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編輯丨王多魚 排版丨水成文 人類作為萬物之靈，在認(rèn)知領(lǐng)域是無與倫比的，超強(qiáng)的認(rèn)知能力（cognitive ability）讓人類脫離了動(dòng)物的范疇，認(rèn)識(shí)自然、改造自然，人類才能屹立于食物鏈的頂端，建立起偉大的文明。 認(rèn)知能力是指人腦加工、存儲(chǔ)和提取信息的能力，知覺、記憶、思維和想象的能力都被認(rèn)為是認(rèn)知能力的一部分。然而，對(duì)于人腦是如何加工處理信而認(rèn)知事物這個(gè)問題，一直沒有明確的答案。 2022年5月26日，英國劍橋大學(xué)的研究人員在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊 Nature Neuroscience 上發(fā)表了題為：A synergistic core for human brain evolution and cognition 的研究論文。 該研究使用了來自不同物種和多個(gè)神經(jīng)科學(xué)學(xué)科的證據(jù)，表明大腦中不只有一種信息處理類型。人類和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物處理信息的方式也不同，這也許可以解釋為什么我們?nèi)祟惖恼J(rèn)知能力如此卓越。 
“冗余”信息處理 目前的理論模型將大腦描述為一個(gè)“分布式信息處理系統(tǒng)”。這意味著它有不同的組成部分，它們通過大腦的線路緊密地連接在一起。為了相互作用，區(qū)域通過輸入和輸出信號(hào)系統(tǒng)交換信息。然而，這只是更復(fù)雜的圖景中的一小部分。 在這項(xiàng)最新的腦科學(xué)研究中，研究團(tuán)隊(duì)從信息理論的數(shù)學(xué)框架中借用了一些概念來跟蹤大腦處理信息的方式。研究人員發(fā)現(xiàn)，不同的大腦區(qū)域?qū)嶋H上使用不同的策略來相互作用。 
協(xié)同網(wǎng)絡(luò)和冗余網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出不同的解剖學(xué)和認(rèn)知特征
一些大腦區(qū)域以一種非?？贪宓姆绞脚c其他區(qū)域交換信息，這確保了信號(hào)以可復(fù)制和可靠的方式傳播。這種情況適用于專門負(fù)責(zé)感覺和運(yùn)動(dòng)功能（如處理聲音、視覺和運(yùn)動(dòng)信息）的大腦區(qū)域。 以眼睛為例，它將信號(hào)發(fā)送到大腦后部進(jìn)行處理，而發(fā)送的大部分信息都是重復(fù)的，由每只眼睛提供。換句話說，這些信息至少有一半是不必要的，所以研究人員把這種輸入-輸出信息處理稱為“冗余”。 事實(shí)上，這種“冗余”對(duì)個(gè)體生存是有利的，例如一只眼睛不幸瞎掉后，我們?nèi)匀豢梢杂靡恢谎劬?。也正由于這種能力對(duì)生存至關(guān)重要，以至于這些大腦區(qū)域之間的連接在大腦中是解剖學(xué)上固定的，就像電話座機(jī)。 “協(xié)同”信息處理 但值得注意的是，并不是所有由眼睛提供的信息都是多余的——結(jié)合來自兩只眼睛的信息最終使大腦能夠辨別物體之間的深度和距離，這也是我們觀看3D電影的基礎(chǔ)。這表明，除了“冗余”之外，大腦還存在一種完全不同的信息處理方式，可以將來自不同大腦網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜信號(hào)整合到一起。研究人員稱之為“協(xié)同”信息處理。 協(xié)同處理在支持廣泛的、更復(fù)雜的認(rèn)知功能的大腦區(qū)域中最普遍，如注意力、學(xué)習(xí)、工作記憶、社會(huì)和數(shù)字認(rèn)知。它不是固定的，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)我們的經(jīng)歷而改變，以不同的方式連接不同的網(wǎng)絡(luò)。 
協(xié)同主導(dǎo)和冗余主導(dǎo)區(qū)域的不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)輪廓 這些協(xié)同作用發(fā)生的區(qū)域主要在大腦皮層的前部和中部（大腦的外層），整合了來自整個(gè)大腦的不同信息來源。因此，與處理主要感覺和運(yùn)動(dòng)相關(guān)信息的區(qū)域相比，它們與大腦其他部分的連接更廣泛、更有效，而支持信息整合的高協(xié)同區(qū)域通常也有很多突觸，這些微小的連接使神經(jīng)細(xì)胞能夠相互交流。 是協(xié)同作用讓我們與眾不同嗎？ 基于此，研究人員提出了一個(gè)疑問：這種通過大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)積累和構(gòu)建信息的能力，在人類和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物之間是否有所不同？是不是賦予人類卓越認(rèn)知能力的基石？ 為了找到答案，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同物種進(jìn)行了大腦成像和基因分析。他們發(fā)現(xiàn)，協(xié)同作用在人類大腦中占總信息流的比例高于獼猴大腦。相比之下，兩種物種的大腦對(duì)冗余信息的依賴程度是相同的。 不僅如此，研究人員還專門研究了前額皮質(zhì)，這是大腦前部的一個(gè)區(qū)域，支持更高級(jí)的認(rèn)知功能。在獼猴中，冗余信息處理在這一區(qū)域更為普遍，而在人類中，這是一個(gè)協(xié)同信息處理的重要區(qū)域。 
人類大腦的進(jìn)化有利于高協(xié)同作用 隨著進(jìn)化，動(dòng)物的前額葉皮層也經(jīng)歷了顯著的擴(kuò)張。當(dāng)研究人員檢查黑猩猩大腦的數(shù)據(jù)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)在進(jìn)化過程中，人類大腦的一個(gè)區(qū)域相對(duì)于黑猩猩的對(duì)應(yīng)區(qū)域的大小擴(kuò)張得越多，這個(gè)區(qū)域就越依賴協(xié)同作用。 此外，研究團(tuán)隊(duì)還研究了人類捐贈(zèng)者的基因分析。結(jié)果表明，與協(xié)同信息處理相關(guān)的大腦區(qū)域更有可能表達(dá)人類特有的、與大腦發(fā)育和功能（如智力）相關(guān)的基因。 結(jié)語 總而言之，這項(xiàng)研究將不同大腦區(qū)域之間的信息處理方式劃分為“冗余”和“協(xié)同”。結(jié)合不同物種的大腦成像和基因分析數(shù)據(jù)，研究人員推斷，協(xié)同信息處理對(duì)認(rèn)知能力至關(guān)重要——與非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比，人類大腦利用協(xié)同信息的程度更高。 換而言之，在進(jìn)化過程中，人類大腦發(fā)生了擴(kuò)張，而這種擴(kuò)張主要用于增強(qiáng)大腦的協(xié)同信息處理能力。由此推測(cè)，更大的協(xié)同優(yōu)勢(shì)可能在一定程度上解釋了人類卓越的認(rèn)知能力！更重要的是，協(xié)同作用可能會(huì)為人類大腦進(jìn)化之謎增添一塊重要的、之前缺失的拼圖，并為廣泛的神經(jīng)科學(xué)問題提供關(guān)鍵的新見解，從一般認(rèn)知到障礙。 論文鏈接：
https://www./articles/s41593-022-01070-0
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