人类大脑肯定存在什么东西与其他动物大脑不同，它使得人类能够计划、想象未来、解决填字游戏、开反讽玩笑以及做许多其他事情，这些共同使我们人类变得特殊。这也解释为什么人类会患上一些其他动物不会患上的毁灭性的疾病，例如双相情感障碍和精神分裂。
所以这个不同的东西是什么呢？
在过去几年，研究人类大脑以及其他物种大脑的新方法开始比以往任何时候都更加详细地揭示出关键的差异。研究人员现在可以通过记录脑细胞产生的基因、RNA和蛋白质，窥探数百万脑细胞内部发生了什么。通过研究脑组织，科学家们正在了解器官如何发育和发挥作用的关键知识。
其一是人类脑细胞与其他物种脑细胞之间的差异往往很微妙。另一个是，与其他动物相比，人类大脑发育缓慢。但是，这些特征是如何形成我们的认知技能的，仍然是一个谜，尽管研究人员已经找到了很多有希望的线索。
大小很关键
如果与其他灵长类动物、甚至一些已经灭绝的人类近亲的大脑相比，人类大脑有什么突出的地方，那就是它的大小。人类大脑的体积比黑猩猩、大猩猩和许多已灭绝的人类近亲的大脑要大三倍。在大多数动物中，脑的大小和身体的大小是密切相关的。但是人类打破了这一规律。从我们体型来看，我们的大脑要比预期的大得多。
以下是一些动物大脑按大小的排名。研究人员经常使用一种叫做脑化指数（EQ）的比率来了解动物的大脑与基于其体型计算的预期大小相比有多大或多小。如果大脑与身体质量的比率符合预期，那么 EQ 就是 1.0。就老鼠的体型而言，它的大脑只有预期大小的一半。而人类的大脑是预期大小的七倍多。
虽然进化已经使人类大脑变大，但它不是那么均衡的。一些大脑区域比其他区域膨胀更多。我们变大比较明显的区域是大脑皮层，这个区域负责执行计划、推理、语言和其他人类擅长的行为。
其他区域也扩大了，比如小脑，它是大脑后方神经元分布比较密集的区域，该区域有助于进行运动和计划。
黑猩猩和人类中的前额叶皮质有着相似的结构，尽管它在人类大脑中占据的空间比在黑猩猩大脑中占据的空间多很多。
还有一个很大的差异是人类和其他动物大脑中神经元的数量。例如，人脑的神经元数量大约是老鼠大脑的1000倍，是猕猴的13.5倍。
但脑的大小和神经元数量并不代表一切；一些动物大脑的外观以及发育与哺乳动物不同，比如乌鸦和其它乌鸦家族动物，但它们的学习或者记忆能力令人印象深刻。乔治华盛顿大学的人文学家和神经科学家Chet Sherwood说，单单脑的大小本身不能解释人类的认知能力。
特殊的构成方式
仔细观察脑细胞显示出许多有趣的模式。过去五年，使科学家能够记录单个细胞基因表达的技术不断揭示了组成大脑的许多不同类型的细胞，其详细程度远远超过以往的任何研究。
去年，华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所（the Allen Institute for Brain Science）的一个研究小组报告了迄今为止最全面的小鼠和人类脑细胞图谱。作为一项名为 “BRAIN计划细胞普查网络”（BRAIN Initiative Cell Census Network，BICCN）的国际行动的一部分，研究人员对整个小鼠大脑进行了编目，发现了 5,300 种细胞类型；人类图谱尚未完成，但迄今已包括来自 100 个区域的 3,300 多种细胞类型；研究人员预计还将发现更多细胞类型。
一些区域的确含有不同的细胞类型，比如人类视觉皮层包含多种该区域专属的神经元类型。但是总的来说，人类特有的细胞类型是很少的。
人类和其他物种大脑的整体细胞类型是相似的。艾伦脑科学研究所的神经科学家Ed Lein说，我原以为会有更大的差异。他说，基本的细胞构造是非常保守的，直到你深入到更精细的细节。
人脑大多数区域与灵长类动物和小鼠不同，表现在细胞类型的相对比例以及那些细胞表达基因的方式，“不是成分不同，而是构成方式不同。”
以人类和小鼠大脑皮层的两个相似区域为例，这两个区域都是处理听觉信息的。相对于抑制性神经元（抑制活动），小鼠的这个区域包含更高比例的兴奋性神经元（传导信号）。人类该区域则含有更高比例的非神经元细胞，例如星形胶质细胞、寡突胶质细胞以及小胶质细胞。这些细胞支撑着神经元，并在发育过程中帮助修剪和完善它们的连接。人脑这些细胞与神经元的比例是老鼠中的五倍。
这些区别的结果尚不清楚，但是细胞图谱提供了研究这些细胞以及它们基因表达的一种方法，以更好地了解它们的功能。
同样的细胞类型在不同的物种中看起来也可能是不同的。以上是从小鼠、黑猩猩和人类大脑皮层中的同种神经元细胞，锥体细胞。与人脑相比，小鼠大脑的这些细胞更少，且它们之间的连接也更不紧密。即使与黑猩猩相比，人类神经元也更长，彼此之间连接也更紧密。它们所在的皮层也比黑猩猩的更厚。
