大腦極限,未解之謎

　　早在19世紀(jì)，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主西班牙科學(xué)家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾便繪制出了昆蟲的神經(jīng)解剖圖。蜜蜂的大腦僅有幾毫克重，卻可與哺乳動物一樣執(zhí)行某些任務(wù)，比如為同伴帶路、建造家園。蜜蜂的能力雖然受到神經(jīng)元數(shù)量的限制，但它們卻可將神經(jīng)系統(tǒng)的功能發(fā)揮到極致。

　　大象大腦體積是蜜蜂的500萬倍，但運行效率極其低下。神經(jīng)信號從大腦的一端傳到另一端，以及從大腦傳到腳趾間所需要的時間，均是蜜蜂的100倍。

　　人類的大腦可能不像大象或蜜蜂那么極端，但人類智力同樣受到了物理定律的限制。有人或許認(rèn)為，只要通過進(jìn)化，我們大腦中的神經(jīng)元數(shù)量變多，或者神經(jīng)元之間的信息交流速度加快，我們就會更聰明。但若匯總新近的一些研究，你會發(fā)現(xiàn)，如果大腦真朝這個方向進(jìn)化，很快就會觸到物理極限。

　　越大越靈?

　　從直覺上來看，要使腦力變強，最明顯的方法就是增加大腦容量。然而，大腦容量的大小顯然并不是決定智力高低的唯一因素：牛的腦體積是老鼠的800倍，但牛并不見得比老鼠聰明多少。

　　大腦越大，神經(jīng)回路越多，每個神經(jīng)信號能攜帶的信息就更多，神經(jīng)元每秒鐘的放電次數(shù)就不必那么頻繁。但如果為了提升智力而無限制地增加新生神經(jīng)元，大腦的負(fù)擔(dān)也會增加。最明顯一點就是能耗增多。人類大腦僅占人體重量的2%，但即便在我們休息時，它所消耗的能量也占到人體總能耗的20%。在新生兒中，這個比例更是達(dá)到驚人的65%。

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元確實會隨著腦容量的增大而變大，但神經(jīng)元之間卻并不能迅速建立連接;神經(jīng)元連接點也確實會增粗，但增粗速度卻不足以彌補傳導(dǎo)路徑變長導(dǎo)致的信息傳遞延遲。換句話說，腦容量增大的那部分更多是用于建立神經(jīng)元間的連接，而不是真正為負(fù)責(zé)處理信息的神經(jīng)元提供空間。

　　物理極限

　　如果神經(jīng)元之間以及腦區(qū)之間的交流是限制智力發(fā)展的瓶頸，那么朝著小型化方向進(jìn)化應(yīng)該會構(gòu)成一個更聰明的大腦吧?

　　但是，還有種東西的存在使神經(jīng)元無法變小，你可以把它稱作“終極局限”：這就是離子通道，神經(jīng)元用來產(chǎn)生電脈沖的那些蛋白質(zhì)，它們天生就不穩(wěn)定。

　　離子通道都是微型閥門，當(dāng)它們打開時，鈉、鉀、鈣離子會通過細(xì)胞膜，進(jìn)入神經(jīng)元，產(chǎn)生電信號，神經(jīng)元之間才能交流。然而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)離子通道的開或關(guān)完全是隨機的，會產(chǎn)生一些無意義的神經(jīng)“噪音”。

　　聽起來，這像是一個可怕的進(jìn)化缺陷，但實際上，這是一種折中方案?！叭绻ǖ捞桑瑫a(chǎn)生很多‘噪聲’，使它會不停地開開關(guān)關(guān);但如果通道太緊，卻需要耗費更多能量才能控制通道的開關(guān)。換言之，神經(jīng)元用這種“一觸即發(fā)”的離子通道來節(jié)省能耗，其代價是通道不穩(wěn)定。所以，神經(jīng)元上必須保持足夠多的離子通道，以某種“民主投票”的形式(多數(shù)通道保持一致才能決定開關(guān))來保證相對穩(wěn)定。

　　目前，在大腦中，最細(xì)的神經(jīng)元連接點上，可能發(fā)出的噪音信號已經(jīng)達(dá)到每秒6次，如果再將它們的直徑哪怕縮小一點點，離子通道再少一點點，它們發(fā)出噪音的次...