近百年來，人類科研的重心，從近代物理、石油化學、半導體、分子生物學，終於轉移到腦的研究。智能是人類和其他生物最大的不同，也是人類最可貴的資產，人類知道這個榮耀。大腦的演化，是經過無脊椎動物、脊椎動物、哺乳類、靈長類，逐步變得大而且複雜。人類大腦平均重達3磅，是黑猩猩大腦的三倍，反映了人類大腦皮質區的進一步擴展，來支持人類複雜的新認知功能，如語言、自我意識、創新、合作、和解決問題的能力。人腦帶來科技方面的重大成就，使人類主宰地球、不需要在與飢寒對抗中求物種的存活、生活的改變則達到日新月異；然而，這些成就也帶來許多新危機。
腦研究終於興起
在眾多的科學領域裡，似乎在某一個時期，總是會有一個領域在出盡鋒頭，可以代表那個時期裡最重要的科學成就。
二次大戰前的數十年、是物理研究的稱霸時期；電磁學、量子力學、相對論等重要的近代物理學的理論，在這期間奠基和開展，打開了人類面對宇宙奧妙的新視野。
在二次大戰後，是化學研究的高峰期；尤其是石油化學工業，逐漸使化學纖維成為衣物的原料，塑化產物成為基礎材料、日常用品。
然後在 60 及 70 年代，來到半導體研究的興盛期 (數學、物理、化學、和工藝結合的應用創新)；它帶動了電子產品和電腦的日新月異，造成了後來的資訊處理、演算、通訊等產業的革命。
到了 80 及 90 年代，是輪到生物學研究突飛猛進 (尤其是分子生物學)；基因排序增快、基因功能研究方法增多、遺傳工程 (基因重組) 進步，使生物學和醫藥在研究方法上改頭換面。
本世紀以來至今，生物學裡關於腦的研究，最受關注也最有成果；尤其是腦部造影技術進步，使腦功能與結構關係的研究加快。終於，腦這個本來是各種研究的主事者，如今也變成了最受青睞的被研究對象。
人類知道：“智能是人類和其他生物最大的不同、也是人類最可貴的資產”
1.
在人類的演化史中，最殊勝的，就是其大腦的演化。人類可能就是靠著稍微較高的智能，在五萬年前，戰勝了人類的近親“尼安德塔人” (請參閱本網站的文章 “
人類血親：尼安德塔人的滅絕”)。今天，人類靠著文字和機器的發明，使知識可以被不受時空限制、大量地存留和高速傳遞；因此，人類文明走到了日新月異的境界。
2.
“我思故我在，I think, therefore I am” 是法國哲學家笛卡兒的哲學命題；他是說：”當我在思考，那就證明我的存在”；當一個人有能力思考，他當然可以選擇宣稱自己的存在。事實上，知道自己的存在，是要靠自我意識的運作；當一個人在做白日夢或恍神時，自我意識薄弱，他並不完全意識到自己的存在，豈不是成為 “我思故我不在” (請參閱本網站的文章 “
恍神、白日夢，會帶來不快樂”。
3. 我們常常以一個人的腦 (包括其記憶庫和人格) 來定義一個人，而不是他的軀體。失智症病人的照顧者，所面對的最大的痛苦，是看著病人的記憶力日衰，就像是看著 “那個最親近的人逐漸消失了”；或是，照顧者看著病人的脾氣和道德觀突然變了，會痛苦地問 “他還是同一個人嗎？”
4.
