W长期以来，我们一直认为自己处于动物认知能力的顶峰。但在很多重要的方面，这与处于进化的顶峰是不同的。正如马克·吐温在1903年指出的那样，假设进化是一条漫长的道路，将人类作为其最高成就，就像假设建造埃菲尔铁塔的全部目的是在顶端涂上最后一层油漆一样荒谬。此外，进化并不等同于进步，而只是随着时间的推移而改变。而人类甚至不是最年轻、进化最晚的物种。例如，在非洲最年轻的大湖维多利亚湖，自从14500年前充满水以来，已经出现了500多种新的慈鲷科鱼类。
尽管如此，我们的大脑还是有一些独特之处，使它在认知上能够思考自己的结构，以及它认为自己凌驾于所有其他大脑之上的原因。如果是我们把其他动物放到显微镜下，而不是反过来，1.那么人类的大脑一定有其他大脑没有的东西。
纯粹的质量是显而易见的候选者：如果大脑是产生有意识认知的东西，那么拥有更多的大脑只意味着更多的认知能力。但在这里，房间里的大象是，嗯，大象——一个比人类大脑更大的物种，但没有像我们这样拥有复杂和灵活的行为。此外，将更大的大脑大小等同于更大的认知能力，前提是所有大脑都是以同样的方式构成的，首先是大脑大小和神经元数量之间的关系相似。但我和我的同事已经知道，并非所有的大脑都是一样的。灵长类动物与其他哺乳动物相比具有明显的优势，这一优势在于事件的进化转折，使得神经元以经济的方式添加到它们的大脑中，而不会像其他哺乳动物那样大幅增加平均细胞大小。
我们还知道不同的大脑由多少个神经元组成，因此我们可以重新表述“更多的大脑”并对其进行测试。无论大脑大小，神经元的数量都是显而易见的候选，因为如果神经元是产生有意识认知的因素，那么拥有更多的神经元就意味着拥有更多的认知能力。事实上，尽管物种间的认知差异一度被认为是定性的，许多认知能力一度被认为是人类独有的，但现在人们认识到，人类与其他动物之间的认知差异是一个程度问题。也就是说，它们是数量上的差异，而不是质量上的差异。
非洲象的大脑重量是我们的三倍多，它的神经元真的比我们的大脑多吗?
我们的工具使用令人印象深刻地复杂，我们甚至设计了工具来制造其他工具，但黑猩猩使用树枝作为工具来挖掘白蚁，猴子学会用耙子去够看不见的食物，乌鸦不仅可以塑造电线作为工具来获取食物，还可以保证它们的安全，以便以后再使用。心理学家艾琳·佩珀伯格（Irene Pepperberg）养的非洲灰鹦鹉亚历克斯（Alex）学会了创造象征物体的单词，而黑猩猩和大猩猩虽然由于解剖学原因无法发声，但学会了用手语交流。黑猩猩可以学习等级顺序：他们玩游戏，必须按前面显示的数字的升序触摸正方形，他们做得和训练有素的人类一样好，速度也一样快。黑猩猩和大象合作，以确保食物是遥远的，不能通过他们的努力单独达到。黑猩猩和其他灵长类动物似乎都能推断出他人的心理状态，这是表现欺骗行为的必要条件。甚至鸟类似乎也知道其他个体的精神状态，因为喜鹊会在旁观者面前公开地把食物藏起来，然后在旁观者离开后立即取回并转移到一个秘密地点。黑猩猩、大猩猩、大象、海豚以及喜鹊似乎都能在镜子中认出自己，用它来检查头上的可见标记。
这些基本的发现证明等非人类物种的认知能力的观察不服务类型的跨物种比较我们需要如果我们要找出它是关于大脑,让一些物种获得认知技能之外的其他人。这里我们遇到了另一个问题，目前最大的一个问题:如何测量大量物种的认知能力，并以一种可以在所有这些物种中产生可比的测量方法。
对自我控制测试的2014年研究，一种认知能力，依赖于脑皮质的前额外部分，其中许多动物物种 - 大多数灵长类动物，也是小啮齿动物，狗般的食肉动物，亚洲大象和品种鸟类。他们发现，在自我控制的测试中与正确性能的最佳相关性是绝对的大脑体积 - 除了亚洲大象，尽管在该集合中最大的脑电图，但在任务中失败了失败。从“它并不关心食物或任务”来“它不关心食物或任务而不在乎的烦人的理解者”。(I like to think that the reason why it’s so hard to train monkeys to do things that are easily learned by humans is their dismay at the obviousness of the task: “C’mon, you want me to move to do just that? Gimme something more challenging to do! Gimme videogames!”)
