Deep Dive
Shownotes Transcript
最近的一系列研究表明，鸟类、爬行动物和哺乳动物的大脑都是独立进化而来的——尽管它们拥有共同的祖先。这意味着进化已经找到了不止一种方法来创造复杂的大脑，而人类的大脑可能并不像我们想象的那么特殊。为了了解更多信息，我们采访了费尔南多·加西亚-莫雷诺，讨论了他与他人合著的、2月份发表在《科学》杂志上的一系列研究。想了解更多关于进化复杂道路的信息吗？请发送电子邮件至[email protected]。收听Short Wave的每一集，无需广告，并通过在plus.npr.org/shortwave注册Short Wave+来支持我们在NPR的工作。了解更多关于赞助商信息选择：podcastchoices.com/adchoicesNPR隐私政策</context> <raw_text>0 这条消息来自塞拉俱乐部，130多年来一直致力于保护国家公园和公共土地，并捍卫每个人拥有健康星球的权利。在这个地球月，所有捐款都会得到匹配，以产生双倍的影响。现在就捐款，网址是sierraclub.org/podcast。您正在收听来自NPR的Shortwave。鸟类、哺乳动物和爬行动物有什么共同之处？我们是羊膜动物，这意味着我们在充满液体的、被膜覆盖的蛋中发育。
这使我们能够在水中以外发育，不像鱼类那样。这意味着我们都有一个共同的祖先，它分化成其他物种，研究人员认为这种祖先可能生活在3亿多年前，可能类似于两栖动物，但有一些关键的区别。但它已经具有一些特化特征，例如不同的皮肤、特化的肺或大脑等，
费尔南多·加西亚·莫雷诺是一位进化和发育神经生物学家。他说，长期以来，人们一直在争论羊膜动物的大脑（如鸟类和哺乳动物）是如何进化以及它们有哪些相似之处。一种称为大脑皮质的脑结构被认为是鸟类、哺乳动物和爬行动物中可比的结构。在所有物种中，大脑皮质都是不同的。
在哺乳动物中，该结构位于大脑顶部附近。它有时被称为大脑皮层。
它包括一个称为新皮质的区域，以及其他一些关键结构。例如，负责记忆的海马体，负责记忆处理。或者杏仁核，负责情绪处理。鸟类和爬行动物没有新皮质。因此，一些科学家说哺乳动物的大脑是完全独特的。它们一定是从鸟类和爬行动物完全独立进化而来的。
但其他研究人员说，虽然鸟类和爬行动物可能没有新皮质，但它们确实有一些相同的细胞。它们只是在不同的地方。因此，一些研究人员认为，在新皮质中出现的相同细胞类型位于不同的位置，例如在鸟类中不是分层排列，而是以核的形式排列。
他们倾向于这样认为，因为所有这些神经元都以非常相似的方式相互交流。这场辩论的这一方认为，鸟类大脑和哺乳动物大脑可能比看起来更相似。因此，费尔南多和他的实验室试图弄清楚这些结构是如何发育的，以及这个过程是否能告诉我们任何关于我们的大脑与鸟类大脑有何不同的信息。所以今天节目中，我们将讨论自然是如何创造大脑的？
为什么“鸟脑”这个词可能是一个误称，以及为什么人类可能并不像我们想象的那么特殊。我是雷吉娜·巴伯，您正在收听Shortwave，这是来自NPR的科学播客。
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好的，费尔南多，我们正在讨论你的研究是如何发现鸟类和哺乳动物的大脑通过不同的过程发育的。因此，你正在观察鸟类、爬行动物和哺乳动物的大脑皮质。你发现了什么？我们发现所有这些结构的大脑皮质在胚胎中的发育遵循不同的规则。
因此，大脑中产生这些神经元用于大脑皮质的区域或产生这些神经元的时间，当我们将爬行动物与哺乳动物或鸟类进行比较时，它是严格不同的。让我们回到这种进化结构是如何发生的。这项研究向你展示了什么？
是的，我们无法研究这些已经灭绝了3亿年的动物的大脑，但这使我们能够假设这些动物的大脑是如何组织的。
我们认为这向我们展示了最后一个共同祖先的大脑在皮质神经元和皮质回路方面是如何组织的。我们认为，今天在皮质不同区域看到的相同等效回路存在于最后一个共同祖先中，例如，在两栖动物中不存在。但它们一定存在于最后一个共同祖先中
因为所有羊膜动物，哺乳动物、爬行动物和鸟类都是从它们进化而来的回路。这些回路肯定比我们今天看到的要简单得多，但我们认为最后一个共同祖先已经在古皮质中拥有其中的一些回路。所以我们看到的是，这个回路非常重要，它的特征，因为它在进化中被多次选择。
我们认为，对于试图研究连接组学以及制造人工智能或人工神经网络的人来说，他们应该考虑这个回路是如何工作的，因为它是由进化选择的最高效和最佳的回路。所以当自然告诉我们这是一个高效的回路时，我们不应该重新发明轮子。哇。然后我们谈到了这个想法
你知道，这些大脑是不同的，但它们做的事情有点相似，这就是趋同进化的概念。那么，趋同进化这个过程是什么呢？趋同进化意味着两种独立动物中的两种特征是分别进化而来的。
但它们达到了相同的特征，相同的特性。所以经典的例子是蝙蝠、蝴蝶和鸟类的翅膀。所以当你研究它们时，你会发现它们的发育方式完全不同。所以蝙蝠是用它们的指头制造翅膀，而鸟类是用整个手臂制造翅膀，例如。昆虫是用胚胎中的一些不同的原基来制造翅膀。
