大多数动物有着与其体型成正比的大脑，身体大的物种通常大脑也更大。但若根据这种比例计算，人类大脑几乎比预期的要大6倍。这很是令人困惑，因为大脑可以燃烧人体20％的能量，却仅占人体质量的4％。如果说进化是向着消除浪费的方向发展的，那么我们为什么还会进化出如此庞大又耗能的大脑？关于这个问题有许多的假设，其中主要的一个假设认为，具有挑战性的社会互动是导致这一现象的驱动力。
但是，在一项最新研究中，我们找到了反驳这一观点的证据，证明人类大脑的增大可能是由生态驱动的。研究结果被发表于5月23日的《自然》杂志上。所有关于人类大脑大小的进化假设都有一个共识——大脑的增大加强了我们解决问题的能力。然而，当要精确指出是哪些问题时，这些假说却又众说纷纭。
“社会问题”之所以一直是人们最喜欢的解释，原因在于它们似乎特别难以解决——从与盟友合作猎取大型动物、到突袭其他群体、再到有技巧的欺骗对手或者避免被骗。解决社会问题需要你能预测友人与敌人会如何对你的一举一动作出反应。本质上，这些问题被认为会造成大脑在尺寸上出现相互竞赛，导致超出预期大小的大脑出现，并可能由此发展成人类现在的大脑尺寸。
相反，其他假设认为生态问题才是关键。生态问题包括人类必须在随季节变化的热带草原中寻找食物、不得不设法将食物加以储存以备后用、还必须准备或烹调食物以便食用。这些挑战或许都迫使人类学习如何追踪猎物、制作工具和点燃干木而获取火焰。
于是我们着手对生态和社会假说进行验证。之前已有人对这一课题进行过研究，但我们的研究是以一种非同寻常的方式开展的。一般来说，最普遍的做法是科学家会对多个物种进行调查、并研究较大的大脑是否与特定问题相关。例如，灵长类动物或其它有着较大大脑的动物，是否具有难以获取却又营养丰富的饮食？这将指向一种生态的起源。或者它们是否生活在大的群体之中，需要面临许多社会问题？
大脑增长的生态假说与社会假说：生态假说强调的是“对抗自然”的挑战，而社会假说强调的是涉及到其它社会成员的挑战。作者将这些假说分为四种可能触发不同进化过程的挑战类型。虽然许多研究都发现了这些关联，但这种方法却存在一个问题。它无法区分较大的大脑是为了解决困难问题而演化的，还是因其他原因演化在先、再让已有较大大脑的人类具有了解决困难问题的能力。因此我们不知道什么是因、什么是果。
为了找出造成大脑变大究竟是因为生态问题还是社会问题，我们用数学模型重建了两个假说的情景。这个模型能让我们计算出当个体面对某些生态或社会挑战时，大脑会演化到多大。简而言之，我们的模型做的是能量记录。它考虑的是一个身体所拥有的所有能量，其中的一些会被大脑消耗，部分用来支持问题的解决。
然后，我们再计算一个个体应投入多少能量来培育他的大脑，这个计算是基于大脑的能量成本、但又同时能提供解决问题的技能来进行的。通过改变个体面临的生态挑战或社会挑战的量，我们可以计算在不同条件下，大脑可以演化到的大小。
我们发现生态和社会挑战的组合确实能产生在人类身上出现的大脑大小。但令人意外的是，让大脑变大的是生态挑战。与主流观点以及我们自己的期望都相悖的是，我们发现社会挑战会造成脑部尺寸的减小。但是，两个因素需要同时存在才能得到我们今天看到的人脑大小——假如没有社会挑战，我们的大脑还会变得更大，但很可能就不适应社交生活。更大并不一定意味着更好。社会挑战让大脑缩小的原因很多。
一是因为相互合作的个体之间能相互依靠彼此的大脑。因此，在同伴们的帮助下，个体可以在没有非常耗能的大脑的情况下，仍具有解决问题的能力。但许多动物也面临严峻的生态问题，它们为什么没有这么大的大脑？我们发现，只有当个体在成长过程中不断学习困难的技能时，生态问题才会让大脑演化成人脑的大小。当个体从盟友那里学习到他们的文化知识时（例如取火），就会发生这样的情况。
因此，我们的结果和其他结果都表明，可能是艰难的生态环境和文化知识积累的共同作用，才让人类有了这等尺寸的大脑。
人脑会进一步增大吗？这一问题涉及到的系统非常繁杂，因此目前我们都无法给出确切的答案。比如说，合作或许会减小大脑的大小，但这并不意味着减少当前社会中的合作就会导致大脑尺寸的增大。事实上，任何这些改变都需要数十万年才能生效，并且还可能涉及到无数的负面效应，而目前在我们的研究可能无法预料这些负面效应。尽管如此，运用数学方法，我们为理解大脑的演化提供了一种新的方式。