然而，对我来说，最有趣的可能性是，非洲象的大脑皮层中可能没有解决研究中那些自我控制决策任务所需的全部前额神经元。一旦我们认识到灵长类动物和啮齿动物的大脑不同,神经元与不同数量的大小,我们预测,非洲象的大脑可能只有30亿个神经元在大脑皮层和小脑210亿个神经元,相比160亿年和690亿年,尽管它的体积要大得多——如果它像啮齿动物的大脑的话。
另一方面，如果非洲象的大脑构造像灵长类动物的大脑，那么它的大脑皮层中可能有多达620亿个神经元，小脑中可能有1590亿个神经元。当然，大象既不是啮齿动物，也不是灵长类动物;它们属于非洲兽超目，我们已经研究过的象鼩和黄金鼹鼠等许多小动物也属于非洲兽超目，并且确定它们的大脑实际上非常像啮齿类动物的大脑。
这是一个非常重要的测试：非洲象的大脑，比我们的大脑重三倍多，真的比我们的大脑有更多的神经元吗？如果真是这样，那么我关于认知能力与神经元绝对数量有关的假设将被推翻。但是，如果人类大脑的神经元数量仍然比非洲大象大得多，那么这将支持我的假设，即人类显著的认知能力的最简单解释是其大脑神经元数量惊人，无论大脑大小如何，都与其他神经元数量不相等。特别是，我预计人类的神经元数量要比非洲象大脑皮层的神经元数量多。
我的预期背后的逻辑是，认知文献长期以来一直将大脑皮层(或者更准确地说，大脑皮层的前额部分)誉为高级认知——抽象推理、复杂决策和对未来的规划——的唯一中枢。然而，几乎所有的大脑皮层与小脑都是通过回路相连的，皮层和小脑的信息处理相互关联，越来越多的研究表明小脑参与了大脑皮层的认知功能，这两个结构是串联的。而且，由于这两种结构共同构成了大脑中绝大多数的神经元，认知能力应该与整个大脑、大脑皮层和小脑中的神经元数量相当一致。
这就是为什么我们对非洲象大脑的研究结果比预期的要好。
以加仑计的脑汤
大脑半球的非洲象的重量超过2.5公斤,这意味着它将显然必须切成数百个小块进行处理和计算将大脑变成汤来确定神经元内部使用的块的数量不超过3 - 5克的组织。我希望切割是有系统的，而不是随意的。我们之前用熟食切片机把人类的大脑半球切成这样一系列的薄片。这台切片机在分离脑皮层回方面非常出色，但它有一个主要缺点:太多的人脑物质留在了它的圆形刀片上，排除了对半球细胞总数的估计。如果我们想知道大象大脑半球的神经元总数，我们必须用手把它切成更厚的薄片，以将最终的损失降到可以忽略不计的程度。
为什么要花10万美元用一把手持屠刀就能做好呢?
于是这一天就从五金店开始了，我和女儿(刚刚开始学校放假)去找l型支架，它是用来切割大象半球的结实、扁平、规则的框架，还有我一只手能握着的最长的刀。(对于一个年轻的青少年来说，这是一个不容错过的机会，多年后，他可以说，“嘿，妈妈，还记得我们切大象大脑的那天吗?”)我们首先锯掉了l型支架的结构加固，然后把大象的大脑装进去。当然，有价值10万美元的机器可以完美地完成这项工作，但为什么要花那么多钱，一个手持屠刀就可以做得足够好了?
