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综述:大脑如何进化得更大?
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月18日 来源:Trends in Ecology & Evolution 16.7
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这篇综述揭示了鸟类与哺乳类大脑进化的关键差异:传统脑容量测量显示新皮层(neocortex)主导认知进化,但神经元计数研究发现小脑(cerebellum)神经元数量普遍超过新皮层(除鹦鹉、鸦科等认知卓越鸟类外)。文章提出跨物种认知复杂性可能通过不同神经架构(pallium-cerebellar协调)实现,为比较神经进化研究提供了新视角。
趋同进化下大型大脑与认知复杂性的共变
300万年前鸟类与哺乳类分化后,人类与类人猿长期被视为大脑(尤其新皮层neocortex)与认知共进化的典范。然而最新研究表明,这种关联广泛存在于其他哺乳动物和鸟类中。值得注意的是,传统脑容量测量显示新皮层体积占优,但神经元计数却颠覆了这一认知——除鹦鹉、乌鸦等少数鸟类外,小脑神经元数量普遍超越新皮层。
神经元的类群特异性分布
灵长类和鸦科鸟类虽同属高认知类群,却呈现截然不同的神经架构:所有哺乳动物(包括人类)小脑神经元数量均超过新皮层,而鹦鹉、乌鸦等认知卓越鸟类则相反。这种差异暗示体积测量可能掩盖了本质区别。例如鸦科鸟类新皮层神经元密度显著高于猛禽、山雀等类群,其工具使用能力与皮层神经元优势正相关,却与小脑叶化(cerebellar foliation)程度无必然联系。
脑组织多样性与认知兼容性
40年前学界曾误判鸟类端脑主要源于皮层下结构(subpallial),但鸦科(如新喀鸦Corvus moneduloides)和啄羊鹦鹉(kea)的认知表现迫使理论修正。当前发现表明,哺乳类依赖小脑-新皮层强连接实现高级认知,而鸦科可能通过高度发达的新皮层独立完成。这种"马赛克式进化"(mosaic evolution)提示不同神经回路可殊途同归支持复杂行为。
小脑功能的类群特异性
虽然小脑在哺乳类运动协调中的作用明确,但其认知贡献仍存争议。猛禽等鸟类的小脑优势可能服务于飞行捕食的精准运动控制,而鸦科工具使用则与新皮层神经元数量显著相关。猫头鹰的初步数据也显示类似鸦科的神经元分布模式,但需更多物种验证。
启示与展望
神经元计数技术揭示了传统形态学未能发现的进化规律:认知复杂性既可通过哺乳类的小脑优势路径,也能借由鸦科/鹦鹉的新皮层主导模式实现。未来研究需整合单细胞测序与连接组学,揭示不同神经架构下的共同计算原则。捷克科学基金会(20-26831S/22-35153S)和加拿大卫生研究院(PJT 173423)的支持将推动这一前沿领域的突破。
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