在 Youtube 網站，有一個由 Sebastian Seung 在 TED Talk 演講的錄影 “
I am my connectome 我就是我的神經聯結體“。Seung 說，每一個人腦中的神經連結網都和別人不同；神經連結網決定了你的記憶庫和人格，也定義了你。所以，我就是我的神經聯結體。
腦的演化
1. 所有動物的腦都是主要由兩類細胞組成：神經元和神經膠質細胞
所有動物的腦，都是主要由兩類細胞組成：神經元和神經膠質細胞。神經元像是電話公司的電線網；神經膠質細胞則像是電話公司的員工。神經膠質細胞（Glial cells）分為許多種類型，承擔各種重要作用，包括結構性支撐、維持新陳代謝、作為絕緣體、以及引導神經生長，讓神經網絡可以保持正常運作和維修。
神經元常常被看作腦中最重要的細胞。神經元可以將信號遠程傳遞到特定的細胞，這是它們和其他細胞最大的區別。它們通過軸突來傳遞信號，軸突通常會有許多分叉，投射到其他區域：可能是鄰近的區域，也可能是腦或者身體的較遠部位。
軸突通過一種稱為突觸的特化節點來向其他神經元傳遞信號。一個軸突可以和多達數千個其他神經細胞形成突觸聯結。當一個動作電位通過軸突傳遞到一個突觸時，它會觸發釋放一種稱為神經遞質的化學物質。神經遞質會和突觸後細胞膜上的受體相結合。在下一個神經元產生電位差，於是在兩個或許多個神經細胞之間，信號被互相或沿續傳遞。
軸突如果被稱為髓鞘 Myelin 的脂質鞘狀物包裹，它們的神經傳導速度會大大提高 (也有軸突是不具有髓鞘的)。髓鞘是白色的，所以腦中布滿神經纖維的部分顏色較淺，被稱作白質；與之相反，在神經細胞體高度聚集的區域顏色較深，被稱作灰質。
2. 比較無脊椎動物和脊椎動物的腦
無脊椎動物的腦，在不同動物之間，其形狀、大小、和構造上，相差很大。有兩類無脊椎動物，有相當複雜的腦：節肢動物 (如昆蟲) 以及頭足綱 (如章魚)。節肢動物和頭足綱的腦從貫穿身體的兩條平行神經索中產生。節肢動物的眼睛後面用於處理視覺信息的視葉很大。無脊椎動物中腦最大的是頭足類動物 (所以謠傳大頭章魚哥有預言能力)。
脊椎動物腦的主要解剖結構較相似，跨物種，其基本的部分都可以一一對應，但是其形狀和尺寸，則物種之間有巨大的不同。
3. 哺乳類、靈長類的腦
在哺乳動物和其他脊椎動物的腦之間，最明顯的差別是其尺寸。平均來說，在身體大小相同的情況下，哺乳動物的腦是鳥類的 2 倍，是爬行動物的 10 倍。
在形狀上也有基本的不同。哺乳動物的前腦，不但尺寸劇增，結構也發生了變化，其大腦皮質從原來的三層演變成一個複雜的六層結構，稱為新皮質 neocortex。許多位於新皮質邊緣的區域，包括海馬體和杏仁核，也有進一步的發展。
靈長類的腦結構和其他哺乳動物大致上一樣，但是占身體的比例更大，主要是因為大腦皮質的大規模擴張 (尤其是前額葉皮質和與視覺相關的皮質)。
腦化指數 (encephalization quotient) 是最廣為接受的跨物種衡量腦尺寸/體重的方式 (考慮過腦與身體的非線性關係)。比較靈長類和其他哺乳動物的腦化指數如下：人類 7.4–7.8，黑猩猩 2.2–2.5，獼猴 2.1，寬吻海豚 4.14，象 1.13–2.36，狗 1.2，馬 0.9，大鼠 0.4。海豚的腦化指數意外地高於除了人類之外的靈長類，所有的其他哺乳動物的腦化指數，則都比靈長類要低得多。
對於人類和許多其他動物來說，神經元主要是在出生前就已經形成的，而且，新生兒的腦細胞總量要明顯多於成人的。然而，也有少數區域終身都會不斷產生新的神經元，例如和嗅覺有關的嗅球，和海馬中的齒狀迴，後者的新生神經元在形成新的記憶方面有其重要功能。
4. 比較黑猩猩和人類的大腦
人類大腦平均重達 3 磅。黑猩猩 chimpanzees 的大腦只有我們的三分之一，儘管兩者體重非常類似。其中大部分的大腦尺寸的差異，反映了大腦皮質 cortex 的進化和擴展，來支持人類複雜的新認知功能，如語言、自我意識 self-awareness、和解決問題的能力。
