苏珊娜·赫库拉诺-乌泽尔评价认知能力和大脑大小

路加福音Muehlhauser你的很多工作都与这个问题有关:“为什么人类比其他动物更聪明?”在一系列的论文中(例如:2009，2012)，你认为最近的研究结果表明一些流行的假设可能是错误的。例如，所谓的“过度发达”的人类大脑皮层包含了大约大脑神经元总数的百分比(19%)，其他哺乳动物的大脑皮层也是如此。相反，你认为，人类的大脑可能只是一个“线性放大的灵长类大脑”:灵长类大脑似乎比其他哺乳动物有更经济的缩放规则，而人类的大脑是所有灵长类动物中最大的，因此神经元总数最多。

你的发现是由你的实验室开发的一种神经元定量的新方法实现的，叫做“各向同性分馏器”(Herculano-Houzel & Lent 2005)．你能描述一下这种方法是如何工作的吗?

Suzana Herculano-Houzel各向异性分馏器的主要工作是将固定的脑组织变成汤——一种已知体积的含有游离细胞核的汤，它可以很容易地着色(通过对所有细胞核所含的DNA进行染色)，从而在显微镜下可视化和计数。因为大脑中的每个细胞都有且只有一个细胞核，所以计数细胞核就等于计数细胞。这种汤的美妙之处在于它速度快(对于一个小大脑来说，几个小时就能知道细胞总数，而对于一个人类大小的大脑来说，大约一个月就能知道细胞总数)，价格便宜，而且非常可靠——与通常的立体学一样多，甚至更多。

相比之下，体视学就是把整个大脑切成一系列非常薄的薄片;处理切片以使细胞可视化(否则是透明的);描绘感兴趣的结构;创建一个采样策略来解释大脑各区域细胞分布的异质性(这个问题在我们在各向同性分馏器中使用的洗涤剂中完全被解决了);获取这些要采样的小大脑区域的图像;计算每个样本中的细胞数量。对于单个老鼠的大脑来说，这一过程可能需要一周或更长时间。更强大的空间信息保存(虽然组织必然是毁灭时变成汤对我们来说),但另一方面,更多的劳动密集型和不适合工作在整个大脑,因为大脑异质性的部分。

路加福音你自己的工作强调了大脑神经元数量对认知能力的重要性。你对近期其他研究结果有何看法?Smaers & Soligo 2013)，强调…的明显重要性马赛克大脑重组?

Suzana马赛克大脑组织是一个事实。它描述了在进化过程中不同物种大脑不同部分的独立比例，而不是每个大脑部分的比例与其他部分的比例一致(Barbara Finlay将其称为“关联规律”)。镶嵌在进化是看到例如缩放巨大,一些结构表现出在某些物种而不是其他人,相对于其他的大脑:普通松鼠,例如,有一个巨大的上丘,参与视觉处理,其他类似的大脑尺寸没有啮齿动物;严重依赖嗅觉的鼹鼠和鼩鼱，嗅球中的神经元比大脑皮层中的神经元更多——这与大脑大小相似的啮齿动物有很大不同(这是正在审查中的工作)。

在我们的研究中，马赛克大脑进化意味着分配给不同大脑结构的神经元数量可以在上述结构中独立变化:比方说，上丘和视丘往往会同时获得神经元，但有一种特殊的物种在上丘中获得神经元的速度要比在视丘中快得多。“马赛克式大脑进化”也指一种系统(比如视觉)比另一种系统(比如听觉)扩张得更快的可能性。金宝博官方然而，偶尔也会有惊喜。例如,我们发现,尽管灵长类动物是高度视觉和有一个大比例的视觉皮层(事实上,远高于皮质致力于试镜),这一比例(以及皮质神经元视觉)的相对数量不会增加一起增加大脑的大小。的确，参与视觉处理的皮层神经元比参与听觉处理的要多得多——但在灵长类动物中，这个比例是稳定的。尽管如此，那些更依赖于其他感觉模式的物种应该有不同的神经元分布。的确，与灵长类动物相反，老鼠参与体感处理的皮层神经元比例要比灵长类动物大得多;正如我上面提到的，鼹鼠和鼩鼱嗅球中的神经元比整个皮质中的神经元要多——这种模式在其他类似大小的大脑中是看不到的。

更值得注意的是,我们发现明显扩张哺乳动物大脑皮质的进化,不同的不到40%的大脑尺寸最小的在人类和其他哺乳动物到80%甚至更大的大脑,不是扩张的结果在大脑皮层内神经元的数量:不管不同物种的大脑皮层的相对大小如何，它拥有大约20%的大脑神经元——甚至在人类大脑中也是如此。这是另一个明显的镶嵌进化(一种结构取代其他结构)实际上不是镶嵌进化的例子。这完全取决于被检验的精确变量。

路加福音更具体地说，你认为人类大脑本质上是“线性放大的灵长类大脑”的观点与Smaers & Soligo (2013)灵长类动物神经结构变异的主成分分析?

