鸟儿为什么这么聪明？

说起“聪明的动物”，我们会想到谁？是一只边境牧羊犬、一只大猩猩、一只“人类表亲”，还是一只“知道如何合作狩猎并拯救了被袭击的潜水员”的虎鲸？

生活在澳大利亚的人类可能有不同的答案:向日葵凤头鹦鹉。

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向日葵凤头鹦鹉熟练地打开垃圾桶。来源:生活科学

这种著名的观赏鸟开花时有美丽的白色羽毛和像向日葵一样的黄色冠羽。由于人工繁殖的成功和出色的学习能力，它们经常可以在中国的动物园里看到。然而，在向日葵凤头鹦鹉的快乐故乡澳大利亚，成群的鹦鹉让当地居民感到不舒服——它们学会在各个街区打开不同风格的垃圾箱寻找食物，并通过社会学习在各种族之间传播它们的技能。

根据发表在《科学》杂志上的一篇论文，向日葵凤头鹦鹉的“偷食开箱”行为迅速蔓延，从2018年之前悉尼的三个郊区蔓延到2019年的44个郊区。研究人员甚至观察到森林屏障形成的区域特征，每个区域的向日葵凤头鹦鹉的开箱方法略有不同【1】。这些聪明的鸟成功地迫使它们的人类邻居想出各种科技手段来保护它们的垃圾箱，这在人与自然的关系中并不是一个奇迹。

你可能已经注意到，当提到“智能”时，许多人第一时间不会想到鸟类。相比之下，与人类关系更密切的哺乳动物更容易吸引我们的注意力。但当我们仔细回想，从“鹦鹉学舌”到“乌鸦喝水”，鸟类的“小聪明”确实充斥着我们的文化生活。行为数据还表明，乌鸦和鹦鹉在许多领域具有与非人类灵长类动物相同的认知能力【2】【3】。他们不仅有空记忆和情节记忆，还能理解因果关系、延迟满足和规划未来。他们甚至有一种心理理论（一种了解自己和他人心理状态的能力）。

那么，为什么这些小生物如此聪明呢？

原创论文:Güntürkün、Onur、Roland Pusch和Jonas Rose。“为什么鸟儿聪明。”认知科学趋势（2023）。https://doi.org/10.1016/j.tics.2023.11.002

第一，“大小”不重要，“内容”才是关键。

要理解智慧，首先要研究大脑。鸟类的聪明挑战了一个古老的刻板印象:大脑越大越聪明。虽然科学家不能仅通过大脑的重量来推断物种或个体的智力水平，但在同一分类单位中，更大更重的大脑确实可以提供更多的神经元和计算能力，这使得它的主人比其他“表亲”更聪明【4】。这反映在非人灵长类动物、鲸类动物和鸟类中。然而，大脑的绝对重量和相对大小在跨物种横向比较中并不那么重要:乌鸦和鹦鹉仅用5克至20克的大脑就可以与400克大脑的大猩猩竞争。

那么，这些核桃大小的大脑是如何做到的呢？

2016年，在PNAS发表的一项研究指出，尽管鸟类的大脑很小，但神经元的密度非常高【5】。鸟类大脑单位体积的神经元数量可以是灵长类动物的两倍，小鼠的四倍。研究人员认为，如此高密度的神经元使得鸟类前脑的神经元数量与灵长类动物相同。神经元是大脑中信息处理和计算的基本单位。尽管无法单独确定大脑计算能力的上限，但相当数量的神经元为鸟类发展类似于灵长类动物的信息处理能力提供了基础。

此外，鸟类大脑皮层神经元的比例远高于灵长类动物:秃鼻乌鸦的大脑重量与狨猴相似，但前者大脑皮层神经元的数量是后者的3倍。大脑皮层神经元可以协调不同的认知过程以实现共同的目标，因此它们与灵活的认知能力特别相关。具有大量皮质神经元的秃鼻乌鸦也比狨猴聪明。

另一个与灵活认知调节相关的神经元是联想神经元。接触神经元存在于知觉系统和运动系统之间，与联想学习和运动学习密切相关。与鸡、鸽子和鸵鸟相比，新喀里多尼亚乌鸦具有大量的接触神经元，几乎可以与大猩猩额叶皮质中的接触神经元相媲美【6】。这种新乌鸦确实表现出了更高的智力——它们会用叶柄制作工具，并在狭窄的缝隙中钩住天牛幼虫进食。

因此，高神经元密度、大量皮质神经元和连接神经元为小型鸟类大脑提供了惊人的计算能力，并为鸟类智能提供了一定的生理基础。

第二，“完全没有必要”的新大脑皮层

鸟类和哺乳动物从几亿年前开始分别进化，最终形成了截然不同的前脑结构。在哺乳动物中，背侧大脑皮层发育成大脑皮层，其中大部分是等皮层。“同质皮层”是指大脑皮层的这一部分的所有部分看起来都相似。“同皮层”更好地被称为“新皮层”，因为大脑皮层的这一部分是哺乳动物独有的，在进化中更新更近。

