从人类的大脑发育进程学习创新的最佳路径

01

目前生活在地球的人都属于大约20万年前在非洲大陆形成的智人。大家都知道我们和500万年前是一家的黑猩猩的基因有98.77%是相同的,即使从器官上来看,其实根本的差距也没多少, 人类高度复杂的大脑是几乎是唯一能明显把人类和黑猩猩区分开来的器官。

不过人类在胚胎阶段并看不来有什么特殊,事实上,所有脊椎动物的胚胎都是特别相似的。19世纪早期,第一次发现不同动物物种胚胎之间如此相似的生物学家们(和他们的小伙伴)几乎都要惊呆了。

这在一定程度上也反映了他们在进化上的关系。 在进化上接近的物种,在胚胎发育过程中也会更像。

  • 第4周的时候,人类胚胎几乎和其他任何脊椎动物 - 鸟、爬行动物或者哺乳动物 - 的胚胎是分不出来的;
  • 到第6周,就只和其他哺乳动物很像了;
  • 到第7周,只和特定的灵长类很像了,比如猴子和黑猩猩。

02

这种物种内部个体之间以及不同物种之间发育的相似性揭示了:

在进化上,早期发育的策略一直是很保守的。

考虑到从一个单独的受精卵到最终形成这么多非常复杂的各种器官,必须要经过一系列对时机要求特别高的裂变和重组,这也是合情合理的。

对进化来说,利用一个现存的结构比起对每一个物种从头完全开始会容易的多,比如把前肢变成一个翅膀;再比如一个灵长类的大脑皮层,放大就成了人类的大脑皮层。

进化演进的动能是对随机突变的自然选择,变化在发育中发生的越靠后,就越可能造就一个能养活的后代,而不是一个可怕的错误。

所以在常规发育序列的后期增加变化,而不是在早期刚开始的时候,整个发育进程会容易的多。

这也是为什么流产在孕期早期更常见的原因。

03

搞清楚这种保守性,从胚胎的形成开始,人类的大脑比消化系统或者循环系统需要更长的时间才能完成发育也就不奇怪了。这种保守性同样还解释了神经系统区域性发展的策略。

控制基础功能比如呼吸和进食的大脑结构,比起控制复杂功能比如语言和推理能力的要早的多。

胎儿大脑简要的发育进程:


  • 到孕期第9周,胚胎就成了胎儿,胎儿的大脑还没怎么发育,但是脊髓已经形成,甚至开始工作。

    早熟的脊髓控制着胎儿最开始的移动,比如头的移动和四肢的反射反应。不过这时候的动作还很微弱,孕妇是感觉不到的。

  • 到第13周,感觉信息的中枢系统丘脑开始发育,小脑叶片也开始形成。

  • 到24周,脑干已经可以工作,但是大脑皮层还不能工作,皮层表面大部分仍然是光滑的。

  • 到胎儿出生,大脑皮层也还远没有发育完成。

04

大脑皮层负责语言和抽象思维能力,也是人类大脑和其他灵长类大脑区分最大的区域。

大脑皮层的脑沟有三种尺寸,主要的、次要的和第三级别的,其中第三级别的脑沟在不同的个体之间变化非常巨大,这也意味着它们不是完全由基因决定的。

第三级别的脑沟,直到出生前最后一个月才开始形成,然后延续到孩子的第一个生日也不会完全形成。

大脑皮层处理神经元里面的信息,每个细胞就像计算机电路板上一个晶片一样,都是一个独立处理单元。大脑皮层的面积越大,就有越多的处理单元。

沿着系统发生树,也就是说从老鼠、猫、到猴子、到人类,不仅大脑皮层相对大脑的其他部分会越来越大,而且有更多和更深的环绕,因此表面面积和相应的细胞数量都增长了很多倍。

从胎儿后期到出生后第一年,大脑皮层的表面面积和细胞数量还会持续快速增长。

05

出生之后前3年,大脑发育过程还很剧烈。比如从出生到婴儿1岁生日,大脑的重量差不多可以增长2倍,从成人重量的1/4长到差不多成人重量的3/4。

不过和胎儿期的大脑发育有一个明显区别,就是:

婴儿期的大脑发育很多时候是微观上的变化。

表面上来看,出生后的大脑改变并不算大,但内部增长了多达几十亿的细胞。

06

拥有如此复杂大脑的人类也是从一个受精卵开始,让我们不由慨叹生命是如此神奇。慨叹之余,神奇背后的规律或许更值得我们深思。

人类大脑的整个发育进程可以看做进化保守策略的一个典型样板,然而人类动用智力的水平已经如此之高 - “早就已经上天了”。

仔细想想,这和目前很多人非常推崇的“在保守基础上小步迭代”创新的最佳路径其实也是想通的。

”不要重新发明轮子”,你看,以创新著称的特斯拉就没重新发明轮子,它们用的轮胎是固特异的。

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