人類有更大的數目的神經纖維，來連結參與人類專門功能的語言、製造工具、推理、和社會認知的各個腦區域。
人類大腦因為演化，而變得龐大且複雜
人類大腦演化過程中，不但腦容量變大，腦部用血量增加更快。人腦只佔人體重量的 2％ 左右，而其消耗的能量約佔人體的 20％。在超過 300 萬年人類進化史，大腦體積增加了約 3.5 倍，但是，由於血管的增大，血液流向大腦的流量增加了驚人的 6 倍。
擁有碩大的腦還有其他代價，包括：1) 目前嬰兒的平均頭圍已經足夠造成許多生產困難；2) 只好設計成在產後嬰兒才繼續腦增長，造成由於生長期長而需要漫長的父母的照顧；3) 大腦的複雜性使一些心理疾病容易發生。
人類大腦演化，增加 “創新、合作、解決困難”等能力，以提升物種的生存機會
人類大腦會進化得如此龐大而複雜 (主要是額葉和前額葉的增大)，其演化推手是什麼？物競天擇的答案是“使其存活的機率增高”。歷史證明，創新和合作能力較高的人類群體，其存活的機率確實較高。
在腦部變得發達的同時，人類一方面用腳走路，讓雙手能攜帶東西、製作精細工具，因而造成創新能力的一大躍進；另一方面身體發聲結構改變、因而會使用語言，是合作能力的一大躍進。
在動物中，合作行為是罕見的，通常僅限於近親之間。然而人類是一個獨特的物種，人類的合作是廣泛的，不僅限於親人之間。在古代，合作可以共同對付天災、野獸；在較近代，合作可能是要抵抗敵人的入侵；在最近代，核武和複雜的全球化經濟系統，讓合作成為人類共存共榮的唯一途徑。
彈片穿顱的研究說：人類的合作能力，是同時依賴智商 (IQ) 和情商 (EQ )的功能
有一篇發表在 2014 年 7 月 28 日網路版 Brain 期刊的研究報告，其研究對象是 144 位被子彈片或穿透顱骨的越戰老兵，這些人的腦損傷，非常局部、鄰近組織完好，讓研究者容易將老兵腦功能的損傷，準確地連結到腦傷的位置。
研究者發現，主管 “解決社交難題 social problem solving (解決自己與朋友、家人、或同事之間的衝突)” 的大腦區域很廣，而且許多這些區域，也同時在 IQ 和 EQ 上有重要功能。也就是說，解決社交難題、增加合作，必須同時依賴 IQ 和EQ 的機制。
結語：科技所帶來的新生存危機，正在嚴重地挑戰人腦的智慧
演化是一個緩慢的過程，人類的大腦不會在近期內有重大的變化。人腦帶來近年來在科技方面的重大成就，使人類主宰地球、已經不需要在與飢寒對抗中求物種的存活，科技使其生活的改變，達到日新月異、難以預測的地步；然而，這也帶來許多危機。
人類在享受豐盛的物質和閒暇的同時，是否能照顧到自己和後代的身體和心理的健康？人類在揮霍地使用自然資源時，是否能照顧到地球環境的永續經營？人類累積的毀滅性武器，會被用來終結這個文明嗎？科技所帶來的危機，正在嚴重地挑戰人腦的智慧。
Ref:
尼安德塔人 Neanderthal，曾經在舊石器時代，生活在歐洲和亞洲的西部，但是在兩萬多年前就滅絕了。比較現代人類和尼安德特人的 DNA 時發現：非洲人之外的人類，其基因組有稀疏分佈的 2.5% 至 4％，和非洲的人類不同，卻和尼安德塔人相同。因此推斷，在 5 萬年前左右，當人類剛移居出非洲時，在緊鄰非洲的中東地區，遇上尼安德塔人，而發生混血。和人類相比，尼安德塔人有較高比例的腦容量，應用到視覺和運動；所以，留給記憶、思維、和社交的，可能比人類少，導致於其求生工具和求生技巧的發展會比人類慢，且無法維持較大的社會群體。因此，無法應付歐亞大陸的天氣變冷和食物缺乏，也競爭不過人類，導致滅絕。
演化史上離人類相近、卻已經滅絕了的 “尼安德塔人”
