给人类祖先测智力这种方法会更精确吗

为了评价原始人类的智力，曩昔学界常常运用脑容量作为参阅目标。近期一项研讨提出了新的计划：经过丈量通往大脑的血液流速，评价大脑作业得有多么尽力。

图片来自：Pixabay

来历 the Conversation

作者 Roger S. Seymour，阿德莱德大学生理学荣誉教授

翻译 胡琦琳

审校/修改 戚译引

人类的智力是怎么演化的？人类学家研讨这样的一个问题已经有几十年了，办法包含调查考古发掘中发现的东西、运用火的依据等，以及丈量头骨化石“脑容量”的改变。

但是，经过与南非金山大学（University of the Witwatersrand）人类演化研讨所的搭档们协作，咱们发现了一种评价人类先人智力的新办法。

经过研讨头骨化石，咱们确认了古人类大脑需求多少血液和多少能量来保持工作。这种能量耗费给咱们供给了评价这些古人类有多尽力考虑的规范。

咱们发现，在评价认知才能方面，“血液流向大脑的速率”可能是比“脑容量”更好的目标。

大脑就像超级计算机

研讨人员一般假定人类先人（原始人类）的智力跟着脑容量变大而添加。

这个假定有必定合理之处：关于现存的灵长类动物来说，大脑中神经细胞的数量简直与脑容量成正比。其它有关哺乳动物的研讨遍及标明，大脑的代谢率，即它工作所需求的能量，与脑容量大致成正比。

大脑的信息处理进程触及神经细胞（神经元）和它们之间的衔接（突触）。突触类似于计算机的晶体管，是信息处理的场所。人类大脑包含超越 800 亿个神经元和多达 1000 万亿个突触。虽然大脑只占体重的 2%，但当人处于歇息状况时，大脑耗费了人体 20% 的能量。这其间大约 70% 的能量被突触用于发生神经化学物质，在神经元之间传递信息。

为了了解咱们先人的大脑耗费多少能量，咱们重视血液流向大脑的速率。血液为大脑供给必要的氧气，因而它与突触耗费的能量有着密切关系。

人脑每秒钟大约需求 10mL 血液。不管这个人是醒着、睡着、运动仍是在处理扎手的数学问题，这种改变都十分小。

由此，咱们咱们能够把大脑看作是一台耗费能量的超级计算机。计算机容量越大，需求用于保持运转的能量就越多，供电电缆也需求越粗。大脑也是如此：认知功用越强，代谢率越高，血流速率越快，供血的动脉也就越粗。

丈量头骨动脉的粗细

血液经过两条颈内动脉流向大脑中承当认知功用的部分（cerebrum），这些动脉的粗细与血液流经它们的速率有关。就像水管工会装置更大的水管，以便习惯更大的建筑物和更大的流速蓬首垢面，循环系统也会调整血管的粗细来习惯血液的流速。而血液流速又与该器官需求多少氧气有关。

向大脑运送血液的动脉要穿过枕骨上的小孔。孔洞越大意味着具有更大的动脉，有更多的血液为大脑供能。图片来自：作者Roger Seymour 供给

接下来，咱们丈量了 96 只现代大猿头骨上的这些孔，包含黑猩猩、红毛猩猩和大猩猩。咱们将这些头骨与大约生活在 300 万年前的南边古猿人（Australopithecus hominins）的 11 个头骨进行了比较。

黑猩猩和红毛猩猩的脑容量约为 350mL，而大猩猩和南边古猿的脑容量略大，为 500mL。传统观念以为南边古猿至少应该和其它人种蓬首垢面聪明，但是咱们的研讨标明，南边古猿大脑的血流速率仅为黑猩猩或红毛猩猩的三分之二，也仅有大猩猩的一半。在智力的排序方面，人类学家常常把南边古猿放在类人猿和人类之间，但咱们咱们都以为这很可能是过错的。

人脑演化的共同轨道

跟着时刻的推移，咱们先人的大脑需求的能量渐渐的变多。图片来自：作者 Roger Seymour 供给

关于人类与许多其他现存的灵长类动物而言，颈内动脉的血流速率好像与脑容量成正比。这在某种程度上预示着假如脑容量翻倍，那血流速率也会翻倍。

这个成果让人出人意料，因为大多数器官的代谢率会跟着器官的巨细添加而变得更慢。在哺乳动物身上，器官体积翻倍一般只会使代谢率添加到 1.7 倍。

这标明，灵长类动物大脑的推陈出新强度，即每克大脑物质每秒耗费的能量，随脑容量增大的起伏比料想的还要强。在古人类身上，这一添加快率复兴比其它灵长类动物的还要快。

从 440 万年前的地猿（Ardipithecus）到智人（Homo sapiens），咱们先人的大脑变大了近 5 倍，而血流速率添加了 9 倍之多。这说明每克大脑物质耗费的能量简直添加了两倍，显然是因为更活泼的突触活动和信息处理导致的。

在演化进程中，一切灵长类动物的血液流向大脑的速率好像随时刻而添加。但在古人类系谱中，它的添加快率比其它灵长类动物快得多。这种加快一起伴跟着东西的开展和火的运用，当然还有小集体间的沟通。

https://theconversation.com/how-smart-were-our-ancestors-turns-out-the-answer-isnt-in-brain-size-but-blood-flow-130387

论文信息

【标题】Cerebral blood flow rates in recent great apes are greater than in Australopithecus species that had equal or larger brains

【作者】Roger S. Seymour, Vanya Bosiocic, Edward P. Snelling, Prince C. Chikezie, Qiaohui Hu, Thomas J. Nelson, Bernhard Zipfel and Case V. Miller

【期刊】Proceedings of the Royal Society B: BiologicalSciences

【时刻】13 November 2019

【DOI】10.1098/rspb.2019.2208

【链接】https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2019.2208

【摘要】Brain metabolic rate (MR) is linked mainly to the cost of synaptic activity, so may be a better correlate of cognitive ability than brain size alone. Among primates, the sizes of arterial foramina in recent and fossil skulls can be used to evaluate brain blood flow rate, which is proportional to brain MR. We use this approach to calculate flow rate in the internal carotid arteries (˙ICA), which supply most of the primate cerebrum. ˙ICAis up to two times higher in recent gorillas, chimpanzees and orangutans compared with 3-million-year-old australopithecine human relatives, which had equal or larger brains. The scaling relationships between˙ICAand brain volume (Vbr) show exponents of 1.03 across 44 species of living haplorhine primates and 1.41 across 12 species of fossil hominins. Thus, the evolutionary trajectory for brain perfusion is much steeper among ancestral hominins than would be predicted from living primates. Between 4.4-million-year-old Ardipithecus and Homo sapiens, Vbr increased 4.7-fold, but˙ICAincreased 9.3-fold, indicating an approximate doubling of metabolic intensity of brain tissue. By contrast, ˙ICAis proportional to Vbr among haplorhine primates, suggesting a constant volume-specific brain MR.