不仅如此，哺乳动物的新皮层包含了与感知、运动和交流有关的所有区域，可以说是一个全面的大脑结构，对认知和学习能力极其重要。因此，大脑皮层长期以来被认为是哺乳动物智力的来源。然而，聪明的鸟儿再次挑战了这一观点。

在鸟类中，与哺乳动物同源的背侧大脑皮层已经进化成一个超瓣体。与哺乳动物的新皮层不同，鸟类的超大脑皮层仅包含感觉区，其功能无法相比。大多数剩余的大脑皮层核位于侧脑室下方，这些侧脑室统称为背侧室嵴。背侧室嵴在哺乳动物中没有同源结构，但它在功能上与大脑皮层互补，可以处理感觉信息，还包括运动和交流区。

最近的研究表明，背侧室嵴在处理感觉信息时呈现出类似于哺乳动物大脑皮层的分层结构和信息处理路线【7】，而运动区和通讯区仍然是一个核排列。

a）鸟类大脑的分裂；b）鸟类大脑的结构名称（黄色字符）和相应的哺乳动物大脑结构（白色字符）；c）不同的信息处理路径，C1是同皮层，C2是背侧室嵴，C3是大脑皮层。来源:原创论文

这些数据表明，由于趋同进化，鸟类的大脑可能与哺乳动物的大脑具有一些相似的结构和信息处理方法。至少在处理感知信息方面，这些类似于相同皮层的结构可能具有不可替代的优势。然而，鉴于背侧室嵴和新皮层具有不同的进化起源，并且背侧室嵴并不完全由新皮层处理，新皮层可能只是聪明大脑的一个“充分而不必要”的条件。提升凝聚力英文

第三，由多巴胺驱动的鸟类“前额叶皮层”

我们从神经元的数量、类型和大脑结构等方面讨论了鸟类聪明的原因，发现它们与哺乳动物既相似又不同。接下来，我们将继续从大脑功能方面讨论鸟类为什么如此聪明。

在背侧脑室排列在一个核内的结构中，巢状尾外侧区尤为重要。外侧尾侧嵌套皮层位于背侧室嵴的末端，其功能与哺乳动物的前额叶皮层非常相似，几乎参与所有的认知过程。

更重要的是，这两个区域拥有大脑中最高密度的多巴胺能神经元，并与大脑中所有的接触区和前运动结构相连。与前额叶皮层的多巴胺能神经元类似，尾侧外侧嵌套皮层的神经元也可以根据需要呈现不同类别的感知信息（如长度和数字）、不同时间序列的刺激（前瞻性或回顾性），甚至可以编码执行功能（一系列抽象认知功能，如管理和控制注意力）和感觉意识。

因此，鸟类的外侧尾侧嵌套皮层具有类似于哺乳动物前额叶皮层的强大功能，这使它们能够协调和安排复杂的认知过程，并表现出“聪明”的行为能力。

4.鸟类有工作记忆吗？

工作记忆是指将信息存储在内存中进行实时处理的能力。拥有工作记忆是所有认知能力的核心，也是前额叶的重要功能。脑损伤、药理学和神经生理学等多项研究表明，鸟类的尾侧嵌套皮层也参与了鸟类的工作记忆。

例如，单细胞记录方法在尾侧嵌套皮层中观察到类似于哺乳动物前额叶皮层的“延迟活动”。延迟活动是指在施加外部刺激和后续动作之间的时间间隔内，前额叶皮层神经元保持活跃的现象【8】。

在鸟类中观察到的延迟活动意味着它们确实有工作记忆的基础，这是一种认知能力。在多个神经元活动叠加形成的局部场电位中，不仅观察到了单个神经元，还观察到了鸟类和哺乳动物相似的神经生理活动。这些证据表明，尽管缺乏像新皮层那样的分层结构，但鸟类的认知活动可以产生类似于哺乳动物的神经生理指纹。

对工作记忆的研究主要集中在单细胞和局部脑区，而对睡眠和梦的研究可以在全脑水平上提供关于鸟类认知能力的证据。在一项对鸽子进行快速眼动睡眠（一种与梦密切相关的睡眠状态）的实验中，研究人员使用功能磁共振成像扫描了鸽子的大脑活动。他们发现，与人类相似，鸽子的大脑在REM睡眠期间激活了边缘系统和运动前脑区域，以及视觉和多模态大脑皮层区域【9】。卫士2d火箭炮

