类和倭黑猩猩的梭形细胞的体积比黑猩猩、大猩猩还有红毛猩猩的大。

  Allman 他们还首次发现,梭形细胞出现在人科动物的前扣带皮层中。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了前扣带皮层(红)。图片来源:wikipedia

  前扣带皮层是人脑中比较古老的部分,主要负责心跳、血压、表情识别等自动化的功能。当人的情绪出现波动时,前扣带皮层的反应很大。

  另外,梭形细胞也出现在双侧额岛皮层里。双侧额岛皮层和空间感知、自我意识,以及社交中产生的情绪(比如内疚、共情、尴尬和爱)有关。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了双侧额岛皮层(绿)。图片来源:wikipedia

  巧的是,梭形细胞出现时,也是人类产生上述“情商”的时刻。

  是的,梭形细胞的数量并不是一成不变的。人类出生时只具有15%的梭形细胞,其余的85%是在4岁后才出现的。Allman 介绍,梭形细胞的数量在人类4岁时开始激增,而人类的道德感、内疚和尴尬的情绪,也恰好是在这个时期出现的。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  那么,只出现在这两个脑区的梭形细胞究竟是干什么用的呢?

  我们对梭形细胞的认识还很有限。不过一般来说,大的神经细胞的传导速度很快。2015年,迈阿密大学医学院的研究者 Lucina Q。 Uddin 在发表在 Nature Reviews Neuroscience 上的一篇综述中指出,梭形细胞的主要功能是点对点高速传输信号,方便大脑作出“直觉”反应。

  Allman 则认为,梭形细胞是自我意识出现的标志。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  如果梭形细胞的出现代表着动物开始具有自我意识,那么梭形细胞受损的话,人的自我意识是不是会出问题呢?

  确实有一些精神疾病被发现和梭形细胞异常有关。比如,额颞叶痴呆(frontotemporal dementia)患者的梭形细胞就比正常人少。

  2004年,加州大学旧金山分校的医学研究者 William Seeley 发现,那些失去了自我意识的额颞叶痴呆症患者的发病脑区正是前扣带皮层和双侧额岛皮层。尸检显示,和健康人相比,额颞叶痴呆症患者的前扣带皮层中梭形细胞少了74%,而其他神经细胞则安然无恙。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  额颞叶痴呆患者的典型症状就是缺乏同理心和自我意识,患者有时会有反社会行为,如抢劫。在这项研究中,另一种痴呆症——阿尔兹海默症患者的前扣带皮层却没有发生变化。

  另外一些研究发现,孤独症患者和一些有自杀倾向的精神疾病患者的梭形细胞数量也和常人不同。

  简而言之,梭形细胞很可能与和社交、直觉、自我意识以及共情能力相关。也因为这一点,梭形细胞曾被看作是区分高级灵长类和其他动物的重要解剖学证据。

  梭形细胞的发现无疑为意识和智力研究增加了一个新的维度。更有趣的是,近年来有一些大脑袋的聪明动物也被发现具有梭形细胞,其中就包括陆地上最大的动物——大象,以及海洋中最大的动物——鲸。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  2009年,Allman 的团队发现大象也有梭形细胞,不过在大象大脑的130万神经细胞里,只有0.8%是梭形细胞,比人类的少。

  2007年,上文提到的 Patrick Hof 发现,座头鲸、长须鲸、抹香鲸,还有虎鲸都有梭形细胞。不过在这些海洋哺乳动物的大脑里,梭形细胞不仅存在于前扣带皮层和双侧额岛皮层,还存在于大脑后部;它们的梭形细胞在全脑中的占比和人科动物接近。

  Hof 和同事认为,这些梭形细胞之间的信号传递速度很快,让上述鲸豚可以在社交中迅速对情绪线索作出反应,而这类以往被认为只存在于人类和他们的灵长动物近亲脑中的神经细胞的发现可以为鲸豚的高级认知能力佐证,说明这些海洋哺乳动物很可能和人类一样具有同理心和感知他鲸情绪的能力。

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了在动物园里用鱼钓鸟的虎鲸。虎鲸具有梭形细胞。

  当然了,在梭形细胞的功能得到进一步研究之前,也有人认为它并没有什么特殊之处。比如在加州大学伯克利分校的人类学家 Terrence Deacon 看来,梭形细胞可能只是较大的大脑中产生的一类神经细胞,而人的智力可能不在于神经细胞的种类,而在于更大尺度上的结构。

  海豚和鲸以及大象大脑中发现的梭形细胞引起的争议也不仅限于学术界。虽然拥有梭形细胞的非人动物是否有自我意识、是否能感知爱和痛苦、是否也有“情商”是一个学术话题,它们同时也是伦理学话题。猎杀、圈养或奴役同样具有梭形细胞的动物,比如虎鲸和大象,是否合理?

人类本以为自己有种独特的脑细胞,结果在海陆巨无霸身上也发现了

  最后,如果梭形细胞被证明是自我意识和同理心的具象化身,而具有梭形细胞的不仅有高级灵长动物,那么问题又回到了原点:人又何以为人呢?

  人类发现不是只有人类会尴尬,但尴尬的还是人类。

  来源:把科学带回家

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