所以我们知道它们是趋同进化的，因为如果我们回到这三种动物的共同祖先，它是一种没有翅膀甚至没有四肢的蠕虫。所以我们知道这些物种的翅膀是分别进化而来的。它们不是从共同祖先那里继承来的。但我们知道它们正在履行相同的职能，因此它们具有非常相似的结构。
因为要飞行，你需要一个这样的翅膀，它具有特定的表面、特定的厚度或重量。由于功能是共同的，你需要飞行，因此决定了所有这些物种中翅膀的形状。在这种情况下，我们认为这些回路以趋同的方式进化，因为尽管它们遵循不同的进化途径，但它们最终产生了非常相似的回路。
如果你的研究指向大脑的发育是趋同进化，那么这对理解我们的大脑是如何工作的有什么意义呢？有一些非常重要的东西，例如智力，或者最高的感觉处理，已经在进化中多次出现。所以我们不仅仅是一个非常独特和特殊的例子。
智力并不是那么独特和特殊。我们认为复杂的大脑和复杂的认知任务已经分别进化了几次，因为负责它们的回路和神经元已经分别进化了几次。例如，一些鸟类可以计数。是的，有些鸟会说话。有些鸟会使用工具。是的。
没错。它们是用大脑皮质的不同部位来做到这一点的。当然，大脑皮质参与其中，但大脑皮质的不同部位负责发出声音，例如，或者喉部和舌头的运动控制，诸如此类的事情。但神经元和大脑皮质的区域是不同的。
因此，人类的智力或哺乳动物的智力并不是独一无二的。其他物种通过其他神经元和不同的神经元进化出了智力以及复杂的认知任务，并且是分别进化的。是的，我的意思是，我觉得这很有趣。你基本上是在说，即使……
鸟类的大脑是不同的。神经元在不同的地方。它们做的事情不同。它们以不同的方式发展。它们仍然可以执行类似的任务。是的。但你是在说它们正在这样做，而且它们的智力与我们拥有的智力不同。我们这样认为，因为我们正在使用不同的结构和不同类型的神经元来实现这种智力。所以鸟类的大脑令人惊叹。举几个例子。所以它们已经进化到可以飞行。
因此，它们具有次要的特化特征。在这种情况下，最重要的是，也是我们在实验室里最头疼的事情是，它们已经极大地减小了神经元的尺寸。所以它们很小。这样，它们可以减小大脑的尺寸和重量。鸟类的整个大脑和整个身体的设计都是为了减轻重量。
所以它们可以飞行。鸟类大脑中的神经元很小，而且非常紧密地堆积在一起，因此它们在神经元方面是最密集的，是自然界中最密集的大脑。但是，当你比较神经元的数量时，这通常或经典地被认为与智力相关，一些鸟类的神经元数量是同等大小的灵长类动物的两倍。
所以它们有数量巨大的神经元。毫无疑问，这些是非常聪明的动物，而且它们与我们不同。我知道你没有研究人类，但我很好奇你是否认为这项研究可以告诉我们关于人类大脑发育方式是否有什么特别之处的任何信息。我必须说，我是研究生物学中最不以人为中心的人。
你就像，呸，人类。是的，绝对的。所以我正在扩展我以人为中心的低视角。我也非常低哺乳动物中心。所以在实验室里，我们看到了其他大脑中的许多复杂性。所以我们也，我不直接研究人类的大脑，对吧？好的。但我倾向于认为，自从我在实验室工作以来，在过去的25年中，有
每两三年就会发表一篇论文，声称人类有一个特定的特征。它可能是一种只出现在人类身上的细胞类型，或者是一种只在人类身上发育的回路。但三年或四年后，有人会在灵长类动物身上发现相同的回路或细胞类型或祖细胞类型。然后，五年或十年后，其他人会在老鼠身上发现它。
所以最终，作为有史以来最不以人为中心的研究人员，我倾向于认为我们的大脑在数量特征上是特殊的，但在质量特征上不是。所以我们是大脑哺乳动物。这肯定与鸟类的大脑不同。但我们只是拥有更多相同的单元。并且可能会有一个从这种数量增加中产生的涌现特性。但我认为没有人令人信服地证明了这一点
专门属于人类的细胞类型或专门属于人类的连接。在鸟类的情况下，它们可以计数，它们可以计划未来。正如你所说，它们可以，你知道，它们可以自己制造工具。它们可以隐藏一些……食物？一些食物或其他东西以备将来使用，诸如此类的事情。所以它们可以计划，但它们是用大脑皮质的不同部位来做到这一点的。你希望人们从你的研究中得到什么启示？
主要结论是，人类是特殊的，但鸟类和爬行动物也是特殊的。所以我们的大脑很神奇，但鸟类的大脑至少同样神奇。我们拥有其他物种没有的神经元，但鸡，即使是鸡，愚蠢的鸡，它们也拥有我们没有的神经元。
因此，进化已经找到了许多不同的方法来产生复杂的大脑，而不仅仅是从两栖动物到人类的单一直接途径。在这种情况下，智力的树只是一棵树。它不仅仅是哺乳动物的一个分支。费尔南多，非常感谢你与我们讨论鸟类的大脑。当然。谢谢。
本集由瑞秋·卡尔森制作，由我们的节目主持人丽贝卡·拉米雷斯编辑，泰勒·琼斯核实了事实。我们的音频工程师是克韦西·李。贝丝·多诺万是我们的高级总监，科林·坎贝尔是我们的播客战略高级副总裁。我是雷吉娜·巴伯。感谢您收听来自NPR的Sure Wave。♪
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