比較與演化神經科學

新皮層的演化

新皮層是哺乳動物大腦外層那薄薄的、分為六層的一片組織,承擔著大部分知覺、隨意運動和複雜思維。它的演化講述的是:這片與眾不同的薄片如何只在哺乳動物身上出現,又如何從所有脊椎動物共有的一小塊更簡單的前腦生長出來。在爬行動物或鳥類身上,與之對應的區域要小得多,多半只有一到三層,因此那整齊疊起的六層結構,正是把哺乳動物新皮層區分開來的標誌性特徵。

所有脊椎動物的大腦都基於一份共同的早期藍圖搭建,其前端有一個叫作「外套」的頂蓋。新皮層就是在兩億多年前最早的哺乳動物身上,從這個頂蓋的一個區段——背側外套——生長出來的。鳥類和爬行動物用同樣的起始材料走向了不同的方向:牠們沒有造出分層的薄片,而是造出密集成團的細胞,這同樣能支撐起非凡的智能。這就是為什麼一隻聰明的烏鴉根本沒有新皮層,卻能在某些任務上與猿類一較高下——演化從同一份祖先頂蓋出發,找到了不止一種造出聰明前腦的辦法。

一旦這種基本的分層設計出現,它便在某些支系上巨幅擴大,其中最突出的就是通向人類的靈長類,在牠們身上這片薄片的面積急劇膨脹,並通過折疊才能塞進顱腔。這種增長主要來自增加更多同樣重複排列的細胞柱,而不是發明新的部件,所以小鼠的皮層和人類的皮層看起來就像同一套設計方案的小號版和大號版。理解這一起源之所以重要,是因為新皮層是語言、規劃和抽象推理的所在;追溯它的歷史可以看出,這些能力是通過改造舊結構拼裝出來的,而不是憑空加裝了一個全新的大腦。

烏鴉沒有六層的新皮層,卻能製作工具、解開多步驟的謎題,因為牠的前腦是用與哺乳動物分層薄片同源的那塊祖先頂蓋,造出了密集成團的細胞。

同一塊祖先前腦頂蓋,在哺乳動物身上長成了分層皮層,在鳥類身上長成了成團的核團——通向智能的兩條路徑。

「新」皮層中的「新」只是說它在各類皮層中演化得最晚;它由之生長出來的那塊前腦頂蓋卻十分古老,與爬行動物和鳥類共有。

又稱
neocortex originisocortex evolution新皮层起源新皮層起源