頭骨掌握著情報的線索。（從左向右順時針：古猿、猩猩、大猩猩、黑猩猩）。圖片：Roger Seymour

人類智慧如何演變？人類學家數十年來一直通過研究考古挖掘中發現的工、使用火等證據以及從化石頭骨測得的大腦大小變化來研究這個問題。

但是，南非威特沃特斯蘭德大學（University of the Witwatersrand）進化研究所（Evolutionary Studies Institute）的研究人員，找到了一種估算我們祖先智力的新方法。

通過研究化石頭骨，研究人員確定了需要多少血液和多少能量才能維持古代人類的大腦運轉。這種能源消耗使我們可以衡量他們的有多大能力。

研究人員發現流向大腦的血流速度可能比大腦大小更好地表示認知能力。

大腦就像一臺超級計算機

研究人員通常認為人類祖先（hominins）的智力會隨著大腦的增大而增加。

這不是一個不合理的假設。對於靈長類動物而言，大腦中神經細胞的數量幾乎與大腦的體積成正比。其他有關哺乳動物的研究總體上表明，大腦的新陳代謝速度（需要多少能量才能運轉）幾乎與大腦的大小成正比。

大腦中的資訊處理涉及神經細胞（神經元）及其之間的連線（突觸）。突觸是資訊處理的場所，就像計算機的電晶體開關一樣。

人腦包含超過800億個神經元和多達1000萬億個突觸。儘管它僅佔人體的2％，但大腦卻消耗著靜息時所需能量的約20％。

突觸使用大約70％的能量來產生在神經元之間傳遞資訊的神經化學物質。

為了了解我們祖先的大腦消耗了多少能量，研究人員集中研究了流向大腦的血液流量。由於血液向大腦提供必需的氧氣，因此它與突觸能量的使用密切相關。

人腦每秒需要大約10毫升血液。無論一個人醒著、睡著、鍛鍊或解決棘手的數學問題，這種變化都很少。

在這方面，我們可以將大腦視為一臺耗能巨大的超級計算機。一臺計算機的容量越大，保持執行所需的功率就越大，並且其供電電纜也需要越大。大腦也是如此：認知功能越高，新陳代謝率越高，血流量就越大，供應血液的動脈就越大。

從頭骨測量動脈大小

流向大腦認知部分（大腦）的血流通過兩個頸內動脈。這些動脈的大小與通過它們的血流速度有關。

正如管道工會安裝較粗的水管以適應較大建築物的較高流量一樣，迴圈系統也會調整血管的大小以匹配其中的血流速度。流速與器官需要多少氧氣有關。

研究人員最初從50項涉及哺乳動物超聲或磁共振成像的研究中建立了血流速度與動脈大小之間的關係。頸內動脈的大小可以通過測量允許其穿過顱底的孔的大小來找到。

接下來，研究人員測量了96只現代大猿猴的頭骨上的這些孔，包括黑猩猩、猩猩、大猩猩。他們將頭骨與大約300萬年前的南方古猿人的頭骨進行了比較。

黑猩猩和猩猩的大腦容量大約為350毫升，而大猩猩和古猿則更大，為500毫升。傳統觀點認為古猿應該至少和其他的動物一樣聰明。

然而，研究表明，古猿大腦的血液流量只有黑猩猩或猩猩的三分之二，大猩猩的血液流量的一半。

人類學家經常在智力方面將古猿放在人類和猿之間，但是新研究認為這可能是錯誤的。

人類大腦進化的獨特軌跡

在人類和許多其他靈長類動物中，頸內動脈的血流速度似乎與大腦的大小成正比。這意味著，如果大腦的大小加倍，那麼血流速度也會加倍。

這是出乎意料的，因為大多數器官的代謝率隨著器官的大小而增加得更慢。在哺乳動物中，器官尺寸加倍通常只會將其代謝率提高約1.7倍。

這表明靈長類動物大腦的代謝強度（每克腦物質每秒消耗的能量）隨大腦大小的增加而比預期更快。對於人類而言，其增加甚至比其他靈長類動物更多。

在440萬年前的智人（Homo sapiens）和上古猿（Ardipithecus）相比，大腦幾乎變大了五倍，但血液流速卻增長了九倍以上。這表明每克腦物質消耗的能量幾乎是原來的兩倍，這顯然是由於突觸活動和資訊處理能力更高。

在所有靈長類動物譜系中，血液流向大腦的速率隨時間增加。但是在人類血統中，它的增長比其它靈長類動物快得多。這種加速與工具的開發、火的使用以及毫無疑問的小組內部的交流並駕齊驅。