大脑简史读书笔记

35亿年前，地球的原始环境中存在着许多有机分子。其中有些分子可以自我复制和聚合，称为复制子，也就是遗传物质的前身。

复制子最早的幸运际遇，就是无意间和一种看似毫不起眼的分子——“脂质双分子层”（Lipid Bilayer）结合。说白了，脂质双分子层就是水中的浮油。

脂质双分子层，是一种由两层脂质分子所构成的薄膜。

检视人类的各种行为，就会发现大脑每时每刻都在攫取分析信息，使用五官接触外在环境、与他人交谈、近乎成瘾的网络使用习惯等，都是渴求信息的表现。

正是让信息能够快速传递的重要推手，而它也是让细胞转变成为神经细胞的关键。

当时细胞传递信息的方式，主要是通过物理接触和扩散。这种反应方式，很难快速地把信息传递开来。一个普通细胞的大小约是一般小分子的数千倍大，因此如果单要靠分子扩散的方式来把信息从细胞头传到细胞尾，其速度就像是老牛拉车。例如在25摄氏度的水中，低浓度的氧气分子如果想要通过扩散作用来移动10厘米的距离，那得要花上大约27天才行！

在分秒必争的生存战场中，如此缓慢的信息传递速度简直就是一场笑话，也因此，细胞便开始进化出快速传递信息的能力。在这个关键的时刻，一种特殊的通道被推上了前线，细胞准确地利用这种通道的特性，建造出一种可以积蓄能量和快速释放能量的机制。通过这种快速释放能量的机制，细胞就可以快速地传递信息。而取得这项机制的细胞，也逐渐进变成神经细胞，从此与一般细胞分道扬镳。这种特殊的通道，就是离子通道（Ion Channel）。

顾名思义，离子通道就是可以让带电离子通过的通道。离子通道的种类很多，如果以通过的离子种类来区别，我们可以把它们分成钠离子通道、钾离子通道、钙离子通道以及钙钠交换离子通道等。如果以通道调控方式来区别，则可以分成“配体门控性离子通道”（Ligand-gated Ion Channel）和“电压门控性离子通道”（Voltage-gated Ion Channel）。

神经细胞通过行动电位来传递信息的速度，可以达到每秒5米，也就是说，移动10厘米只需要0.02秒！与扩散移动10厘米需要花27天的氧气分子相比，电子传递信号整整快了1亿倍以上。

行动电位，则是一种让生物可以在信息强度不会递减的情况下顺利传递信息的完美进化结果。一旦神经细胞接受到足够的化学信号，“配体门控性离子通道”就会启动，并在轴突上产生行动电位，行动电位会沿着轴突传递到下一个相邻位置，然后此电位差就会启动下一个位置的“电压门控性离子通道”，让电位以同样的强度持续传递下去。这种传递方式，就好像是一连串头尾相连的老鼠夹，只要第一个老鼠夹被启动之后，接下来整串的老鼠夹就会接二连三地被启动，而由于每个老鼠夹的“力道”都相同，所以信息传递的内容不会出现耗损或失真的现象。

突触大致可以分为两种，第一种是“电突触”：电位差的变化会直接通过突触传递到另一个神经细胞上。第二种则是“化学突触”：电位差的变化会让突触释出化学物质，然后扩散并经由受器影响另一个细胞。

在获得突触这项神器之后，这些具备电位变化传递技能的细胞正式成为“神经细胞”。这些神经细胞，开始拥有操控其他细胞的能力。它们操控的对象，可以是另外一个神经细胞，也可以是非神经细胞。例如大脑初始运动皮质中的“上运动神经元”（Upper Motor Neuron）的轴突会联结到脊髓中的“下运动神经元”（Lower Motor Neuron），这就是神经细胞操控另外一个神经细胞的典型案例。下运动神经元联结到末梢肌肉并支配四肢运动，则是神经细胞操控非神经细胞的实例。

在进化时，有些神经细胞不断地从前线往后方撤退，这些神经细胞除了把许多体细胞推往前线，更把一些同类也留在前线。那些被遗留在前线的神经细胞，无奈地变成了主要感觉神经细胞（例如视网膜上的感光细胞和耳蜗里的毛细胞），至于撤退到后方的神经细胞，最终则进化成为得以号令群雄的总司令——中枢神经系统中的神经细胞。