我把半球平放在工作台上，框在两个l型支架内。一名学生将框架固定好，而我用左手按住大脑半球，用右手坚定而轻柔地切进大脑，来回移动。数减少后,也到下半年以及小脑,和我们有一个完全切片象大脑“面包”躺平放在我们的台式:16个部分通过皮层半球,八通过小脑,加上整个脑干和巨大,20-gram嗅球老鼠大脑的质量(10倍)分别躺。
接下来，我们必须将内部结构——纹状体、丘脑、海马体——从大脑皮层中分离出来，然后将大脑皮层切割成更小的部分进行处理，然后将每一块分割成灰质和白质。我们总共有381块组织，其中大部分仍然是我们一次处理5克组织的几倍大。这是迄今为止我们处理过的最多的组织。一个人独自工作，每天处理一块组织，需要一年多不间断的时间才能完成这项工作。这显然需要团队的努力，特别是如果我想在不超过6个月的时间内得到结果。但是，即使有一小群大学生，也要花很长时间:两个月过去了，只有十分之一的大脑半球被处理。必须做点什么。
资本主义伸出了援手。我做了一些计算，意识到我有大约2500美元可以节省——大约每克组织需要处理1美元。我召集了团队，向他们提出了一个提议:任何人都可以提供帮助，每个人都将获得相同数额的经济奖励。很快就形成了小规模的合作关系，一个学生做研磨，另一个做计数，双方分享收益。它工作的奇迹。我丈夫会参观实验室，敬畏地看着坐在长凳上的一群学生，一边工作一边兴致勃勃地聊天(在那之前，他们大多是轮班工作，因为实验室很小)。Jairo Porfírio接手了大量的抗体染色，我在显微镜下做了所有的神经元计数——在不到六个月的时间里，我们按照计划处理了整个非洲象的大脑半球。
获胜者是…
瞧，非洲象的大脑比人类的大脑有更多的神经元。而不仅仅是少数：是神经元数量的整整三倍，2570亿到860亿个神经元。但是这是一个巨大的“但是”——高达98%的神经元位于小脑，在大脑的后部。到目前为止，我们研究过的每一种哺乳动物的小脑都集中了大部分大脑神经元，但从未超过80%。大象大脑中神经元的异常分布在整个大脑皮层中留下了相对贫乏的56亿个神经元。尽管非洲象的大脑皮层有那么大，但其中的56亿个神经元与集中在更小的人类大脑皮层的平均160亿个神经元相比显得黯然失色。
这就是我们的答案。不，人类大脑的神经元数量并不比大象大得多，但人类大脑皮层的神经元数量几乎是大象大脑皮层的两倍多。除非我们准备承认，小脑（因此，大脑中的神经元数量是人类的三倍）中的大象的认知能力肯定比我们人类更强，否则我们可以排除这样的假设，即小脑中的神经元总数以任何方式限制或足以决定大脑的认知能力。
然后，只有大脑皮层保留下来。大自然做了我们需要的实验，将大脑皮层的神经元数量与小脑的神经元数量分开。人类大脑的认知能力优于大象的大脑，这可以简单且只能归因于其大脑皮层中大量的神经元。
虽然我们没有对所有哺乳动物物种进行比较所需的认知能力测量，或者至少对那些我们拥有大量皮质神经元的物种，但我们已经可以根据这些数字做出可测试的预测。如果大脑皮层神经元的绝对数量是物种认知能力的主要限制因素，那么我根据大脑皮层神经元数量预测的物种认知能力排名如下：
这比目前基于大脑质量的排名更加直观合理，这将长颈鹿等动物排在许多灵长类物种之上，比如:
事实证明,有一个简单的解释人类的大脑,它独自一人,可以同时与他人在其进化的约束,然而不同的赋予我们的能力,思考我们自己的材料和形而上学的起源。首先，我们是灵长类动物，这赋予了人类一个优势，即大量的神经元聚集在一个小的大脑皮层中。其次，多亏了我们祖先引入的技术创新，我们摆脱了精力上的限制，其他所有动物都被限制在数量较少的皮质神经元上，而这些神经元只能由野外的生食提供。
那么我们有什么其他动物没有的呢？我说，大脑皮层中数量可观的神经元是世界上最大的，是其他物种无法获得的。我们做了什么，其他动物绝对不会做的，我相信这让我们首先聚集了那么多的神经元？我们做饭。其余的，我们大脑皮层中数量如此之多的神经元所带来的所有技术创新，以及这些创新所带来的文化传播，这些创新使能力转化为能力的螺旋式上升成为了历史。
苏珊娜·赫库兰诺-乌泽尔是巴西神经科学家。她是一名副教授和比较解剖学实验室的负责人，生物医学研究所，联邦大学的里约热内卢de Janeiro。
摘自人类的优势：对我们的大脑如何变得非凡的新理解由Suzana Herculano-Houzel于本月由麻省理工学院出版社出版。保留所有权利。
