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大脑到底算不算大?尺度缩放与脑化

大象的大脑比你的重四倍——那为什么天才不是大象?这节课教你如何把体型考虑进来、公平地比较大脑,认识脑化指数,并揭示为什么单凭体积永远说不清全部真相。

绝对脑重的陷阱

先来一个谜题。一头抹香鲸的大脑约重 8 千克;你的大脑约重 1.4 千克。如果大脑越大、心智就越强,那写教科书的应该是鲸鱼。可它们并没有。问题在于,大脑不只负责*思考*——它还要运行整个身体,而庞大的身体光是感觉皮肤、驱动肌肉、维持器官运转,就需要大量的神经。所以比较大脑的第一课很让人清醒:绝对重量是个陷阱。

可以把它想成用街上的公交车数量来评判城市。一座超级都市有几千辆公交车,一个小镇只有几辆——但这几乎无法说明哪里的*服务更好*。要公平评判,你得问:这座城市的公交车数量,和同等规模的其他城市相比是多还是少?大脑也是同样的道理。研究脑的大小如何随身体大小而缩放的学问,叫作 脑异速生长,正是它把一场不公平的比较变成了公平的比较。

身体长得比大脑快

如果你把数百个物种的体重和脑重画在一张图上,这些点不会杂乱无章地散开,而是沿着一条平滑、可预测的曲线排列。这个规律是不对称的:当一种动物重十倍时,它的大脑通常只大几倍——*而非*大十倍。大脑会增长,但增长得比承载它的身体更慢。科学家用一条简短的规律来描述这种整齐的关系,称为标度律——它不过是一个公式,说明某个测量值相对另一个如何增长。

  brain weight  ≈  C × (body weight) ^ k

         with k roughly 0.7 – 0.75

  body ×10  ─────────────►  brain ×~5  (not ×10)
指数 k 小于 1,正是曲线弯曲的原因:大脑会上升,但始终比身体上升得慢。

认识脑化指数

一旦有了这条基准曲线,一个绝妙的问题就浮现出来:哪些动物落在曲线之上——大脑超出了它们体型所需要的量——又有哪些落在曲线之下?回答这个问题的那个数字,就是 脑化指数,简称 EQ——它是动物*实际*脑大小,与标度律为同等体重生物所*预测*的脑大小之间的比值。

  1. 取动物真实的脑重——比如你的 1.4 千克。
  2. 用标度律算出:一只该体重的典型动物本应拥有多大的脑。
  3. 用实际值除以预测值。得到的结果就是 EQ。

把这个数字当成分数来读。EQ = 1 表示恰好处于平均水平——你的大脑正是预期的大小。大于 1 表示脑比预期更大;小于 1 表示更小。按这把公平的尺子,人类得分约为 7:大约是我们这种体型动物本应拥有脑量的七倍,居所有物种之首。海豚、黑猩猩和大象都稳稳落在 1 以上。那头在绝对重量上赢过我们的鲸鱼呢?它的得分*低于* 1——它那巨大的大脑,大多只是运行一具巨大身体所付的代价。

这个数字失灵之处

EQ 是个巧妙的修正,但它对智力而言只是一个粗略的参照,而且它在两个大方向上会“漏水”。其一,有些动物根本不服它。乌鸦的 EQ 并不高,可它会制造工具、解开能难倒狗的谜题——而乌鸦压根没有 扩张的皮层,它是沿着一条完全不同的路径抵达聪明的,这是 趋同演化 的一个鲜明例子。其二,EQ 把脑组织当作每一克都一样,可它们并不一样。

更深的裂缝在这里。一克灵长类脑组织里塞着的神经元,远多于一克啮齿类脑组织——重量相同,数目却天差地别。这正是为什么人脑虽小于象脑,其外层所含的神经元却*更多*。所以,给大脑称重——哪怕巧妙地对照体型来称——仍然漏掉了或许最要紧的东西:里面究竟有多少处理细胞,它们又是如何连线的。体积是容易测量的东西,但它并不是负责思考的东西。