生物的感知能力，可以根据受器的本质而区分成化学感知（Chemoreception）、机械感知（Mechanoreception）、热感知（Thermoreception）以及光感知（Photoreception）四大类。

首先登场的，是进化上较早分支出来的栉水母动物、多孔动物、扁盘动物和刺细胞动物。在这些生物身上，可以见到许多化学受器，但或许是因为这些化学受器仍然没有完全分化，也或许是因为研究仍然不足，因此目前很难对这些化学受器进行区分。相较之下，在稍晚才分支出来的两侧对称动物身上，我们就可以明确见到与觅食行为有关的味觉化学受器。

结果发现苦味的敏锐度和舌乳头的密度无关， 苦味敏锐度其实是部分取决于TAS2R38基因的形态。

那为什么人类会在苦味的基因形态上有变异呢？一个可能的原因就是，对于苦味有较强的敏锐度时，或许有助于避开可能有毒的食物。不过对苦味敏感，也有可能反而会造成小孩的挑食，例如花椰菜中类似苯硫脲的硫脲（Thiourea），可能就是某些超级味觉小孩不喜欢吃它们的原因。

结果发现苦味的敏锐度和舌乳头的密度无关， 苦味敏锐度其实是部分取决于TAS2R38基因的形态。

那为什么人类会在苦味的基因形态上有变异呢？一个可能的原因就是，对于苦味有较强的敏锐度时，或许有助于避开可能有毒的食物。不过对苦味敏感，也有可能反而会造成小孩的挑食，例如花椰菜中类似苯硫脲的硫脲（Thiourea），可能就是某些超级味觉小孩不喜欢吃它们的原因。

目前的主流理论认为， 这套“副嗅觉系统”的功能就是专门用来侦测费洛蒙（Pheromone）。费洛蒙是一种特殊的气味分子，它与一般气味分子不同的地方在于：费洛蒙是由生物所释放出来的一种气味分子，它会影响同一物种中其他个体的各种社会行为，例如警示行为、食物追踪定位行为， 以及性行为等。

费洛蒙的出现，有着非常重要的进化意义，因为它象征着生物已经可以把原本被动的嗅觉系统转变成主动的沟通工具。或许是因为费洛蒙有着独特的沟通作用，才导致脊椎动物进化出这第二套的“副嗅觉系统”。

研究人员发现，如果没有性经验的雄鼠的副嗅觉系统受到破坏，那它们在闻到性激素后应该要产生的本能行为，例如激素浓度上升、求偶鸣叫，以及交配行为等就不会出现；但是如果副嗅觉系统受到破坏的是已经有过性经验的雄鼠，那么这些行为就不会受到影响。因此推测，副嗅觉系统的功能可能是以气味来诱发某些本能行为，然后再通过经验把这些行为的诱发机制移交给主要嗅觉系统负责。

在通过化学侦测能力一次解决了觅食、逃命与求偶这三项问题之后，神经系统立刻又面临了更艰难的一道关卡。虽然化学侦测能力可以让神经系统知道附近哪里有食物、周遭是否有掠食者，以及是否存在可能的异性配偶，但是神经系统能不能更快速地侦测到猎物、掠食者与配偶，还有能否更有效率地驱动身体去快速抓到猎物、逃离掠食者，以及趋近配偶，那就另当别论了。换句话说，侦测到目标其实只是基本要求，能不能快速地侦测到目标，以及侦测到目标之后能不能快速地趋近或逃离目标，才是能否在进化中脱颖而出的关键。

机械感知，是通过受器来侦测机械式的能量变化，例如身体中的本体感觉系统可以侦测身体的位置，皮肤上的触觉系统可以侦测接触到的压力变化，内耳前庭的平衡系统可以侦测重力与身体的移动方式。这些机械感知能力多半与身体的知觉与运动协调有关，有利于神经系统更有效率地感知并调节身体的运动。

