脑是宇宙间最神奇的事物，它深藏在每个人的颅内，决定着人的喜怒哀乐、成败祸福。这个复杂的“小宇宙”是如何诞生的呢？要从最原始的单细胞生物说起。
图1人脑的模型
单细胞生物没有神经细胞，更谈不上神经系统，但是它必须接受外界信息并做出适当的反应，趋向有利环境而不是有害的环境。眼虫的鞭毛基部具有眼点，可以感受光线并向明亮处运动。这类细胞结构可以看作神经细胞的雏形。
图2眼虫及其眼点
腔肠动物（如水母、水螅）出现了神经细胞，彼此交织成神经网，这是最简单的神经系统，它增强了动物捕食和躲避伤害的能力。信号在神经网上如电波一样扩散，此时的神经细胞还没有对信号进行选择和整合的能力，动物的反应一触即发，简单机械。
环节动物（如蚯蚓）的神经元开始集中，形成了神经节并组成了神经链。蚯蚓具有敏锐的触觉和运动能力。它们可以根据树叶的形状采取不同的方式来拖拉，对窄树叶抓其柄部，对宽树叶抓其尖端，更容易把树叶拖入洞中，这种适应环境的能力来自神经系统的可塑性。
螃蟹、蜜蜂和蝗虫为代表的节肢动物出现了脑神经节、足神经节和腹神经节。其中脑神经节特别大，已经有能力“领导”全身的行为了。有人将螃蟹的脑神经节和腹神经节之间的神经纤维切断，螃蟹就会不停地吃摆在它面前的东西，直到胀死为止。这说明动物的各种行为都处于神经系统的支配之下，离开了神经系统所有感觉和运动都会失灵。
距今4.8亿年的奥陶纪出现了脊椎动物（从鱼类到哺乳类都属于脊椎动物）。脊椎动物的背部都有一根神经管，其前端发育成脑，后端发育成脊椎，脑和脊椎合称中枢神经系统，与之相连的四肢和躯干的神经干称为外周神经系统。外周神经系统把各种感觉信号输入到脊髓和脑，运动指令从脑和脊髓传递给外周神经系统并支配肌肉。脊椎动物比无脊椎动物更加复杂和高级，成为地球新的主人。
图3a-e分别为水螅、蜗虫、蚯蚓、蝗虫和人类的神经系统
鱼类是最早出现的真正拥有脑的动物，但是鱼脑占体重的比例只有1/甚至更小，它的大脑不发达，嗅脑、视丘和小脑相对比较发达。鱼在水中的活动是非常活跃的，它们可以经过训练形成简单的条件反射，比如听到一个声音就游向给食的方向。
两栖类从海洋中向陆地转移，必须适应复杂的陆地环境。自然选择的巨大压力之下，它们出现了比较发达的大脑半球，还出现了旧纹状体，旧纹状体被认为是人类的杏仁核（情绪核团）的前身。青蛙作为两栖动物的代表，具有敏锐的视觉和快捷的运动能力，可以一下子把飞过眼前的昆虫捉住。它宁可挨饿也不吃不动的昆虫，因为它的大脑对静止物体的成像不发生反应。
爬行动物的大脑出现了新皮层，神经回路相对复杂，能够更加灵活地适应环境的变化。恐龙是爬行动物中最富有传奇色彩的物种。有学者用“脑量商”来推测恐龙的智力，根据恐龙的脑量与体重的比例、再与现存爬行动物进行比较来推算。马门溪龙等蜥脚类恐龙的“脑量商”最低，甲龙和剑龙等食草恐龙其次，角龙和鸭嘴龙是素食恐龙中的佼佼者。大部分食肉恐龙比食草恐龙聪明，小型食肉恐龙的智力更高。不同的智力、体力、繁殖力使恐龙们占据着各自的生态位，到了白垩纪末期，突然的气候变化使恐龙家族迅速消失，随后兴起的是起源于爬行动物的鸟类和哺乳类。
鸟类的大脑半球、中脑、小脑都比爬行动物发达得多，表现在行为上就是具有高超的飞行能力、敏锐的视觉和复杂的本能行为。经过训练的鹦鹉可以达到5岁儿童的智能水平、2岁儿童的情商水平，可以掌握个左右英语单词，而它的脑只有核桃一般大小！鸟类中智商较高的还有乌鸦、松鸦、喜鹊、鹰等物种，它们可以像人类一样学会使用工具。鸟类的纹状体特别发达，是产生求偶、筑巢、孵卵、育雏等复杂本能活动以及学习行为的智慧中枢。
图4不同脊椎动物的脑
哺乳动物的脑复杂精巧，适应环境的能力也更强。哺乳动物当中有一些相当聪明的物种，比如海豚。海豚的脑重约1.6千克，占体重的0.9%，神经元分布的密度也和人脑相似。海豚被认为是目前地球上智力最高的生物之一。海豚为什么没有进化得更加完美？很大原因是海洋生活的限制——没有灵巧的能够制造工具的双手。
