人类智力已至极限(一)

《环球科学》8月封面文章

人类的智力可能已经接近极限，无法进化到更高层次了——多种证据表明，通往更高智力层次的进化途径都已被物理定律堵死。科学家能否找到突破极限的办法？

道格拉斯· 福克斯是一名自由科学作家，目前居住在美国旧金山。他常为《新科学家》(New Scientist)、《探索》(Discover)以及《基督教科学箴言报》(The Christian Science Monitor)撰稿。福克斯曾获多个奖项，最近的一项大奖是由美国新闻记者与作家学会评出的重大事件报道奖。

物理限制

人类的智力可能已经接近极限，无法进化到更高层次了。各种证据都表明，大多数通往更高智力层次的进化途径都已被物理定律堵死。

就拿大脑容量来说，容量越大，智力层次也越高，但大脑容量增大却有一个反作用：大脑会消耗更多的能量，运行速度也会变慢。大脑内，更好的神经连接也需要消耗能量，不成比例地占据大脑空间。如果大脑中的神经连接变多变细，就会碰到热力学极限，正如计算机芯片上的晶体管所遇到的问题一样：容易产生“噪音”。

不过，人类仍可能达到更高的智力水平，而且借助一些现代技术，比如写作和网络，我们可以使智力不受身体的限制。

西班牙科学家圣地亚哥· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago ramóny cajal)是1906 年诺贝尔生理学或医学奖得主，早在第一次世界大战的十几年前，他便绘制出了昆虫的神经解剖图，并将昆虫大脑形象地比喻成一只精致的怀表，而将哺乳动物大脑比作一个空心的老式座钟。说起来让我们有点汗颜，很难想象蜜蜂的大脑仅有毫克重，却可与哺乳动物一样执行某些任务，比如为同伴带路、建造家园。蜜蜂的能力可能受到神经元数量的限制，但它们却可将神经系统的功能发挥到极致。

另一个极端例子是大象，它们的大脑体积是蜜蜂的500 万倍，运行效率却如庞大的美索不达米亚帝国一般低下。神经信号从大象大脑的一端传到另一端，以及从大脑传到脚趾间所需要的时间，均是蜜蜂的100 倍之多，因此这些庞然大物只得减少躯体反射，放慢行动速度，以便把那点宝贵的大脑资源用在如何走好每一步上。

人类的大脑容量可能不像大象或蜜蜂那么极端，但有人发现，人类智力同样受到了物理定律的限制。人类学家已经推测出脑力扩展所面临的解剖学障碍——对于两足的人类来说，脑袋变大能通过产道么？即使我们假设，进化可以解决产道问题，那么脑袋变大所带来的问题，可能更多更复杂。

有人或许认为，只要通过进化，我们大脑中的神经元数量变多，或者神经元之间的信息交流速度加快，我们就会更聪明。但若汇总新近的一些研究，根据结果进行逻辑推断，你会发现，如果大脑真朝这个方向进化，很快就会触到物理极限。这些限制与神经元的自身性质，以及神经元之间频繁的化学信号交流有关。英国剑桥大学的理论神经科学家西蒙· 拉夫林(Simon Laughlin)认为，“信息、噪声和能量之间的联系是剪不断的，这种联系有着热力学根源”。

那么，热动力学定律针对神经元而设置的这种智力限制，是否对鸟类、灵长类、海豚、螳螂等所有动物都有效？显然，从来没人考虑过如此宽泛的问题，但本文提到的科学家都认为，这个问题确实值得探讨。“这是一个很有意思的研究点，”美国宾夕法尼亚大学致力于研究神经信息编码的物理学家维贾伊· 巴拉萨布拉曼尼恩(Vijay Balasubramanian)说，“ 我还没有在科幻小说中看到有谁探讨过这个问题。”

显然，智力是一个内涵丰富的词汇：它难以衡量，甚至难以定义。不管从哪个方面来看，人类都是地球上最聪明的动物，但我们的大脑进化到今天这个程度，它处理信息的能力会不会已经受到“硬件”上的限制？除了人类，其他神经类生物的智力进化是否也无法摆脱物理定律的束缚？

大脑越大越聪明？

从直觉上来看，要使脑力变强，最明显的方法就是增加大脑容量。事实上，100 多年来，大脑容量与智力之间的关系一直是科学家研究的热点。19 世纪末到20 世纪初，生物学家花了大量时间来探索生命体的一些共同特征——与体重，尤其是与大脑容量相关的、在整个动物界都适用的数学定律。大脑容量增大的一个好处是，可以容纳更多的神经元，神经元的生长、连接也可以更复杂。然而，大脑容量的大小并不是决定智力高低的唯一因素：牛的脑体积是老鼠的800 倍，但牛并不见得比老鼠聪明多少。身体越大，大脑反而需要完成更多的琐碎工作，比如监管更多的触觉神经、从更大的视网膜上整合信号、控制更多的肌纤维等与智力无关的内务工作。

1892 年，荷兰解剖学家尤金· 杜布瓦(Eugene Dubois)在爪哇发现了直立人头骨，他想寻找一种方法，根据颅骨化石的大小来评估动物的智力。因此，他首先提出假设，如果动物大脑异乎寻常地大，它们也会更聪明，然后在这个假设的基础上，确立了动物大脑容量与体型大小之间的精确数学关系。杜布瓦与其他学者收集了很多关于动物大脑容量与体型大小的数据，形成了一个日渐庞大的数据库。当年的一篇经典论文就曾报道过3 690 种动物的身体、器官以及腺体的重量，涉及从木蟑螂(wood roaches)、黄嘴白鹭(yellow-billed egret)到两趾和三趾树懒的多个物种。

杜布瓦理论的继任者发现，在哺乳动物中，大脑容量的增长速率要慢于体型的增长——大概是体重增长倍数的3/4 次幂。因此，麝鼠(muskrat)的体重是老鼠的16 倍，它的大脑容量大约只有老鼠的8 倍。根据这一认识，科学家发明了杜布瓦一直在寻找的数学工具：脑商(encephalization quotient)，也就是某一物种的实际大脑重量，与根据体重预测的脑重的比值。换句话说，脑商反映了一个物种的大脑增长速度偏离3/4 幂律的倍数。比如人类的脑商为7.5(即我们的大脑重量是预测值的7.5 倍)，宽吻海豚为5.3，猴子是4.8，而牛只有0.5(见右图)。简而言之，一个物种智力的高低可能取决于大脑的神经储备量：除了处理皮肤触觉之类的日常琐事，还为智力留下了多少神经元。或者，我们还可以归纳得更为简单：至少从表面上来看，智力高低取决于大脑容量。

拿哺乳动物和鸟类来说，大脑变大确实给它们带来了一些好处。大脑越大，神经回路越多，每个神经信号能携带的信息就更多，神经元每秒钟的放电次数就不必那么频繁。但与此同时，大脑增大也会产生一种相反的趋势。如果为了提升智力而无限制地增加新生神经元，“我认为收益递减规律就可能起作用，”巴拉萨布拉曼尼恩说。容量增大的同时，大脑的负担也会增加。最明显一点就是能耗增多。以人类为例，大脑是身体中需能最多的部位：大脑仅占人体重量的2%，但即便在我们休息时，它所消耗的能量，也占到人体总能耗的20%。在新生儿中，这个比例更是达到惊人的65%。