Smaers和Soligo声称他们的主成分分析表明,当(1)主成分占25.8%的方差与大脑的大小密切相关,这也是,(2)剩下的主成分,占绝大多数的方差,并不与大脑的大小密切相关。特别是，他们声称，他们的系统发育分析显示，“在特定的大脑形成(前额白质，前额-纹状体和更高的运动控制)中存在一种枝状特异性投资”。结合大脑绝对大小的增加将类人猿(和人类)与其他灵长类动物区分开来。

Suzana不，没有紧张。我们看到的是，人类的大脑皮层作为一个整体，就像人类的小脑作为一个整体，以及大脑的其余部分作为一个整体，都是线性放大的它们的神经元数量与其他灵长类动物大脑的相同结构相比。这意味着大脑结构的特定大小与其神经元数量之间的关系是恒定的，并且在灵长类物种中是共享的。这并不意味着或要求所有大脑区域的神经元数量比例相同彼此相对，这就是马赛克进化所指出的:给定的大脑区域可以相对于其他区域变得更大或更小，而它们的神经元数量和质量之间的关系仍然保持在跨物种的范围内。

话虽如此:是的，人类的大脑是一个整体做符合我们在其他灵长类动物中发现的大脑质量和神经元总数之间的关系。据我所知，Jeroen Smaers关注的相对差异是非常小的——他正在研究关系的残差，和许多人仍然在做的一样，使用外部参数的归一化。我相信现在是时候停止假设诸如大脑质量，或者更糟的，身体质量是真正独立的参数(它们很可能不是;尤其是脑量，是结果大脑的细胞组成和它的部分，因此不能确定很多)，然后开始研究不同参数的绝对值-这就是我们在我的实验室一直在做的，试图把假设的数量保持在最低限度。

路加福音目前估计大象和鲸鱼最大的大脑的神经元数量是多少?你们的各向同性分馏法已经在这些大脑上使用过了吗，还是他们现在打算这么做?

Suzana我们正在研究一篇关于非洲象大脑神经元数量的论文。大象是一个很好的测试我们的假设的神经元数量是一个强大的限制因素准确地认知能力因其庞大的大脑,在4 - 5公斤,这是关于人类大脑3 x的质量:我们预测它应该比人类大脑神经元较少,尽管比我们的大。

事实证明，答案更有趣:大象大脑作为一个整体已经3次人类大脑的神经元的数量,对平均860亿在我们的2570亿个神经元,但98%的神经元位于小脑大象,这是一个主要异常值的数值关系数量的神经元在大脑皮层和小脑。其他哺乳动物(包括人类)的小脑和大脑皮层的每个神经元之间大约有4个神经元，而大象的小脑和大脑皮层的每个神经元之间大约有45个神经元。现在我们能做的是推测的原因这非凡的大象小脑的神经元数量,和最可能的候选人现在对我的感觉运动控制的树干,一只200磅重的附属物,令人惊讶的是良好的感觉和运动功能,是涉及小脑。

尽管大象的小脑中有大量的神经元，但它的大脑皮层，是人类大脑皮层的两倍大，却只有普通人类大脑皮层的三分之一。综上所述，这些结果表明，限制认知能力的因素不是整个大脑的神经元数量，而是大脑皮层的神经元数量(对此我想补充一点，“如果小脑有足够的神经元来塑造大脑皮层的活动”)。

我们还没有关于鲸鱼的数据，但这项研究正在我们的实验室中进行，同时还有对食肉动物的研究，金宝博娱乐我们预测食肉动物的神经元比它们捕食的大型偶蹄目动物要多。

路加福音:您希望在未来5年内，您的实验室或其他实验室在该领域还能取得哪些研究成果?金宝博娱乐

Suzana我们正在将我们的分析扩展到其他哺乳动物分支——异种动物、有袋动物、食肉动物、翼手目动物和包趾目动物——以及非哺乳脊椎动物(鸟、爬行动物、鱼、两栖动物)，甚至一些无脊椎动物。我们的目标是实现对大脑进化的充分理解和理解，这将给我们提供，在其他事情中，一个导致进化中产生大脑多样性的机制的观点。这种比较分析也让我们了解到大脑最基本的特征:所有哺乳动物都共有的那些特征。事实证明，确实有一些，而且它们很能说明问题。例如，其中之一是在大脑中添加神经胶质细胞，这些细胞的数量似乎是由一种自组织过程来调节的，这种自组织过程迄今为止在所有研究物种中都是共享的。

我们的分析也集中在前额叶皮层，也就是大脑皮层的联想区。虽然比较不同物种大脑皮层中神经元的总数提供了很多信息，但据推测，这些位于联想区的神经元应该真正限制物种的认知能力。这种更具体的分析应该能让我们对不同物种的大脑有新的了解，以及它们与人类大脑的比较。在这方面，我们在一篇论文中比较了神经元沿人类大脑皮层的分布与其他非人类灵长类动物的分布。

我们也在研究组织的空间特性:例如，神经元是如何分布的，以及这与星形胶质细胞和脉管系统的分布是如何相关的。但是一个很大的问题仍然存在，那就是突触的数量在人类和其他物种之间是如何比较的。这也是我们正在努力的方向。

路加福音:谢谢,Suzana !