图5各种哺乳动物的脑的比较
黑猩猩的脑重占体重的0.7%，它们有较高水平的感知能力，有哭和笑这类面部表情，会利用简单的声音进行交流，会利用工具取食。黑猩猩为什么没能进化成人类？它们只吃植物和少量昆虫，而鱼类等含有丰富蛋白质和脂类的食物对人类大脑的进化发挥了至关重要的作用；它们停滞在热带森林里相对安逸，而不像人类的祖先那样走出森林，在复杂多变的环境里磨练。
大约万年前，地球上出现了会制造工具、从事劳动的能人。能人的脑重只有现代人的1/3至1/2，他们已经学会了使用工具，并渐渐开始直立行走。大约25万年前至3万年前是尼安德特人（远古智人）繁荣的时期，他们分布于欧洲和中亚等地区，以狩猎为生。尼安德特人的脑重与现代人相当，他们会制造并使用石制工具和木制长矛、埋葬死者、照料生病或受伤的人，具有了和现代人相似的理性和情感。2万4千年前，他们神秘地消失了，取而代之的是另一支从能人进化而来的晚期智人。
晚期智人是当今世界所有人类共同的祖先。他们的脑重约1克，稍低于现代人，也稍低于尼安德特人。他们生活于距今1万到5万年前，过着原始部落那种茹毛饮血、逍遥自在的生活。男人打猎捕鱼，女人采集植物和管理氏族的内部事务。他们的智力进化到与现代人几乎相等的水平。如果他们突然穿越到现代会不知所措，但是能够慢慢理解我们这个社会的科学、艺术、宗教、道德、法律……从脑功能的角度来评价，已经是聪明的人类。
人类拥有比其他动物更发达的大脑皮层，其中额叶皮层占的比例占整个大脑皮层面积的29%左右，是个体发育过程中成熟最晚的脑区。成熟最晚的前额叶与丘脑、颞叶、顶叶、基底前脑、扣带回和海马都有着复杂而密切的联系，执行着注意力调控、学习和记忆、行为策划、思维和推理等高级功能。人类的大脑皮层中广泛存在着“镜像神经元”，让我们可以对他人的境遇感同身受，这是人类产生理解和共情的基础，是人性的基石。
图6人脑的进化
如果说“物竞天择，适者生存”是大自然的进化法则，那么基因就是推动生命进化的直接动力。脑容量的增加、“镜像神经元”的出现都是偶然的基因突变的结果。一个比较有名的例子是FOXP2（forkheadboxP2）基因，FOXP2基因在许多动物中存在，但是人类的FOXP2基因在20万年间经历了一系列进化，很可能导致人类具有了语言功能。人类真正熟练地使用语言大约在2万年前，大约6千年前文字开始成为语言的传播方式。随着语言和文字的出现，文明进入了突飞猛进的快车道。在并不漫长的时间里，人类上天入地、遨游深海、探索外星，却无法解开自己的大脑之谜，它比宇宙中的繁星更神秘，既精巧又脆弱。
未来人脑会如何进化？是否会出现高智商的超人？大多数科学家认为人类智商已经达到了生物进化的“天花板”，但是科技的发展又使智力的进一步上升具有可能，年上映的科幻电影《超体》是个关于潜能开发的科幻故事。对于绝大对数人来说，智力的突飞猛进未必是好事。只要我们使用好现有的这颗头脑，不断学习和吸纳智慧和知识、认识和改造自我，足以过上幸福而有意义的人生。
（本文作者为华中师范大学副教授，中国神经科学学会会员）
参考文献：
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[2]邓锦波，席艳，李瑞玲.脑的进化及其基因调控[J].解剖学研究,(01)：59-65+74.
[3]孙晓萌.浅谈神经系统的进化历程[J].林区教学,(05)：63-64.
[4]寿天德主编《神经生物学》（第3版）[M].北京：高等教育出版社，.
[5]MarkF.Bear著，《神经科学——探索脑》（第3版）[M].北京：高等教育出版社，.
图片来源：
图1、图2、图6均来自图片网络搜索。
图3、图5来自神经生物学教材。
图4：MillerHarley:Zoology(5thedition),McGraw-Hill,。
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