人腦有八百六十億個神經元,大約是猩猩等靈長類的三倍;但是要維持這麼多神經元運作並不容易。人腦大約消耗我們20%的能量,但是猩猩的腦只消耗牠們9%的能量。人腦需要這麼多能量,讓很多科學家好奇,畢竟我們跟猩猩有共同的祖先,是什麼因素讓我們可以取得這麼多額外的能量的?
在哈佛大學工作的Wrangham教授,在1990年代的晚期提出了一個假說:他認為,人類之所以能夠取得額外的能量來支持我們的腦,是因為我們在180到160萬年前學會了煮食。
因為煮熟的食物比生食容易消化吸收,動物也可以從相同量的熟食中得到更多的熱量。目前最古老的火堆大約出現在80萬年前,而人腦容積約在60萬年前進行第二次的擴展。
為了驗證Wrangham教授的假說,在巴西的里約熱內盧聯邦大學( Federal University of Rio de Janeiro in Brazil)的研究團隊分析了十三種靈長類的飲食,以瞭解生食是否對於牠們的大腦以及身體的大小造成限制。
研究結果發現:靈長類大腦的大小與牠們需要的能量成正比。除了人以外,腦子最大的大猩猩(gorilla)每天大概要花8.8個小時吃東西;而紅毛猩猩大概要花7.8個小時吃東西;黑猩猩大概需要7.3個小時「甲崩」。
那麼,如果人類跟這些靈長類一樣生食呢?以人類的腦子大小來計算,生食就意味著每天至少要用掉9.3個小時來吃飯。但是我們不需要花那麼久的時間,因為我們學會了煮食。對於其他靈長類來說,因為每天7-8個小時的用餐時間已經是極限了,所以牠們沒有辦法更進一步地擴張牠們的大腦。
雖然「熟食理論」在最近的這個研究中似乎是得到了支持,但是其他的科學家還是不很確定。畢竟,雖然最早的火堆可以回溯到80萬年前,可是並不是所有的人類都在那個時間點就懂得用火煮食。
筆者想,這大概還需要更多人去開發出新的實驗模型去驗證吧!但是,如果每天要花超過九個小時(意味著一餐要3小時以上)的時間來「甲崩」,人類的文明應該不會如此燦爛,或者說我們的文明應該會絕大部分是吃的文明...
參考資料:
1. Science Now. 2012. Raw Food Not Enough to Feed Big Brains - ScienceNOW
2012年10月23日 星期二
2012年10月6日 星期六
慢點形成髓鞘(myelin)的好處與壞處
目前已經知道,人類的神經纖維(軸突,axons)被髓鞘(myelin)包圍,而髓鞘的有無與神經纖維傳導的速率有極大的關係,有髓鞘與無髓鞘的神經纖維,他們傳導信號的速度相差至少有50倍以上。(1)
也就是因為這樣,有一部份的運動神經元疾病(motor neuron disease,在台灣被稱為漸凍人,不過這是一個總稱,包含有非常多種的疾病,成因也各不相同。相同的地方是在於病人發病後會逐漸失去運動能力,造成漸進性殘障,最後連自行呼吸的能力都喪失(2)),就被發現是因為髓鞘喪失造成的(3)。
過去曾有許多研究發現,人類腦部的發育與其他靈長類不同;例如許多靈長類因為有個大頭,所以八塊顱骨在母胎中是分開的,方便胎兒通過產道。因為這樣,所以靈長類都有顱縫;但是人類的顱縫卻要到30歲左右才會完全合攏,其他靈長類顱縫合攏的時間比我們早得多了。另外一個例子是我們出生時腦子大約是完整尺寸的23%,而在生命的頭三年中,我們的腦子可以長三倍,接著還會一直持續成長到成年早期階段;但是其他的靈長類在出生時腦子已經約為完整尺寸的40%,且很快就到達完整尺寸了(4)。
由於人類大部分的腦部成長都是在離開母體後發生的,且持續了大約三分之一的生命;因此過去曾有人提出,人腦很可能終我們一生都在調整自己以適應世界。最近(2012/9/24)發表在美國國家科學院院刊(Proceedings of National Academy of Science, USA 簡稱PNAS)上的發現,提供了這個論點更多的支持。
米勒博士由獸醫那裡收集了20個猩猩的腦,從死產(等於是在母胎)到12歲(剛成年)的猩猩都有。由於法令的限制,使得猩猩的腦難以從新收集,必須想辦法從獸醫的手中取得。接著米勒博士用髓鞘染色來比較人類跟猩猩的腦神經中髓鞘的含量,發現人類直到成年期中期,大腦仍會持續製造髓鞘,但猩猩卻與獼猴相似,在邁入成年期之前就停止製造了;而猩猩不管是在母胎裡,或是剛出生的時候,腦的髓鞘含量都比人的要多。
由於髓鞘主要是作為神經纖維的絕緣物質(insulator),人類的神經纖維在出生時含有較少的髓鞘,也意味著人腦發育的速度比其他靈長類要慢很多。這也意味著可以有更多的環境因子來影響人類腦部的發育。
如果把人腦本身直到30歲之前仍在發育也一併考量在內,這意味著人從出生開始,各種環境因子都在不斷地影響我們大腦的發育,且這個影響會一直持續到成年。這也就是為什麼人類可以持續學習,具有高度的創新能力的緣故。
憂鬱症,圖片來源:維基百科 |
但是事情總是有一好沒兩好的,環境因子可以持續影響我們的腦部發育,但是有些精神疾病,如憂鬱症、精神分裂症、以及雙相障礙(bipolar disorder,俗稱躁鬱症),都發現病人的大腦在青春期開始出現變化。或許也是因為外界的刺激可以影響大腦的發育,不好的刺激也可能把我們往不好的方向去發育?筆者想,這些證據其實都告訴我們,家庭教育、學校教育以及社會教育都是非常重要的,三者提供了我們的孩子整體成長發育的環境,相同的環境刺激,對於不同的孩子,會產生不同的影響;雖然說不好的環境裡也可以產生社會的中堅份子,但我們若能把整個大環境讓他變得祥和,減少暴戾之氣,在祥和環境下生長的孩子,是不是更能夠一起來建構一個祥和的世界呢?
參考資料:
1. Science Now. 2012. Compared With Chimps, Humans Slow to Insulate Nerve Fibers - ScienceNOW
2. 國際厚生健康園區. 2004. 運動神經元疾病.
3. Wikipedia. 2012. Motor neuron disease.
4. 奇普‧沃特. 2011. 重返人類演化現場. p. 54-59.
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