在这样不进则退的进化压力之下，几乎所有拥有听觉的生物都发展出了通过声音来沟通的能力。

在这样不进则退的进化压力之下，几乎所有拥有听觉的生物都发展出了通过声音来沟通的能力。

人类总共有七千种以上的语言，而更令人震惊的是，只要在适当的时间点让婴儿接触到足够的语言信息，任何一个婴儿都有学会任何一种语言的潜力。

最近的研究发现，婴儿大脑的语言学习过程， 可能和母语信息中的统计规律息息相关。比方说，婴儿的大脑似乎会根据母语中各种“音素”（Phoneme）出现的频率来决定哪些音素比较重要，并借此决定该投入多少大脑资源来加以学习。

而这其中的关键要素，就在于这些音素的出现次数，当某个音素出现的次数越频繁，大脑就越有机会学习和分析该音素，而之后对于该音素的区辨力也就会越强。

目前的研究显示，婴儿可能就是根据每个音素的“相连概率”来作为判断的标准。

很可惜的是，这段对音素和语言统计规律特别敏感的时期只存在于幼儿大脑中，当我们成年之后再聆听新语言时，就不会再有如此的敏锐度。这也就是为什么长大后才学习第二语言并不容易的原因。

但要如何才能让这些视觉信息快速地启动逃生相关的肌肉群呢？最简单的一种做法，就是把视觉信息送过身体中线，如此才能迅速直接地引发对侧的肌肉收缩，让生物可以在侦测到光线变化的瞬间就往反方向逃生。

辨识物体的身份。视觉信息会经由腹侧视觉路径进入颞叶，通过这条路径，大脑可以分析出物体的身份及各种特质，帮助我们辨识出物体是什么。

在这些脑区中特别为人所知的，就是梭状回脸孔区。顾名思义，梭状回脸孔区位于颞叶的梭状回。脑造影结果显示，当看到人脸时这个脑区的反应特别大。

腹侧视觉路径和物体的形状辨识有关，背侧视觉路径则和物体的位置辨识有关。

到了大约六千五百万年前，恐龙灭绝，幸存的哺乳类终于重见天日。有一些杂食性的哺乳类为了较丰富的食物以及较安全的栖地，便开始往树上移动，这些哺乳类，就是现今灵长类的祖先

科学家因此猜测，一千万年到一千五百万年前的RNF213基因可能发生了正向变异，并因此导致了颈动脉的直径扩张，让流往大脑的血流量大增

当时约是两百四十万年前，也就是人属（Homo）现身的时刻。在分类学上，人属和猩猩属、大猩猩属、黑猩猩属，以及另外六种已灭绝的远古人属，如傍人属和南猿属等，都位于人科动物（Hominidae）之下。

原来，小小一个“肌凝蛋白重链”的突变，竟然可能是现代人类的祖先脑容量暴增三倍的起始原因。肌凝蛋白重链功能异常，导致咀嚼肌群变小，因此破除了阻挡头骨扩张的桎梏。这道封印一解开，脑容量就得以扩充。

结果发现，在大脑发育最快速的儿童时期，大脑葡萄糖代谢量约占全身葡萄糖代谢量的43%；相较之下，成人大脑葡萄糖代谢量只约占全身葡萄糖代谢量的20%。

在一道又一道基因突变的推波助澜之下，现代人类的祖先便与其他人科动物分道扬镳，到了7万～20万年前左右，当时的人类大脑已经和现代人的大脑相去无几。终于，人类大脑踏上了智能发展的高峰，开始逐渐摆脱“基因进化”的桎梏，并且走向了一条前所未见的“文化进化”之路。

大脑通过感官，把外在世界的能量和讯号转变成电生理讯号，接着这些电生理讯号再被转化为知觉意识。而我们所经历到的，就是这些由大脑产生的知觉意识。

神经系统内部使用的是电讯号来处理信息，和外界接触的方式则是透过物理或化学界面，如人类的五官，因为这种设计的关系，只要界面传来信息，神经系统就会作用。

在众多社会性的生物中，只有人类会出现自杀行为。这或许正是因为人类的大脑已经进化出高度复杂的心灵，得以自由地追寻自己的目标，并因此有意或无意地和基因所操控的生存繁衍宿命进行对抗。