特殊的连接组
任何神经元都不是孤岛，它们形成的网络可以是赋予各种大脑不同功能和专长的重要组成部分。
一项研究比较了小鼠、猕猴和人类大脑皮层样本中超过2000个脑细胞的160万个连接。人类的连接组（connectome）中的中间神经元（削弱神经元活动和控制兴奋的一组细胞），是小鼠中的2.5倍，且这些细胞彼此之间产生了10倍多的连接。
一组特殊的中间神经元倾向与同类型的其他细胞相连（双级神经元，图中显示绿色），在小鼠中比较罕见，但在人类中扩展了一半以上。第二种中间神经元，名为多级神经元（图中紫色部分），没有以相同程度扩展。
这项研究的负责人、德国法兰克福马克斯·普朗克脑研究所（the Max Planck Institute for Brain Research）的Moritz Helmstaedter说, 这个发现令人超级震惊。他认为，这种拓展的中间神经元网络可能有助于解决人脑中的一个主要问题：神经元运作迅速但是思想和行动要花费数秒钟。更大的中间神经元网络可能会延长神经元活动的时间，允许大脑产生更复杂的想法，以及更长时间地记住事情。
该团队正在研究人类大脑皮层更大部分。Helmstaedter的连接组研究结果被基因研究支持。当比较不同物种之间的基因表达时，许多差异被证明与神经元之间的连接和传递信号的方式有关，神经元之间的连接被称为突触。
在艾伦研究所的研究人员领导的一项研究中，数百个基因呈现了人类特有的表达模式。通常来说，这些特殊之处与回路功能相关，它们参与突触建立和信号传递。它们通常在非神经元细胞中，例如星形胶质细胞和小胶质细胞。
发育慢
一些科学家认为人脑中有个被按下的关键踏板可以解释与其他物种间的许多差异。那就是刹车键。英国剑桥MRC分子实验室研究人脑发育的神经科学家Madeline Lancaster说，不管你怎么看，人类大脑发育都更慢。
大脑发育的速度在不同物种中区别很大，但人脑发育的速度异常缓慢。例如，小鼠大脑，在其生命长度的5%时，就发育完全了。猕猴和黑猩猩大脑在它们寿命的大约三分之一时发育完全。人类大脑则需要更长的时间来发育、成熟以及完善他们的连接，大约是30年，几乎是平均寿命的一半。
这个迟缓的速度有助于人类生长更多的神经元，以及培养更的多样性和复杂性。这也给了人脑更多的时间被环境所塑造。研究表明，人类中，神经元祖细胞（产生神经元的细胞）在确定最终特征前处在不确定状态的时间更长。人类祖细胞也拥有更多的潜能，它们可以变成不止一种的神经元类型，然而在啮齿类动物中，一种类型的祖细胞往往只能发展成一种类型的神经元。
下图展示了大猩猩神经元发展典型的时间线，它们从祖细胞开始发育，长出轴突和树突以接触其他细胞，这些突出形成突触来连接其他神经元和传递信号，最终它们会形成一层髓鞘，其使神经元绝缘并帮助信号传输。
同样的过程在人类中的时间更长，导致神经元长处更多树突，每个具有更多的连接。轴突比黑猩猩的更长，因为他们有更长的传输路径，由此产生的神经元更加复杂。
一些基因变异与这种速度减缓和精细化程度有关。一个是只有在人类中的基因复制，当小鼠被改造成拥有同种复制后，它们长出了更多的突触，且他们的学习能力得到了提升。
另一个例子是编码NOTCH蛋白的序列的变化，NOTCH蛋白与皮层的扩张相关。这一改变使人类神经元比其他非人类神经元的增殖时间更长，产生了更大群的新神经元。
加利福尼亚大学旧金山分校研究人类大脑进化的遗传学家Alex Pollen说，虽然基因和细胞的某些变化无疑造就了现在的我们，但现在下结论还为时过早。有些变化可能只是其他适应性的副作用，例如，当大脑扩张时，某些类型神经元会增加，这样大脑区域间仍能进行交流。
我们的特殊能力也有坏处。Sherwood说人类经历着比其他灵长类动物更毁灭性的改变，例如衰老所带来的大脑皮层萎缩，这有一部分原因是我们活的时间更长。他说，即使是最古老的类人猿大脑，似乎也不会像人类大脑那样随着年龄的增长而发生巨大变化。Lancaster说，一些人类特有的疾病可能就是我们要为复杂性所付出的代价，即使一个小的缺陷可能会产生更严重的结果。
关于我们大脑如何使我们如此健谈、善于社交以及聪明，还有很多需要挖掘。科学家们感兴趣的是：基因变异如何在神经元和大脑中发挥作用；发育中神经元活动是如何影响生长；以及除了大脑皮层外的其他脑区如何发生变化以赋予人类独特的能力。
技术的融合使得研究者可以重新研究经典的问题！
参考链接：
https://www.nature.com/immersive/d41586-024-03425-y/index.html