尽管目前还无法根据这些大脑活动还原梦境的内容，但研究人员仍然怀疑鸽子可能会在飞行过程中梦见躲避障碍物。这些证据初步表明，鸟类的认知过程与广泛的神经网络活动密切相关，就像哺乳动物一样。

除了相似性之外，鸟类认知的神经生理学基础也与哺乳动物有很大不同。例如，睡眠研究表明，鸟类不会像哺乳动物那样在睡眠中激活海马体来巩固记忆。它们如何保持和检索长期记忆还有待进一步研究。

5.为什么鸟类如此聪明？

在这篇最新的观点文章《认知科学趋势》中，作者从“为什么鸟类如此聪明”这个问题出发，讨论了“智能大脑”的构成。那么，什么样的大脑能开发智慧呢？

首先，大脑越大越聪明。大脑中神经元的数量和类型以及它们相互连接的方式可能更重要。与哺乳动物不同的是，鸟类大脑中的皮质神经元和通讯神经元密度高、数量多，这使得鸟类能够在有限的大脑体积内发展智慧。

其次，哺乳动物特有的新皮层并不是智慧的必要前提。鸟类的背侧室嵴和哺乳动物的新皮层在进化、生理结构和信息处理路线上并不相同。然而，背侧室嵴与新皮层一样，负责信息处理，包括感知、运动和与大脑区域的交流，这使鸟类发展智慧成为可能。这表明新皮层只是开发智慧的“充分和非必要条件”。

第三，鸟类的尾侧嵌套皮层具有密集的多巴胺能神经元连接，几乎参与了所有的认知过程。外侧尾侧嵌套皮层在功能上与哺乳动物的前额叶皮层非常相似，负责整合信息、编码抽象认知和协调行动。因为它们在进化上不是来自同一个源头，这可能是趋同进化的结果。同时，这也表明一个类似于前额叶的“控制中心”对复杂认知能力的发展极其重要。

最后，对鸟类工作记忆和睡眠梦的研究表明，尽管缺乏相似的大脑结构，但鸟类认知的神经生理指纹与哺乳动物的非常相似。这表明在智慧生成过程中，神经元和神经网络之间的协作机制可能具有本质的、不可替代的共同点。

迄今为止，我们以鸟类为例，打破了“智慧只存在于哺乳动物中”的垄断观念，从神经元的数量和类型、大脑结构、大脑功能和神经生理活动等方面探讨了“智慧大脑”的更多可能性。当然，这些只是目前比较丰富的研究方向，还有其他“潜力股”等待人类研究和发现。

哺乳动物并不是地球上唯一的智慧生物，对鸟类大脑的研究将为我们带来不同的视角。在探究“为什么鸟类如此聪明”的同时，人类也在探索自己的智慧和边界，对生命的本质——或者说“生物”——提出问题和思考。

参考资料:

【1】迪克，u。罗斯，g .（2016年）。决定高智商的神经元因素。皇家学会哲学汇刊B:生物科学，371（1685），20150180。https://doi.org/10.1098/rstb.2015.0180

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【4】梅尔霍恩，j .，亨特，G. R .，格雷，R. D .，雷坎普尔，g .，m。o . güntur Kun（2010年）。制作工具新喀里多尼亚乌鸦有很大的联想脑区。大脑、行为和进化，75（1），63–70。https://doi.org/10.1159/000295151

【5】s .奥尔科维茨、m .科库雷克、卢安、R. K .波特斯、m .惠誉、W. T .、赫库兰诺-侯泽尔、s .、& ampNě mec，p .（2016年）。鸟类前脑中的神经元数量与灵长类动物相似。美国国家科学院院刊，113（26），7255–7260。https://doi.org/10.1073/pnas.1517131113

【6】güntürkün，o .，Pusch，r .，& ampRose，j .（2023年）。为什么鸟很聪明。认知科学趋势。https://doi.org/10.1016/j.tics.2023.11.002

【7】皮卡，s .，西玛，M. J .，布卢姆，C. R .，赫尔曼，e .，和amp蒙德里，r .（2020年）。渡鸦在身体和社会认知技能方面与类人猿相当。科学报告，第10卷第1期。https://doi.org/10.1038/s41598-020-77060-8

【8】斯里尼瓦桑m . d‘esposito（2019年）。延迟活动的内容、地点和方式。《自然评论神经科学》，20（8），466–481。https://doi.org/10.1038/s41583-019-0176-7

【9】温古雷亚恩、g .贝赫鲁齐、m .博格、l .赫卢伊、x .利布雷尔、p-a .金图尔肯、o .、& amp北卡罗来纳州拉滕堡（2023年）。鸟类快速眼动睡眠期间广泛的大脑激活和脑脊液流量减少。《自然通讯》，第14卷第1期，3259页。https://doi.org/10.1038/s41467-023-38669-1

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