尼安德塔人 Neanderthal，曾經在舊石器時代，生活在歐洲的大部分和亞洲的西部。因為其遺跡於 1856 年首先在德國尼安德塔河谷被發現，而依此命名。目前歸類為人科，人屬，的一個獨立物種，學名 Homo neanderthalensis。在演化史上，血緣上離人類最近又有科學資料的，是尼安德塔人和 “丹尼索瓦人 Denisovan”，最近幾年 DNA 研究發現，這兩者都曾和人類混血過，所以有科學家認為，應該可以被歸類為和人類同屬智人(Homo sapiens) 種，而成為亞種。
尼安德塔人在兩萬多年前就滅絕了。考古界至今沒有挖掘到距今 3 萬年以內的尼安德塔人遺骸；然而，有距今 2.2 萬年的與尼安德塔人相關的石器遺物，是目前尼安德塔人最後存在的證物。
目前存活的靈長類中，以倭黑猩猩 (bonobo) 和黑猩猩 (chimpanzee) 和現代人類的基因最為接近，其DNA序列和人類比較，都約有 98.7％ 相同度。相較下，尼安德塔人和現代人類的基因組序列，則更是至少有 99.5% 相同度。
先前基於線粒體DNA測序比較的估計，人類和尼安德塔人之間的演化分歧，開始在 40 萬至 80 萬年前。最近基於 Y 染色體 DNA 測序比較的研究，認為是約在 55 萬年前。
最近幾年，由於尼安德塔人的 DNA 排序研究已經完成，讓我們能完整的比較尼安德特人的 DNA 序列和現代人類的異同，也解答了許多演化史上的問題。
由 DNA 序列的相異性推算：在演化上，人類和黑猩猩 (或人類和倭黑猩猩) 被認為在大約5百萬或 6 百萬年前分道揚鑣。而尼安德塔人與現代人類的分開，則被認為是發生在 27 萬至 44 萬年前之間。
非洲之外的大部分現代人類，身上帶有尼安德塔人的DNA序列
許多研究推論，現代非洲之外的人類，都是在約 5 萬年前離開非洲，而散布到世界各地。而尼安德塔人很可能則是在更早的時候，從非洲移居到歐亞大陸。
研究者比較現代人類和尼安德塔人的 DNA 時發現：非洲人之外的人類，其基因組中有 2.5% 至 4％，和非洲的人類不同，卻和尼安德塔人相同。最合理的說明，就是這些 DNA 是經過混血而得自於尼安德塔人。這些外來的 DNA 序列稀疏地分佈在整個人類基因組 (但是不包括其 Y 染色體)。
人類和尼安德塔人的接觸，造成兩次混血
尼安德塔人的 DNA 不僅出現於歐洲人類的基因組，而且出現於東亞和巴布亞新幾內亞等地區的人類，然而已知尼安德特人在滅絕之前，從來沒有在這些地方住過。所以推斷，混血可能是發生在早期人類剛移居出非洲時，時間就在5萬年前左右，地點應該是在緊鄰非洲的中東地區，以至於所有的移居出非洲的人類後代，都帶有或多或少的尼安德塔人的 DNA。
比對 DNA 序列時也發現，相反方向的，現代人類的 DNA 也出現在尼安德塔人身上，很可能是大致 10 萬年前左右，有一次更早期的互相接觸和混血，所造成的結果。
為什麼尼安德塔基因，不留存在人類的Y染色體上？尼安德塔基因的利與弊
如上述，現代人類的 DN A有 2.5〜4％ 是尼安德塔人的 DNA，在 5 萬年前現代人類與尼安德塔人雜交的遺產，遍佈在各染色體，除了 Y 染色體。顯然，要嘛是尼安德塔人的 Y 染色體 DNA 沒有在這段時間傳遞給現代人類；或者是，雖然曾經有傳遞，但是尼安德塔人的 Y 染色體的基因，很久以前就在人類基因組中消失了。為什麼會這樣？
仔細解讀與人類不同的尼安德塔 Y 染色體的基因的功能後發現，有幾個這些基因是屬於 “次要組織相容性抗原 minor histocompatibility antigens” 的蛋白基因。理論上，人類女子的免疫系統，可能會攻擊攜帶這些尼安德塔人的基因男性胎兒，而導致流產。這是一個相當合理的解釋。
有 20％ 的尼安德塔基因組，散落在世界各地的現代人類。有趣的是，留存在人類的尼安德塔基因，很少是涉及語言和神經功能。也許是尼安德塔語言能力不如人類，攜帶尼安德塔語言功能基因的人，容易有語言能力障礙，因此在物競天擇下這些基因難以生存；另外，已知攜帶某些尼安德塔基因，會增加憂鬱症和凝血疾病的風險。相反的，尼安德塔皮膚毛髮蛋白基因可能提供某些進化優勢，因此容易存留下來；這些基因可能有利於尼安德特人在低日照區域生活，也能幫助在這類地區生活的現代人類。
