心を集中させる：脳の進化

人間の脳の優れた知恵が、輝かしい現代文明を創り上げました。人間が他の生物より優れている最も根本的な理由は、脳の進化です。同様に、脳の進化も人類の現在と未来を決定します。脳は長い生物学的進化の過程を経て発達しました。進化の主な力は自然選択であり、神経系は遺伝と変異という複数の発達過程を通じて発達し進化し続けます。

有名な神経科学者で1906年のノーベル賞受賞者であるサンティアゴ・ラモン・イ・カハールはかつてこう言いました。「脳の謎が解明されない限り、宇宙は謎のままだ。」人間の脳には約 860 億個のニューロンが含まれており、これは世界人口の 10 倍以上です。この膨大な数の特殊細胞群は人体の「CPU」を構成し、外部刺激を受け取り、感情的認知に関するフィードバックも提供します。ニューロンは、特殊な構造、つまりシナプス接続を通じて情報を伝達します。脳には約 1 兆個のシナプス接続があり、複雑な神経ネットワークを形成しています。前頭葉、頭頂葉、後頭葉、側頭葉は脳を構成する重要な「部分」です。前頭葉は、思考、計画、意思決定、感情の調整などの高次の認知機能を担っています。頭頂葉は体性感覚、視覚、空間情報の統合を担っています。側頭葉は主に言語機能と聴覚知覚を担っており、長期記憶や感情にも関わっています。後頭葉は主に視覚の知覚と処理を担っています。これらの「部分」は人体の中央制御装置を形成します。人間の大脳皮質は脳全体の質量の約 80% を占めています。では、脳はどのように進化したのでしょうか?

考古学的研究によれば、人類は約380万年から210万年前にアフリカに生息していたアウストラロピテクスから進化したと考えられています。アウストラロピテクスは身長約1.2メートル、体重約30キログラム、脳容量は約500ミリリットルでした。アウストラロピテクスは、柔軟な腕や長い尾など、類人猿のような特徴をいくつか持っていました。しかし、直立歩行など、人間との類似点もいくつかあります。約250万年前、気候と環境の変化により、アウストラロピテクスのうちほんの少数がホモ・ハビリスに進化しました。ホモ・ハビリスは、平均650～800mlの脳を持ち、アウストラロピテクスよりもはるかに大きく、道具（石、骨、木を含む）を作り、使用することができた最初の原始的な人類でした。同時に、ホモ・サピエンスは複雑な社会的関係を持つ小さな集団で生活し、簡単な言語を通じて互いにコミュニケーションをとることができます。約200万年前、ホモ・ハビリスはホモ・エレクトスに進化しました。ホモ・エレクトスの脳容量は約1000mlに達し、比較的複雑な言語と石器を使用し、火を制御・利用することができ、古代人類がアフリカからヨーロッパやアジアへ初めて大規模に移住しました。ネアンデルタール人はホモ・エレクトスの子孫です。ネアンデルタール人は脳容量が約1500mlあり、脳容量の進化が最も速かった「先祖」です。彼らは複雑な論理言語を使用し、より複雑な道具を作り、より頑丈な体を持っていました。ネアンデルタール人は環境に適応し、より多くの食料を得るために第二次大移動を開始し、その足跡は世界中に広がりました。現代人の脳容量は約1600mlで、アウストラロピテクスのほぼ3倍です。進化の過程で、人類の祖先は環境に適応するために手を自由にし、より複雑で正確な動きを行えるようになり、その結果、脳の容量が増加しました。人類が初めて石や棒を拾い、火を使って以来、環境に適応する過程で脳の容量は飛躍的に成長し、より高度な知能の出現に重要な条件を作り出してきました。したがって、人類の進化の本質は脳の進化なのです！

大脳皮質の急速な拡大とともに、皮質の折り畳みは哺乳類の脳の進化におけるもう一つの画期的な出来事です。皮質の折り畳みにより、限られた頭蓋腔内により多くの大脳皮質を収容できるようになり、論理、思考、認知、感情、微細運動能力、言語、意識などの高度な脳機能の構造的基礎となります。同時に、高度に分化した皮質溝と皮質回が大脳皮質のさまざまな機能領域を定義します。最古のアウストラロピテクスから現代人に至るまで、脳の溝と回旋は徐々により洗練された方向へと進化してきました。大脳皮質の折り畳みの程度は知能レベルと高い相関関係にあるが、脳溝と脳回の構造は霊長類に特有のものではない。実際、哺乳類の 3 つの主要な分岐 (単孔類、有袋類、有胎盤類) には、鉤脳類 (マウスなどのげっ歯類のように滑らかな脳を持つ) と鉤脳類の両方の種が存在します。したがって、大脳皮質の溝と脳回の構造は、哺乳類の 3 つの分野において独立して進化したと考えられます。同時に、脳の溝と回の構造は進化の過程で顕著な保存と多様性を示してきました。大脳皮質は、その保存性と多様性に応じて、3 つのレベルの溝と回の構造に分けられます。一次溝と回はすべての種で保存されています。二次溝と二次回は同じ種内で保存されているが、異なる種間では異なる。三次溝と三次回は種内の個体間で異なります。したがって、大脳皮質の巨大な拡大と複雑な脳溝および脳回構造の形成は、哺乳類の脳の進化における最も重要な変化の 1 つです。

人間の脳は進化してきましたが、永遠に進化し続けるのでしょうか?人間はもっと賢くなるのでしょうか？一部の学者は、脳は進化し続けることが可能であり、進化するにつれて脳の容量が徐々に拡大し、関連する遺伝子も進化し、人間はますます賢くなると考えています。別のグループの学者は、主に環境とエネルギーの制限により、脳は進化し続けることができないと考えています。人間の脳の重さは体重の約 2% しかありませんが、体のエネルギーの約 25%、つまり 1 日あたり 500 kCal を消費します。これは、体のエネルギーのほぼ 4 分の 1 が脳に送られることを意味します。これは他のどの臓器よりもはるかに多い数字です。脳の容量が大きくなればなるほど、より多くのエネルギーが必要となり、それは明らかに生物の生存には適していません。研究により、私たちの脳の構造と容量は数万年前とほとんど同じであることがわかっており、これは人体のエネルギーに関係している可能性があります。人体の現在のエネルギーは脳の現在のサイズしか維持できませんが、脳内のニューロンと神経ネットワークはますます高度に発達しており、思考能力、創造力、想像力も徐々に向上しているため、人々はより賢くなっています。さらに、狩猟や調理の道具が多様化することで、人間はより多くのエネルギーをより簡単に入手できるようになり、将来的には人間の知能は想像もできないレベルに到達するかもしれません。脳の出現により、生物は環境に適応できるようになり、知覚、言語、感情、認知などの機能を発達させることも可能になりました。脳のさらなる潜在的可能性を理解し、研究し、探求することは人類の関心事であり、将来にわたって長期的な研究を必要とするテーマです。

著者: 曹静麗、復旦大学脳科学研究所

査読者：兪永春復旦大学