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然的移居地；它们之中，有很多远比我们所能想象的地…月系统大
得多。
以这些小行星为基地，人类将能够探索太阳系外围的广大领
域……而太阳系之外，还有许许多多其他的星球等着我们人类去
拜访！
（罗迪安 译）
阿西莫夫最新科学指南
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第十七章 头 脑
神经系统
与其他生物相比，我们人类的体格实在是不怎么样。在力量
上我们比不上大多数个头和我们一样大的动物。我们的行走姿
势，和猫比起来，显得十分笨拙；我们跑不过狗或者鹿；在听觉、视
觉和嗅觉方面我们比许多其他动物要差。我们的骨骼结构不适合
于我们的直立姿势：人类可能是惟一会在正常姿势下、在正常活动
中产生“腰酸背痛”的动物。比起其他生物在进化中达到的尽善尽
美的境界（例如鱼类和鸟类在游泳和飞翔中的超高效率，昆虫的大
量繁殖能力和适应能力，病毒完美的简单性和效率），人实在像一
个笨拙而设计不佳的生物。作为纯粹的生物体，我们很难与地球
上占据任何特定生活环境的生物竞争。我们之所以能支配地球，
是因为我们有一个相当重要的特化器官——脑子。
神经细胞
细胞对其周围环境的变化（刺激）很敏感，并会做出适当的反
应。因此，原生物会游向在它附近水中滴入的糖液滴，并会游离酸
液滴。这种直接的、自动的反应对于单个细胞来说挺合适。但对
于多个细胞组成的结合体，这种反应会带来混乱。任何多细胞生
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
物必须具备一个协调各个细胞反应的系统。没有这样一个系统，
生物体就会像一个由互不交流、行动相互矛盾的人所组成的城市
一样。所以即使是最原始的多细胞动物——腔肠动物，也具有最
原始的神经系统。我们可以在它们身上见到最早的神经细胞（神
经元）——这是一些具有纤维的特化细胞，其纤维由主细胞体向外
延伸并伸展出极其精细的分支（图 17…1）。神经细胞的功能非常
微妙复杂，以至于即使在如此简单的水平上我们也不能完全解释
清楚它们到底是怎样工作的。环境中的变化以至今尚不清楚的某
种方式对神经细胞起作用。这些变化包括某种物质浓度的改变、
温度或亮度的变化、水的流动、或是直接接触到了什么物体。无论
什么刺激都会引起一个微小的神经脉冲，也就是一个快速传过神
经纤维的电流信号。当到达纤维末端时，神经脉冲会跃过一个微
小的间隔（突触）而传入下一个神经细胞；这样它就会一个细胞一
个细胞地传下去。（在高度发达的神经系统中，一个神经细胞可以
和其邻近的细胞间形成成千上万个突触。）对于一个腔肠动物（例
如水母）来说，神经脉冲会传遍整个生物体。水母的反应是收缩身
体的一部分或全部。如果刺激是来自与食物颗粒的接触，水母会
通过收缩触足将食物卷入体内。
图 17…1神经细胞
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当然，所有这些完全都是自动的。但是由于它对水母有利，我
们便倾向于认为水母的行为都是有目的的。确实，人类作为一种
行动都是有目的、有动机的生物，自然倾向于认为连无生命的自然
界也是有某种目的的。科学家们称这种态度为目的论，并尽量努
力避免这种方式的思维和言论。但是在描述进化结果时，以一切
向更高的效率发展这一点作为中心展开话题实在是太方便了，以
至于除了最狂热的纯粹主义者外，连科学家们也免不了偶尔陷入
目的论中。（当然，本书的读者已经注意到了，我经常犯这个毛
病。）不过，让我们在考虑神经系统和脑子的进化时尽力避免目的
论。脑子并不是由大自然设计的；可以说它是进化过程当中一系
列偶然事件的结果，这些偶然事件产生了一些有利的性质，而具有
这些性质的生物体在各个进化阶段中都能得到优势。在生存的斗
争中，一个动物如果比其竞争者对环境变化更敏感并能更快地做
出反应，则在自然选择中生存下来的机会就更大。例如，如果某个
动物身体上碰巧有一个点对光线特别敏感，它会给动物的生活带
来很大的好处，以至于随着进化的过程，眼点以及最终眼睛将会不
可避免地出现。
构成最初的感觉器官的特化细胞群最先出现在扁形动物门或
扁形虫中。另外，扁形虫已具有神经系统的雏形。该系统能避免
将神经脉冲毫无选择地传向全身，相反地，它会尽快把脉冲传向反
应的关键点。这一点是由于有了中枢神经索才做到的。扁形虫是
第一类具有中枢神经系统的动物。
还有，扁形虫的感觉器官集中于其头部一端，这是它们前进时