比較尼安德塔人和人類的體徵和腦功能
腦殼化石數據顯示，尼安德塔人有顯著更大的眼窩。可能是尼安德塔人長久在較高緯度歐洲居住，所以演化出更大視覺系統，以應付該地的低日照、低月照。另外，尼安德塔人雖然身高比人類僅僅稍矮，其骨骼、關節卻比人類粗壯很多，他們可能比現代人類的腦，具有較多的運動神經。
尼安德塔人的腦部出生時與現代人大小相同，尼安德塔人成年時的大腦容量和現代人類相似或僅稍大。研究者進一步推論，既然和人類相比，尼安德塔人有較高比例的腦容量，被給予到視覺和運動，所以其腦容量中，留給社會群居所需的較高層次的記憶、思維、和社交的，可能變成比人類少。較小的高層次的記憶、思維、和社交能力，可能會減少尼安德塔人的創新能力，導致於其求生工具和求生技巧的發展會比人類慢；也可能會減少尼安德塔人的彼此合作相處的能力，導致於無法維持較大的社會群體。
為什麼尼安德塔人滅絕，而近代人類卻存活了？
一、是人類以武力消滅了尼安德塔人？
人類和尼安德塔人的混血，是情投意合，還是強暴的結果？當人類遇上尼安德塔人時，是和平相處，還是你死我活？是人類以武力消滅了尼安德塔人嗎？
尼安德塔人較粗壯，一對一近身搏鬥時會比人類具有優勢。但是人類當時已有較輕巧的投擲矛，而尼安德塔人使用的是與大型野獸搏鬥的粗矛；又人類體型較瘦長、跑速較快。這兩項因素，讓人類可以用偷襲、逃跑的方式，來戰勝、消滅尼安德塔人。又如果人類因為群居體較大，因而有局部人數的優勢，則其優勢會更加明顯。
有研究說，在人類於歐洲遇上尼安德塔人時，尼安德塔人的人數已經因冰河時期來臨而大量萎縮，所以其滅絕的主因不一定是與現代人類有關，而是因為不是應當時惡劣的生活環境。
但是也有可能，人類是尼安德塔人滅絕的助因，尼安德塔人可能因為爭戰不贏人類，而隨著人類版圖擴張，逐漸被迫移居到生活條件較惡劣的偏僻地區存活，加速了其滅絕的速度。晚期的尼安德塔人遺址，確實是在偏僻地區被發現的，增加了這種看法的可信度。
二、為什麼人類比尼安德塔人，在當時的環境下，會更有適存能力？
約 55000 年前，歐亞大陸的天氣開始變冷，氣溫大起大落，原有的食物開始缺乏且來源變化很快。尼安德塔人體型比人類粗壯很多，每天維持命生所需要的熱能比人類高 600 至 700 卡路里，較不耐餓。而且，尼安德塔人的主食是大型獵物，人類則是雜食的，有採食廣泛的可食植物的知識，也有獵食大小動物和捕魚的技能。人類比尼安德塔人不容易餓死，可能是會適存下來的主因。
尼安德塔人的文化似乎比早期現代人類的欠缺發達，例如有關象徵、裝飾、和藝術都較貧乏；其石器工具，也在數萬年當中都沒有改進，也未發展出進步的獵具。
尼安德塔人規模較小的社會群體，很可能使其更無法應付當時的惡劣環境，因為他們有較少的朋友，在需要的時候可以互助。這可能幫助解釋為什麼尼安德塔人滅絕了，而現代人類存活下來。
結語：人類的腦，發展出一個日新月異的文明
直立猿人用兩隻腳走路，讓雙手能攜帶東西，卻經過演化過程中手的結構改變、腦部控制手的神經增多，而開始能製作工具。同時身體發聲結構改變、腦部控制發聲的神經增多，而開始會使用語言。這是尼安德塔人和人類所共有的。
但是，或許，尼安德塔人的腦結構，注定了他們具有比現代人類稍低的智力和社交能力。因此他們在共同發展新技能、解決生活問題的能力上，其進步的速度會較慢，而終於碰上了他們無法度過的難關而滅絕。相反地，人類不但生存下來，而且散布到全世界。今天，人類靠著文字和機器的發明，他們的知識可以被不受時空限制、大量地存留和高速傳遞，在知識爆炸下，人腦潛能得以盡情地被開發。也就因此，人類文明走到了日新月異的境界。
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