全球快资讯丨鸟类大脑神经元的数量与灵长类不相上下？！

2022-10-14 15:52:46 来源：科普中国

鸟类大脑容量十分有限，因而在紧凑的空间里大脑要执行复杂的认知任务，就需要与众不同的大脑结构。但直到最近科学家才弄明白鸟类大脑结构的独特之处。鸟类有着密集的脑细胞，因此很小的头骨空间便可容纳拥有复杂认知能力的大脑。

如果你养了一只鹦鹉，也许你应该向你的鹦鹉致歉。我们通常将愚蠢、糊涂和丢三落四的人称作“鸟脑袋”（bird-brained），但事实上bird-brained不应是骂人的话：在鸟类微小的大脑的衬托下，它们的心理能力就更加令人印象深刻。

科学家很早就知道鸟类具有复杂的认知能力——会制作工具的乌鸦和会辨认事物的鸽子便是明证。问题是大自然的鬼斧神工是如何在小小的空间里连接神经元的？本月在《国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上发表的研究论文提供了新的解释：鸟类大脑神经元的密度大于其它物种。

(资料图片)

长久以来，普遍的观点认为脑容量大小是动物智力的决定性因素，神经元密度对不同物种的影响都很有限。过去十多二十年来，这一观点发生了变化，尤其是科学家已观察到哺乳动物大脑的神经元密度差异导致的影响。鸟类大脑是那么小，很显然它们需要特殊的大脑结构来执行复杂的认知任务，但科学家却一直不清楚鸟类的大脑结构究竟隐藏着什么秘密。

这项新的研究发现是布拉格、维也纳、里约热内卢和圣保罗四个地方的大学共同合作的结果，这也是首次定量分析鸟类大脑神经元的数量。为了实现定量分析，研究人员选取28种鸟并对其大脑进行解剖处理，之后将处理过的大脑放入均质悬浮液，对细胞核染色，然后将其制作成许多小份的细胞悬浮液。这些小份的样品每份的脑细胞数量大致相同，要迅速而精确地统计神经元数量也相对容易一些。用这种方法，一个完整的鸟类大脑可在一天之内处理完；而旧的处理手段则费时费力得多。（以前的神经解剖学家会将脑组织切成薄片，染色后凸显出单个细胞的形态，接着人工对脑细胞计数。这种方法不仅费时，而且人为误差的风险很高。）

尽管脑神经领域的许多专家预测过鸟类大脑的神经密度更高，但这项研究的作者却没想到其密度高得惊人。神经科学家Suzana Herculano-Houzel说：“我的心理预期是鸟类大脑仅仅在大小和脑神经数量上与哺乳类不同，但我们没想到差别如此惊人，一只鹦鹉的大脑神经数量竟然和一只中等体型的灵长类差不多。” Herculano-Houzel来自范德堡大学（Vanderbilt University），是论文的资深作者之一。

此前对鸟类智力的研究通常使用鸣禽和鹦鹉——这类鸟都有着令人印象深刻的发音技巧——研究结果显示鸟类大脑有着专门的神经通路来实现复杂的认知能力。但这些神经通路是由上百万个神经元组成，因而在如此小的大脑内容纳这么多的神经元简直不可思议，”神经科学家Erich Jarvis是霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）的研究员，研究领域即是神经通路，但他并未参与这项关于鸟类神经元的新研究。他说：“（似乎）为了建立神经通路鸟类要牺牲些什么。但这篇论文给了我新的启示：实际上鸟类并未因在狭小的大脑空间内建立神经通路而牺牲神经元数量，它们只是把神经元压缩了而已。”

对“鸟”弹琴

Herculano-Houzel和同事的研究发现只是为了解鸟类大脑结构和智力所付出的努力之一。但直到20世纪中叶仍有许多科学家依然对鸟类的高级认知能力持怀疑态度。

事实上，鸟类神经生物学的诸多名词也应证了鸟类认知很简单的观点。一个世纪以前，神经生物学家Ludwig Edinger比较了不同动物的大脑解剖样本，并基于此解释它们的大脑是如何演化的。但Edinger对演化的理解并不准确；他相信演化在时空中是线性发生的。他认为大脑的原始区域处于大脑的某一边缘，随着时间推移更复杂的大脑皮层会层层覆盖。鸟类大脑与其它智慧生物有着明显的结构区别，这让Edinger认为鸟类的智力比不上哺乳动物。所以当他为鸟类大脑结构命名时，他便提出诸如“paleostriatum”（旧纹状体）之类的名字，暗指控制本能行为和基本的运动协调能力的相当原始的区域。他假设大脑即从纹状体演化而来。但事实上，我们现在知道大脑演化自大脑皮层，也是控制理性思维和规划的区域。

