科普:为何地球上只有人类进化出高智力大脑,变得如此聪明?

地球上生物繁多,为何只有人类进化出高智力的大脑,变得如此聪明?人类是如何变得如此聪明的,这是什么时候开始的?要解开这些问题,我们需要更多地了解生活在 180 万年前人类祖先的智慧。在当时,一种新型的石器应运而生,人脑的体积几乎翻了一番。


科普:为何地球上只有人类进化出高智力大脑,变得如此聪明?




一些研究人员认为,这种更先进的技术,加上体积更大的大脑,意味着更高程度的智力,甚至可能是语言的最初迹象。然而,这些古人类留下的只有化石和石器。如果没有时间机器,就很难知道这些早期人类拥有哪些认知特征,或者他们是否拥有语言能力。

现在,得益于高端的脑成像技术,科学家正在了解人类早期制造工具的祖先有多聪明。通过扫描现代人类的大脑,因为他们制造了与我们遥远的祖先相同的工具,我们正在确定完成这些工具制造任务需要什么样的脑力。

现在,由于尖端大脑成像技术的发展,科学家正在了解人类早期制造工具的祖先有多聪明。通过扫描现代人的大脑,科学家正致力于研究完成这些工具制造任务所需要的脑力。


工具塑造人脑——石器时代的飞跃

在考古记录中,幸存下来的石器可以反映出一些关于制造它们的人类智慧。即使是我们最早的人类祖先,智力也不低,早在330 万年前就有石器存留的证据。

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260 万年前,一些体型和脑容量小的人类祖先就利用其锋利的工具从较大的石头上切下碎片。这些类石器属于所谓的奥尔杜瓦工业,以坦桑尼亚的奥尔杜瓦伊峡谷命名,那里发现了一些最早的人类及他们的石器遗骸。

大约 180 万年前,同样在东非,出现了一种新型人类——一种拥有更大体型和大脑,并拥有新的工具包。这个工具包被称为阿舍利工业,这些工具是通过以更系统的方式利用石头打磨制成的,最终形成一把扁平的手斧,工具的周围都有有锋利的边缘。

为什么这种新颖的阿舍利技术对我们的祖先如此重要?在环境和食物资源不可预测的时期,早期人类可能开始更频繁地依赖技术来获取比水果更难获得的食物。肉类、地下块茎、蛴螬和坚果等可能都在当时人类的菜单上。那些拥有更好工具的人可以获得这些能量密集的食物,他们的后代也能从中受益。

那么,阿舍利的工具制造者是否比生活在 180 万年前的其他任何人类更聪明?这是否是人类进化时语言出现的关键节点?科研人员使用了神经考古学方法来回答这些问题。



利用现代技术对大脑活动进行成像,以重建过去的大脑活动

来自美国石器时代研究所、爱荷华大学的古人类学家以及英国东英吉利大学的神经科学家开启了该项研究,他们招募了现代人类,对他们的大脑进行成像,以重现早期的人类行为,并制造远古相同类型的工具。科研人员假定,在制造这些工具时,现代人类大脑中亮起的区域与远古人类被激活的区域相同。

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研究人员使用了一种称为功能性近红外光谱(fNIRS) 的大脑成像技术,被成像的人可以坐起来并移动他们的手臂。

参与这项研究的每个受试者都参加了多次培训课程,以学习如何在进行最终测试之前制作奥尔杜瓦和阿舍利工具。

研究人员需要在实验设计中控制语言,以测试语言和工具制造是否在大脑中共享一个回路。于是,参与者被分成两组:一组通过视频学习制作石器,有语言指导;另一组通过相同的视频学习,但音频静音,没有语言。

如果语言和工具制造真正具有共同进化的关系,那么即使是那些被置于非语言组的参与者,在制造石器时仍然应该使用大脑的语言区域。如果语言和石器制造需要大脑中相同的神经回路,这就是科学家期待的结果。

在神经影像学会议期间,科研人员让参与者完成了三项任务:一项运动基线任务,在此期间他们将两块圆形石头一起敲打,但不尝试制作薄片;一项涉及制作简单薄片,但不制造奥尔杜瓦工具;还有一项阿舍利任务,参与者通过更高级的薄片去除程序,制造成手斧。



人类认知的进化

科学家发现,只有通过语言指导来制作石器的参与者才会使用大脑的语言处理区域。这可能意味着他们正在回忆在训练期间听到的口头指示。这些语言区域的亮起并不是因为制作石器,而是因为当参与者在使用工具时,他们也很可能在脑海中回放他们收到的基于语言的指令。


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研究表明,人们可以在不激活与语言相关的大脑回路的情况下制作石器。这意味着,我们并不能肯定地说石器制造在语言的演变中发挥了重要作用。因此,语言究竟是什么时候出现的,仍然是一个有待解决的谜。

科研人员还发现,奥尔杜瓦工具的制造主要激活跟视觉和手部运动相关的大脑区域。更高级的阿舍利工具则涉及了一个跨越大部分大脑皮层的高阶认知网络。这个阿舍利认知网络涉及更高层次的运动计划,以及利用工作记忆,在大脑中保存更多的感官信息

事实证明,这个阿舍利认知网络与训练有素的钢琴家弹钢琴时出现的认知网络相同。当然,这并不一定意味着早期人类可以演奏肖邦。但研究结果可能意味着,我们今天用来完成涉及多信息复杂任务(例如演奏乐器)的大脑网络可能在大约 180 万年前进化,因此我们的祖先可以制造相对复杂的工具来利用能量密集型食物。





参考论文:

1. Evolution of early Homo: An integrated biological perspective

2. The characteristics and chronology of the earliest Acheulean at Konso, Ethiopia

3. 2.5-million-year-old stone tools from Gona, Ethiopia

4. 3.3-million-year-old stone tools from Lomekwi 3, West Turkana, Kenya

5. Celebrating 20 Years of Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS)

6. Neural correlates of Early Stone Age toolmaking: technology, language and cognition in human evolution

7. The functional brain networks that underlie Early Stone Age tool manufacture

8. Shared networks for auditory and motor processing in professional pianists: Evidence from fMRI conjunction

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投稿时间:2022-02-08  最后更新:2022-05-21

标签:大脑   人类   石器   参与者   祖先   认知   智力   舍利   聪明   年前   语言   工具

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