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为什么大脑要交叉处理身体另外一边的事情:一种最被接受的假说

图片:Hey Paul Studios / CC BY

为什么大脑要交叉处理身体另外一边的事情呢?

周不润,神经科学,痴呆/抑郁

这个虽然跟神经科学有关,但却是更偏向于进化论的问题。长久以来教科书里都不会解释脊椎动物神经交叉控制的原因,往往以一句话带过:“我们现在还不知道”。就像下面这句:

An important but as yet unanswered aspect of the central nervous system is that most neural pathways are bilaterally symmetrical and cross over to the opposite (contralateral) side of the brain or spinal cord.

如果要在后面补充一句话的话,那就是:“将来也不太可能知道”。原因很简单,不是研究热点,研究的重点都集中于疾病、各种分子层面和高大上的生物信息学等,研究这样的远古项目之前先要想想有没有土豪愿意给你项目基金。想一下就可以放弃了,所以目前大多数人认为的是,这种交叉现象只是进化史上的一次意外,偶尔碰上了,也就这么传了下来,没有特殊的意义。

除了这大多数人以外,小部分人提出了各种各样的假说,其中有一种被最多的人接受。在生物发展到扁形动物门的时候,神经系统还是梯形的,脑控制同侧的身体:

扁形动物的特征之一是具有眼点,能够感受光暗。这可能赋予其一个生物最重要的功能:看。生物通过看这个功能大大提高了趋利避害的能力,从而生存能力大涨。例如,可以更容易地寻找食物,也可以更快地摆脱捕食者。其中,避害是生存的重要前提,因此神经系统就可能向反应越快越好的方向发展。

这时候就可以看出神经交叉控制身体的优势。如下图,假设左侧光源处是危险的地方或者捕食者,如果一侧的神经控制同侧的身体的话,扁形动物左侧感受器感到左侧的危险,控制左侧身体收缩,下一步的运动方向竟然是朝向危险的。

反过来,如果神经交叉控制身体的话,扁形动物左侧感受器感到左侧的危险,控制右侧身体收缩,这样就能快速远离危险了。由此就能看到交叉控制的优势所在,可能这样的生物更容易存活下来,久而久之大家都按这个方向进化了。

事实上扁形动物的看并非视觉功能,最多只算是感受。当动物进化到越来越复杂后,眼的结构出现了巨大的变化。外界物体在视网膜上成像是倒的,需要经过大脑的处理才能看到真实的世界。这样一来神经交叉控制是不是反而不适用了?

假说认为还是适用的。随着生物体的慢慢发展,趋利与避害的重要程度逐渐相当,如捕食和避免被捕食一样重要,因此单纯避害的意义已经不大了。当生物体和视觉系统发展到一定复杂程度时,身体对外界同侧做出快速反应更为重要。如看到左侧向头部飞来一个网球,用左手去接或者去挡反应更快一点,用右手就有点别扭了。以下图为例,左侧飞来的网球信息投射在视网膜的右边,由于神经交叉控制,左边的身体率先反应,这样的神经活动更有效率。

当然,以上只是假说,算是从进化角度提出的合理解释之一。真实的解释,还是需要将来的证据和数据说话的。

来源:Capozzoli, N. J. (1995). Why are vertebrate nervous systems crossed? Medical hypotheses, 45(5), 471–5.

文章中扁形动物的两个图只是解释趋光性和避光性而已,被我拿来解释避害了。

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