身体各部位中首先与外界接触的一端。于是，很自然地，神经索在
头部区域最为发达。这一块发达的神经组织便是脑的雏形。
渐渐地更加复杂的动物门增加了新的特性。感觉器官的数目
增加，敏感性提高。神经索及其分支也变得更加复杂精巧；发展出
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
一个分布广泛的传入神经细胞系统，其功能是向神经索传递信息；
以及传出纤维，其功能是向反应器官传递信息。那块位于头部关
键位置的神经结变得越来越复杂。神经纤维也向着能尽快传递脉
冲的形式进化。乌贼是进化程度最高的一种无节动物，它的神经
纤维变粗，以利于脉冲的快速传输。有节动物体内的神经纤维具
有一层脂肪质的鞘（髓鞘质），其加速传导神经脉冲的能力更强。
人体内某些神经纤维能以每秒
100米的速度（相当于每小时
360
公里）传送脉冲，而某些无脊椎动物的神经纤维只能达到每小时
160米的脉冲传输速度。
神经索的位置在脊索动物中有了根本上的变化。在脊索动物
体内，这条主神经干线（一般称做脊髓）顺后背延伸，而不是像在所
有低等动物体中那样顺腹部延伸。这看上去好像是倒退了一
步——神经索移到了更易暴露的位置。但是脊椎动物的神经索实
际上在骨质的脊柱内得到很好的保护。虽然脊骨的首要功能是保
护神经索，但它也带来了惊人的额外好处，也就是给脊索动物提供
了一个用以支撑更多体重的梁架结构。从脊骨延伸出的肋骨包住
了胸腔，延伸出的颚骨带动牙齿完成咀嚼工作，延伸出的长骨形成
了四肢。
脑的发展
脊索动物的脑源自三个基本结构，这些结构的雏形在最原始
的脊椎动物中已经出现了。这些结构在开始时不过是膨大的神经
组织，它们是前脑、中脑和后脑。这种划分方法是希腊解剖学家克
奥斯的埃拉西斯特拉图斯在公元前
280年左右首先提出的。在脊
髓头部一端，脊髓平滑变粗，形成后脑的一部分，称为延髓。延髓
前方，除了最原始的脊索动物外，一般都有一个隆起的部分，称做
小脑。再向前便是中脑。低等脊椎动物的中脑主要负责视觉并具
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有一对视叶，而它们的前脑则负责嗅觉和味觉并含有嗅球。前脑
从前到后分成嗅球区、大脑以及丘脑，丘脑的下半部分称做下丘
脑。通过将动物大脑切除并观察结果，法国解剖学家弗卢朗在
1824年已能证明，大脑的确是负责思维和意愿行为的。（见图
17…2，人脑的结构。）
图 17…2人脑的结构
大脑的顶部——也就是称做大脑皮质的那层外套——才是这
出戏里的大明星。在鱼类和两栖类动物中，它不过是一层平滑的
套子（称做大脑皮层）。在爬行类动物中，一块新的神经组织出现
了，称做新皮质。这才是将要出现的新事物的前身。它将逐步取
得视觉和其他感觉的管辖权。在爬行动物中，视觉信息交换中心
已部分地从中脑移向前脑，而在鸟类中它已完全移到前脑。在最
初的哺乳动物中，新皮质开始起主要作用。它几乎覆盖了大脑的
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
整个表面。一开始它还是一层平滑的外套，但是在高等哺乳动物
中它继续增长，其面积大大超过大脑的整个表面，以至于折叠成皱
褶或脑回。这些皱褶使高等哺乳动物（尤其是智人）的脑有高度的
复杂性和巨大的容量。
随着物种沿着这个方向不断发展，大脑逐渐支配了整个脑部，
中脑则几乎消失了。灵长目动物的视觉发达，嗅觉减退。它们前
脑中的嗅叶已缩成了小团。进化到这一步时，大脑扩展增大，已从
上面盖住了丘脑和小脑。
即使是早期类人动物的化石，其脑腔容量也比最发达的猿类
大得多。黑猩猩和猩猩的脑重量不超过
400克，比人个头大得多
的大猩猩的平均脑重量也只有
540克。相比之下，猿人属的成员
的脑重量据推测约在
850到
1 000克之间。而这个属在人科动物
中是脑量较小的。罗得西亚猿人的脑重量在
1 300克左右，而尼安
德特人和现代智人的脑子大约重达
1 500克。现代人的智力高于
尼安德特人，这是因为现代人脑有一大部分集中在前区，而这一区
域似乎负责控制高级智力功能。尼安德特人额头较低，他们的脑
子后部膨大；而现代人相对来说则额头较高，脑子的前部膨大发
达。
人科动物的脑子在过去
300万年中大约增大了
2倍——从进
化的角度来说这是一个很快的变化。但是这个变化为什么会发生
呢？为什么单单发生在人科动物中呢？
现在我们已经知道，即使在很早以前，小脑量的人科动物就已
经开始直立行走了，同现代人完全一样。这一点很可能是人科动
物脑量迅速增加的原因之一。直