演化神經科學是對神經系統的演化的科學研究。演化神經科學家研究神經系統結構、功能和湧現特性的演化和自然歷史。該領域借鑑了神經科學和生物學的概念和發現。從歷史上看，大多數實證工作都在比較神經解剖學領域，而現代研究經常使用系統發育比較法。同時，選擇性育種和實驗演化方法也被頻繁地使用。 [1]
從概念上和理論上講，該領域與認知基因組學、神經遺傳學、發育神經科學、神經行為神經行為學、比較心理學、 演化發育生物學 、行為神經科學、認知神經科學、行為生態學、生物人類學和社會生物學等多種領域相關。
演化神經科學家檢查基因、解剖學、生理學和行為的變化，以研究大腦變化的演化。 [2]他們研究多種過程，包括聲音、視覺、聽覺、味覺和學習系統的演變以及語言的演變和發展。 [2] [3]此外，演化神經科學家研究大腦中特定區域或結構的演化，例如杏仁核、前腦和小腦以及運動或視覺皮層。 [2]
歷史
對大腦研究始於古埃及時代，但演化神經科學領域的研究始於1859年達爾文的《物種起源》出版後。[4]當時，大腦演化在很大程度上被視為與錯誤的存在鎖鏈理論有關，系統發育和大腦的演化過程仍然被視為線性的。 [4]在 20 世紀初出現了幾種新的流行的演化理論。基於自然選擇和變異的原則的達爾文主義，基於後天性狀的傳承的拉馬克主義，基於追求完美的趨勢引導演化的假設的定向演化，而跳躍論則認為不連續的變異會產生新的物種。 [4]達爾文主義最終成為了最被接受的理論，並被人們用於理解動物及其大腦演化方式的方法。 [4]
荷蘭神經學家Ariëns Kappers於1936年出版的《The Comparative Anatomy of the Nervous System of Vertebrates Including Man》一書（1921年首次以德文出版）是該領域的里程碑式的出版物。在現代演化綜論建立之後，比較神經解剖學的研究開始從演化的角度進行，並在現代結合了發育遺傳學。 [5] [6]如今人們遍認為，隨着時間的推移，物種間的系統發育變化是獨立發生而非線性的，[4]同時大腦大小的增加與神經中心和行為複雜性的增加相關。 [7]
隨着時間的推移，有幾個論點將定義演化神經科學的歷史。首先是艾蒂安·若弗魯瓦·聖伊萊爾和喬治·居維葉之間關於「共同計劃與多樣性」的爭論。 [2] 若弗魯瓦認為所有動物都是基於單一的計劃或原型建造的，他強調了生物體之間同源性的重要性，而居維葉則認為器官的結構是由它們的功能決定的，了解一個器官的功能有助於發現其他器官的功能。 [2] [4]他認為至少有四種不同的原型。 [2]在達爾文之後，演化論被更多人接受，若弗魯瓦的同源結構思想被更多人接受。 [2]第二個主要論點是存在鎖鏈與系統發生叢的爭論。 [2] 存在鎖鏈（後被稱為系統發育尺度）基於系統發育是線性的或類似沿着特定方向的前提，而系統發生叢論則是基於系統發生是非線性的並且更像灌木四處發散而不是沿着特定方向的想法。 [2]今天人們普遍認為系統發育是非線性的。 [2]第三個主要論點涉及大腦的大小，以及究竟是大腦的相對大小還是絕對大小對於大腦的功能更有關。 [2]在 18 世紀後期，人們確定大腦與身體的比例會隨着身體大小的增加而降低。 [2]然而，如今的人們更加關注大腦的絕對大小，因為這與內部結構和功能、結構複雜程度以及大腦中白質的數量成正比，所有的這些證據都表明絕對大小是更好的大腦功能預測指標。 [2]最後，第四個論點是自然選擇（達爾文主義）與發展限制（協同演化）的論點。 [2]現在人們普遍認為，發育的演化是導致成年物種表現出差異的原因，演化神經科學家認為大腦功能和結構的許多方面在物種之間是保守的。 [2]
縱觀歷史，我們可以看到演化神經科學如何依賴於生物學理論和技術的發展。 [4]演化神經科學領域受到了新技術發展的影響，科研人員們利用這些新技術來發現和檢查神經系統的不同部分。1873 年，卡米洛·高爾基設計了硝酸銀方法，該方法讓在細胞水平上描述大腦成為可能，而不是簡單的總體水平。 [4] 聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾和佩德羅·拉蒙使用這種方法分析了大腦的許多部分，拓寬了比較神經解剖學的領域。 [4]在 19 世紀下半葉，新技術使科學家能夠識別大腦中的神經元細胞群和纖維束。 [4] 1885 年，Vittorio Marchi發現了一種染色技術，可以讓科學家看到在有髓軸突中誘發的軸突變性，1950 年，「original Nauta procedure」可以更準確地識別退化的纖維，而在 1970 年代，多個分子示蹤劑被發現，並被應用至今。 [4]在過去的 20 年中，分支學也已成為觀察大腦變化的有用工具。 [7]
人類大腦的演化
達爾文的理論讓人們開始思考動物及其大腦的演化方式。 [4]
爬行動物的大腦皮層與哺乳動物的相似，但更加簡化。 [2]儘管人類大腦皮層的演化和功能仍然籠罩在迷雲之中，但我們知道它是近期演化中大腦變化最劇烈的部分。
關於視覺感知如何在演化中發展的研究今天主要通過研究現代靈長類動物來進行，因為僅通過分析化石頭骨無法確定大腦的組織。
人類聽覺皮層的組織分為核心區（包括初級皮層，A1）、帶狀區（belt；二級皮層，A2）和傘帶區（parabelt；三級皮層，A3)。這與現在的靈長類動物非常相似。
人類靈長類動物親屬擁有豐富的認知生活的證據是廣泛的，並且大量的特定行為符合達爾文的理論。 [8] [9] [10]然而，直到最近，研究在演化語言學的背景下忽視了非人類靈長類動物，主要是因為與學習發聲的鳥類不同，我們的近親似乎缺乏模仿能力。從演化的角度來看，有大量證據表明語言概念的遺傳基礎已經存在了數百萬年，就像今天觀察到的許多其他能力和行為一樣。
雖然演化語言學家同意發聲和表達語言的意志控制是人類歷史上最近的一次飛躍，但這並不是說聽覺感知也是最近的發展。大量的證據表明明確的神經通路將皮質連接到大腦中組織聽覺感知。因此，問題在於我們模仿聲音的能力。 [11]
除了靈長類動物學習聲音的能力不足之外，研究表明它們學習和使用手勢的能力要好得多。視覺線索和運動路徑在我們演化的數百萬年前就已經形成，這似乎是早期理解和使用手勢能力的原因之一。 [12]
擴展閱讀
- 大腦的演化
- 神經系統的演化
- 演化生理學
- 演化心理學
- FOXP2 與人類演化
- 神經行為學
參考
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