灵长类进化树
哲学的三大终极问题之一，“我们从哪里来？”。达尔文的进化论认为人类的起源是由于自然选择驱动的生物进化。然而，与现存的非人灵长类动物例如猴和猿相比，人类在很多高级认知功能方面具有显著的优势，尤其是语言和复杂工具的使用能力，这可能构成了“人之所以为人”的基础。
为了回答这一长期悬而未决的问题，可以通过解析和比较人类与其他非人灵长类动物脑结构和功能上的差异性和相似性，来部分回答和阐释这一难题。然而，由于难以确定不同物种间脑功能区的同源性，进行跨物种脑结构与功能上的进化研究，目前缺乏可靠的技术手段。
近日，中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心联合电子科技大学生命科学和技术学院等国内外单位，利用脑网络组图谱的思想，绘制了灵长类大脑顶下小叶跨物种脑连接图谱，揭示了人类与非人灵长类顶下小叶不对称性的进化差异，为人类语言和工具使用的起源和演进提供了新的线索，从而为阐明人类为什么成为人类提供了新证据。
与非人灵长类动物相比，人类大脑有着其特有神经结构依赖的高级功能包括高效的学习记忆、复杂推理、工具使用、社会认知、语言和自我意识等。其中，语言是我们人类特有的高级功能。此外，人类区别于其他动物的另一个特征是我们能够操纵和概念化各种工具的使用。
在过去的十几年里，大量脑成像和脑损伤的证据表面，工具使用和语言这两种看似不同的功能，但与两者相关的脑区却具有很大程度上的重叠，说明它们之间可能具有共有的解剖学基础。其中，顶下小叶作为两种功能共有的解剖结构，研究其结构与连接的不对称性将对我们深入理解语言和工具使用具有重要意义。
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跨物种顶下小叶分区图谱与组织学比较
在这项工作中，研究人员首先利用磁共振成像技术获得了人类、黑猩猩以及猕猴的结构磁共振和弥散张量磁共振成像数据，并以语言和工具使用最相关的顶下小叶为研究对象，通过结构磁共振成像分析了三种灵长类顶下小叶结构上的不对称性。研究在黑猩猩和人类中发现了相似的结构不对称性，但在猕猴中未发现类似模式，说明顶下小叶结构的分离出现在三个物种的共同祖先之后，而在黑猩猩和人类共同祖先之前。
跨物种顶下小叶子区基于感兴趣区和基于纤维束的不对称性
此外，研究人员进一步利用弥散磁共振成像，绘制了人类、黑猩猩和猕猴顶下小叶的亚区尺度的脑连接图谱，发现在三个灵长类物种间，脑解剖连接模式的不对称性呈现梯度式的进化模式，即与人类亲缘关系较远的猕猴中没有脑连接的不对称；但在与人类亲缘关系较近的黑猩猩中开始出现脑连接的不对称；而且这种不对称性在人类大脑中更加广泛。以上发现表明脑结构与其解剖连接模式的不对称性是驱动语言以及复杂工具使用进化的内在生物学基础。
近来，越来越多的脑科学研究从啮齿类动物转向非人灵长类动物。然而，如何将非人灵长类动物模型的研究结果向人类脑科学研究转化存在严重的技术瓶颈。该团队的系列研究表明绘制跨物种脑网络组图谱是推动非人灵长类动物模型到人类大脑研究的桥梁。因此，从神经系统进化的角度，开展灵长类近缘物种间的比较研究，绘制人类和非人灵长类动物的脑网络组图谱，进而明确非人灵长类动物与人类在大脑结构和功能组织上的异同。这不但是破译人类大脑特有高级认知功能的一个重要突破口，同时也对建立重大脑疾病的非人灵长类动物模型、深入研究人类脑疾病的致病机制具有重要的科学和临床意义。
相关研究成果以 Connectional asymmetry of the inferior parietal lobule shapes hemispheric specialization in humans, chimpanzees, and rhesus macaques 为题，在线发表在 eLife 上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院科学前沿项目、广东省珠江人才计划、广东省重点区域研发计划、中国科学院青年创新促进会、北京市高精尖学科经费资助、北京市科学技术委员会、中国科学院战略重点研究计划等项目的资助。
来源：中国科学院自动化研究所返回搜狐，查看更多