⻦类的⼤脑,才是最⾼效的⼤脑?

作者: 苔丝·乔斯(Tess Joosse)

来源: 环球科学

发布日期: 2022-12-10 21:00:53

近期研究表明,鸟类的大脑虽然小,但神经元消耗的能量远低于哺乳动物,这使得它们能够进行复杂的认知活动。研究通过对比鸽子与哺乳动物的神经元能量消耗,发现鸽子神经元的能量消耗仅为哺乳动物的三分之一,这可能与鸟类大脑的独特组织方式和体温有关。

科学家曾经认为,⼤脑越⼤动物越聪明。然⽽,鸟类却违背了这种逻辑:尽管它们的⼤脑⽐⼀颗核桃还⼩,但却可以制作出复杂的⼯具,也能记住它们把⻝物藏在了哪⾥。近期,⼀项发表于《当代⽣物学》的研究表明,鸟类之所以能够做到这些,是因为相⽐于哺乳动物,它们的⼤脑神经元会消耗更少的能量。这可以使它们的⾝体为更⾼⽐例的⼤脑神经元供能。⼀项发表于2016年的研究表明,与许多其他动物相⽐,⻦类的⼤脑神经元密度更⼤。

例如,⼀只⾦刚鹦鹉的⼤脑重20克,另⼀只松⿏猴的⼤脑重30克,但它们的⼤脑却包含了相同数量的神经元。值得注意的是,神经元会消耗能量。德国波鸿鲁尔⼤学的鸟类神经科学家卡亚·冯欧根表⽰,科学家已经发现对于⼈类来说,虽然⼤脑质量只占⾝体质量的2%,但却消耗了⼈体五分之⼀的能量。她和其他科学家想知道,鸟类的较⼩⾝体和能量收⽀如何⽀持了如此多的神经元。

为了找到答案,研究⼈员将⽬光投向了普通鸽⼦。他们⽤⼀种放射性化学物质标记⼀些结构类似葡萄糖的分⼦,并将这些分⼦注⼊10只普通鸽⼦的静脉中。然后,随着这种放射性物质在鸽⼦⼤脑中移动,他们⽤扫描仪对它进⾏了追踪。通过分析它在⼤脑中的移动情况并采集⾎液样本,研究⼈员确定了每克脑组织消耗的葡萄糖量。接着,利⽤2016年的那项研究中每克脑组织所含神经元的数据,研究⼈员计算了每个神经元每分钟会消耗多少葡萄糖。

冯欧根表⽰,与啮齿类、⼈类和其他灵长类动物的神经元能量收⽀相⽐,⼀个鸽⼦神经元消耗的能量是哺乳动物神经元的三分之⼀,这是⼀个⾮常令⼈惊讶的结果。她补充说,尽管鸟类的神经元很有可能⽐⼀个典型哺乳动物的要⼩,“但它们的能量消耗差异太⼤了,所以鸟类神经元更⼩不可能是唯⼀的解释。

”她认为,这也许是因为鸟类⼤脑独特的组织⽅式使神经元可以更容易地交换信号,也可能是因为鸟类拥有更温暖的体温,从⽽使神经元可以更快地⼯作。研究⼈员推测,⻦类复杂的认知需求可能推动了脑细胞向更⾼效⼯作的⽅向演化。苏珊娜·埃尔库拉诺-乌泽尔是美国范德堡⼤学的神经科学家,她参与了2016年的研究,但没有参与这项新研究。她认为这项发现⾮常了不起。

她表⽰,基于哺乳动物和鸟类⼤脑之间的密度差异,这种能量差异“完全符合预期”。她还补充道,鸟类演化出这种特性可能只是为了应对它们有限的能量供应,⽽不是为了适应⾼级的认知需求。埃尔库拉诺-乌泽尔和冯欧根都对其他鸟类神经元的能量消耗感到好奇,包括鸡、乌鸦和鹦鹉。冯欧根甚⾄对鳄类特别感兴趣——鳄类是鸟类在演化树上亲缘关系最近的现⽣⽣物。

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