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鸟类大脑与人类大脑对比图

把鸟类的大脑与哺乳动物的大脑并排放在一起，任何人都不难得出这样两个观察结果：它们形状相似，但鸟类大脑的沟回要少得多。由于接受了众所周知的权威观点——脑回越多，认知能力越强，长期以来，大多数科学家都认为鸟类的智力有限。这种观点又被一种错误的假定进一步强化：鸟类的小脑相当于哺乳动物大脑中控制“低级别”反射行为的区域。

然而，最近的研究却清楚地表明，鸟类大脑中最大的一部分——皮质，与下方的组织一起控制着复杂的行为。皮质越大，这种动物就越聪明。在哺乳动物中，大脑皮层源于皮质，大脑皮层的相对比例越大，动物的认知能力也就越强。另外，鸟类大脑虽然容层较小，皱褶不像哺乳动物那么多，但其核心的纹状体十分发达。该结构构成鸟脑的主要综合中心，操纵各种活动，如吃东西、歌唱、飞行和所有复杂的本能繁殖活动。而鸟类的智力也主要取决于这一结构的发达程度，而非大脑体积的大小，较聪明的鸟，如乌鸦和鹦鹉的大脑比不聪明的鸟，如鸡和鸽子的更大。专家还发现，鸟脑执行知觉处理、运动控制和感觉运动的区域，与哺乳动物的新皮质是一样的。

鸟类中脑的侧突即视叶还形成一个视觉联系装置，类似于哺乳类的视觉皮层。这类复杂的神经和感觉系统能确保鸟儿准确地反射飞翔和高空生活所能遇到的复杂问题，使其能够很好地收集食物、配偶、保卫占区、孵卵和育雏，同时还能正确地区分敌友。此外，分子研究也显示，鸟类及哺乳动物的脑部区域就基因和生物化学机制而言，也是十分相近的。尽管人类和鸟类的神经系统在结构上差异极大，但功能却是相似的。它们大脑中的许多部分都是由具有类似功能的神经通路联系在一起的。例如，鹦鹉在学习新的发音时被激活的组织，类似于人类被激活的组织。

心理学家艾琳.佩珀伯格和亚历克斯

上世纪80年代初，一只叫做亚历克斯（Alex）的非洲灰鹦鹉（African grey parrot）和科学家艾琳· 佩珀伯格（Irene Pepperberg）搭档，向世人展示了某些鸟类的智力水平能与灵长类相匹敌。尽管亚历克斯三十一岁时突然死亡（仅为预期寿命的一半），但它生前已经掌握了数百个英语单词的标签，其中包含物品、颜色和图形，并且它能将这些数字、颜色和图形进行分类。

通过观察放在盘子里排成一列的不同颜色和材质的物品，它能准确地说出某种类型有多少。例如佩珀伯格会问：“有多少绿色的钥匙？”，同时展示一些绿色和橙色的钥匙及软木塞。亚历克斯八成都能回答正确。它还能使用数字来回答加法算术题。佩珀伯格说亚历克斯最大的成功是它能够理解抽象概念，包括和“零”有关的概念。在一列含有数字的标签中，亚历克斯能够通过标签的位置理解数字的含义；并且它能够像一个小孩子一般发出“坚果”（N-U-T）这个单词的声音。在亚历克斯出现之前，我们几乎认为言语表达是人类的专属。亚历克斯不仅能够理解单词，它还能以充满说服力，机智甚至饱含情感的方式说出来。

心理学家艾琳.佩珀伯格和亚历克斯

当某个夜晚佩珀伯格把亚历克斯放回它的鸟笼时，亚历克斯像往常一样说：“乖乖的，明天见，我爱你。”但不幸的是这成为亚历克斯对佩珀伯格说的最后一句话，第二天它便离开了这个世界。

2005年，科学家们在《自然评论神经科学》发文称，贬义的术语阻碍了脑神经科学的进步，因为这样的术语并不能准确地反映大脑复杂的结构。这些科学家的请愿最后使得在该研究领域内启用了新的术语。而这一改变也体现了关于鸟类演化的更为现代而微妙的观点，而Herculano-Houzel对新观点的形成亦有贡献。她和同事选择了各种各样的物种作为研究对象，以便“粗略地了解演化规律，”她解释说，“如果能了解现代物种间哪些特性是共通的，哪些有所不同，就能像侦探一样推断出鸟类最初的大脑是怎样的结构。”

要证实鸟类密集的神经元对智力有着直接的影响还有很多工作要做。然而Jarvis依然认为这项新研究很有意义：“我不大愿意用‘突破性进展’来形容，但这确实是概念上的突破。”

参考文献略

文章来源：推鸟

编辑：Pierre

关键词：亚历克斯哺乳动物神经通路