人腦的表面為什么有許多裂溝或者說褶皺?
這些裂溝(腦溝)能夠增加大腦皮層的表面積。像老鼠一類懼光動物,它們的腦表面則是光滑的。
腦所做的大部分工作都是由腦表面最外幾層細胞完成的。事實上,腦的大部分體積主要是用來安置點對點的連接配線的。
因此,如果你想用腦處理大量信息,最好的辦法不是通過增大顱腔的直徑來增大腦的表面積,而是多長些裂溝。
我們知道,計算機的元件是安裝在配線板(平面)上的,配線板上的配線(連接線)構(gòu)成電路網(wǎng)絡(luò)。在此平面上,一般說來,信號從一個連接點傳遞到另一個連接點,之間必須要經(jīng)過許多其他連接點。這就是下面回答中說到的“短程連接”。所謂“點對點的連接配線”,則是下面回答中說到的“長程連接”,是指信號不經(jīng)過其他連接點而由一個連接點通過單獨一條連接線(捷徑)直接傳遞到目標(biāo)連接點。例如用一根跨線從一塊配線板上的某個連接點直接連接到另一塊配線板上的某個連接點就是長程連接。把大腦表面比喻為球面配線板,就不難理解上面回答中所說的“腦的大部分體積主要是用來安置點對點的連接配線的”——長程連接的跨線從球面上一點通過腦內(nèi)空間連接到球面上的另一點?!g者
的確,腦表面的裂溝最大限度地增加了大腦皮層的表面積。然而真正的問題是,為什么要增加表面積。
原來,如果需要的是大量的短程連接的話,那么,比較合理的安排就是把處理信息的單元安放在一層薄片中——差不多就是一個二維曲面,而把第三維留作長程連接。
假如神經(jīng)元是均勻地分布在腦的全部體積內(nèi)的話,那些長程連接就有可能變短,但是這種連接要占據(jù)腦內(nèi)運算單元之間的空間,將會使短程連接變長,結(jié)果反而需要增大腦的總體積。
還有一個原因,表面積增大有利于散失腦活動所產(chǎn)生的熱量?!缎驴茖W(xué)家》編者
腦組織在工作時要消耗大量的能量,從而產(chǎn)生熱量,必須要讓這些熱量散失掉。你可以用手摸摸自己的頭,一定會感到它比大腿熱。
低等脊椎動物的腦的表面就沒有多少褶皺,因為它們相對說來沒有多少熱量需要散失。
人類有一個很大的腦,可以做大量的工作。我們的腦的表面還多了許多褶皺,增加了表面積,有助于腦血管散失掉因進行繁重的思考所產(chǎn)生的額外熱量。倘若在進化過程中我們得到的是一個更加復(fù)雜和體積更大的腦的話,那么它就必須要比現(xiàn)在的腦有多得多的褶皺,才能夠散失掉所產(chǎn)生的多得多的熱量。
許多有智力的脊椎動物都有一個比較大的腦,同時大腦皮層上的褶皺也比較復(fù)雜。因此,盡管海豚和鯊魚兩者的大小差不多,但是比起鯊魚來,海豚的腦要明顯地大得多,而且褶皺也更復(fù)雜。
貓和兔,身體的大小也差不多,但是貓是食肉動物,生活方式更為復(fù)雜,想必需要更高的智力,所以貓的腦有褶皺,而兔子卻沒有。
動物身體的大小也是一個必須要考慮的因素。老鼠和兔子也顯示有一定的智力,但是它們的腦就幾乎沒有裂溝。然而大象和鯨,這兩種動物腦表面上的裂溝甚至比人腦還要復(fù)雜。
然而奇怪的是,這兩種動物有如此大面積的大腦皮層,可是它們的皮層神經(jīng)細胞的數(shù)量并不是很多。這是因為,大型動物的神經(jīng)細胞的體積也比較大,因而要占據(jù)更大的空間。
對神經(jīng)細胞體積較大的解釋是,在這兩種大型脊椎動物腦內(nèi),神經(jīng)膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元的比例要顯著地大于其他脊椎動物。結(jié)果,它們的大腦皮層——具有層狀結(jié)構(gòu)——需要有褶皺才容納得下這些數(shù)量不算很多的神經(jīng)元。然而體形較小的動物,這個數(shù)量的神經(jīng)元,大腦皮層無需褶皺就能夠容納。