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大脑在动物体内有着至关重要的作用，它是生理结构的“最高指挥官”，也是行动与生存的“战略决策中心”，还是进化中的“创新引擎”，而鸟类与哺乳动物的大脑进化究竟有着怎样的路径呢？它们之间又有着怎样的相同与不同之处呢？

首先我们知道大脑十分重要，而大脑皮层便是大脑的核心处理区域，哺乳动物的大脑皮层是由新皮质发育而来，负责认知和复杂的高级功能。大脑皮层首先要负责处理感觉信息，即接收并初步解析感觉信号，如通过视觉皮层（枕叶）来处理颜色、形状、运动信息；通过听觉皮层（颞叶）来解析声音频率、方向；通过体感皮层（顶叶）映射身体触觉、温度、痛觉；还会通过联合皮层来整合多模态信息。其次，大脑皮层还是动物体的运动控制中心，它通过中央皮层与运动前区以及辅助运动区来协调机体进行精准复杂的运动。最后，大脑皮层还有着高级认知的功能，通过前额叶皮层以及顶叶联合皮层来进行决策与计划、自我控制、社会认知等。

而大脑皮层功能的实现，本质上是依赖于神经元的结构特性、连接模式以及动态活动。我们想要知道鸟类与哺乳类动物大脑进化的路径，那么我们自然要把目光放在其神经元的来源与进化上。传统观点认为哺乳动物、鸟类和爬行动物的大脑皮层在结构和功能上相似，只是复杂度不同，即认为他们的神经元来自于共同祖先，并且在胚胎发育中有着相似的形成方式，而他们之间的差异仅仅来自于发育的程度不同而导致的复杂度不同，进而导致大脑皮层有所差距。首先差距在于大脑皮层的结构，哺乳动物（特别是灵长类动物）大脑皮层高度发达，具有复杂的沟回结构，大大增加了皮层的表面积以及神经元的数量，而鸟类的大脑皮层相较而言简单，没有复杂的沟回，仅有部分特定区域高度特化。且鸟类大脑表面大多光滑，没有哺乳动物的分层皮层，即没有哺乳动物大脑皮层中的新皮层，而是发育出纹状体以及纹状体衍生结构来代替大脑皮层，鸟类相类似的复杂功能也依靠于纹状体以及纹状体衍生结构。其次大脑皮层的差距体现在功能区域的的划分上，哺乳动物的大脑皮层被划分为多个功能区域，如视觉皮层、听觉皮层、运动皮层等，这些区域各自工作又合作工作，鸟类的大脑皮层虽然也有一定的功能区域划分，却不和哺乳动物一样负责。它们之间的差异还体现在进化差异、神经递质与受体等。虽然他们之间有着许多不同，但两类动物的大脑皮层也有着许多相同之处。两者都有着一些相同的高级功能，都需要负责处理复杂的信息，比如感知、认知、记忆等，还比如两者大脑皮层都包含着大量神经元和突触，通过这些结构来构成复杂的神经网络，支持大脑的各种功能。这样的传统观点持续了较长时间，但最新发表在《科学》（Science）杂志上的两项研究，则打破了这一传统观点。

这两篇文章揭示了鸟类与哺乳动物之间大脑进化的显著差异，并提出一定的证据证明了鸟类与哺乳动物大脑皮层之间并不是只有复杂度不同。其中一项研究来自于西班牙阿楚卡罗巴斯克神经科学中心的研究人员，他们通过空间转录组学以及建立数学模型发现，鸟类和哺乳动物用于感觉处理的神经元在胚胎发育中形成的方式完全不同。并且这些神经元并不是来自于共同祖先，因为这些神经元在不同物种中的出生位置和时间并不相同。研究还发现，这些神经回路是趋同进化的结果而不是同源结构，而这一观点的证据是鸟类和哺乳动物使用的是不同的基因工具来建立神经元身份。

而第二项研究同样也对传统观点进行了很大的冲击，这项研究究是由德国海德堡大学团队领导，他们提供了鸟类大脑的详细细胞类型图谱，并将这些细胞与哺乳动物和爬行动物进行了比较，发现大脑皮层中只有抑制性神经元保留了脊椎动物共有的遗传特征，而大部分兴奋性神经元都有着独特的进化方式，只有少数保留着相似的遗传特征（如屏状核和海马体）。这一研究便直接打破了传统观点中大脑皮层只有复杂程度不同这一观点。这一新兴的发现无疑改写了大脑的进化历史，而且强调了大脑进化发育过程中的多样性与灵活性，更直接揭示了高级认知功能不一定来自于同一个路径，反而可能通过截然不同的遗传与细胞途径来实现。

这两项研究无疑打破了传统观点，可同样为神经科学与神经发育开辟了新的研究方向与研究思路，使研究范围变得更加宽泛与深入，同样促进了神经科学的进步，也激发了相关研究人员的创新思维与学术交流，这一突破一定会为神经发育增添浓墨重彩的一笔。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：赵序茅 兰州大学生态学院教授 博士研究生导师

审核：黄乘明 中国科学院动物研究所 研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 科普中国创作培育计划

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