人類作為萬物之靈，在認知領域是無與倫比的，超強的認知能力(cognitive ability)讓人類脫離了動物的範疇，認識自然、改造自然，人類才能屹立於食物鏈的頂端，建立起偉大的文明。

認知能力是指人腦加工、存儲和提取信息的能力，知覺、記憶、思維和想象的能力都被認為是認知能力的一部分。然而，對於人腦是如何加工處理信息而認知事物這個問題，一直沒有明確的答案。

英國劍橋大學的研究人員在神經科學領域頂級期刊 Nature Neuroscience 上發表了題為：A synergistic core for human brain evolution and cognition 的研究論文。

該研究使用了來自不同物種和多個神經科學學科的證據，表明大腦中不隻有一種信息處理類型。人類和其他靈長類動物處理信息的方式也不同，這也許可以解釋為什麼我們人類的認知能力如此卓越。

“冗餘”信息處理

目前的理論模型將大腦描述為一個“分布式信息處理係統”。這意味著它有不同的組成部分，它們通過大腦的線路緊密地連接在一起。為了相互作用，區域通過輸入和輸出信號係統交換信息。然而，這隻是更複雜的圖景中的一小部分。

在這項最新的腦科學研究中，研究團隊從信息理論的數學框架中借用了一些概念來跟蹤大腦處理信息的方式。研究人員發現，不同的大腦區域實際上使用不同的策略來相互作用。

協同網絡和冗餘網絡表現出不同的解剖學和認知特征

一些大腦區域以一種非常刻板的方式與其他區域交換信息，這確保了信號以可複製和可靠的方式傳播。這種情況適用於專門負責感覺和運動功能(如處理聲音、視覺和運動信息)的大腦區域。

以眼睛為例，它將信號發送到大腦後部進行處理，而發送的大部分信息都是重複的，由每隻眼睛提供。換句話說，這些信息至少有一半是不必要的，所以研究人員把這種輸入-輸出信息處理稱為“冗餘”。

事實上，這種“冗餘”對個體生存是有利的，例如一隻眼睛不幸瞎掉後，我們仍然可以用一隻眼睛看。也正由於這種能力對生存至關重要，以至於這些大腦區域之間的連接在大腦中是解剖學上固定的，就像電話座機。

“協同”信息處理

但值得注意的是，並不是所有由眼睛提供的信息都是多餘的——結合來自兩隻眼睛的信息最終使大腦能夠辨別物體之間的深度和距離，這也是我們觀看3D電影的基礎。這表明，除了“冗餘”之外，大腦還存在一種完全不同的信息處理方式，可以將來自不同大腦網絡的複雜信號整合到一起。研究人員稱之為“協同”信息處理。

協同處理在支持廣泛的、更複雜的認知功能的大腦區域中最普遍，如注意力、學習、工作記憶、社會和數字認知。它不是固定的，因為它可以根據我們的經曆而改變，以不同的方式連接不同的網絡。

協同主導和冗餘主導區域的不同的細胞結構和靜息狀態網絡輪廓

這些協同作用發生的區域主要在大腦皮層的前部和中部(大腦的外層)，整合了來自整個大腦的不同信息來源。因此，與處理主要感覺和運動相關信息的區域相比，它們與大腦其他部分的連接更廣泛、更有效，而支持信息整合的高協同區域通常也有很多突觸，這些微小的連接使神經細胞能夠相互交流。

是協同作用讓我們與眾不同嗎?

基於此，研究人員提出了一個疑問：這種通過大腦複雜網絡積累和構建信息的能力，在人類和其他靈長類動物之間是否有所不同?是不是賦予人類卓越認知能力的基石?

為了找到答案，研究團隊對不同物種進行了大腦成像和基因分析。他們發現，協同作用在人類大腦中占總信息流的比例高於獼猴大腦。相比之下，兩種物種的大腦對冗餘信息的依賴程度是相同的。

不僅如此，研究人員還專門研究了前額皮質，這是大腦前部的一個區域，支持更高級的認知功能。在獼猴中，冗餘信息處理在這一區域更為普遍，而在人類中，這是一個協同信息處理的重要區域。

人類大腦的進化有利於高協同作用

隨著進化，動物的前額葉皮層也經曆了顯著的擴張。當研究人員檢查黑猩猩大腦的數據時，他們發現在進化過程中，人類大腦的一個區域相對於黑猩猩的對應區域的大小擴張得越多，這個區域就越依賴協同作用。

此外，研究團隊還研究了人類捐贈者的基因分析。結果表明，與協同信息處理相關的大腦區域更有可能表達人類特有的、與大腦發育和功能(如智力)相關的基因。

結語

總而言之，這項研究將不同大腦區域之間的信息處理方式劃分為“冗餘”和“協同”。結合不同物種的大腦成像和基因分析數據，研究人員推斷，協同信息處理對認知能力至關重要——與非人靈長類動物相比，人類大腦利用協同信息的程度更高。

換而言之，在進化過程中，人類大腦發生了擴張，而這種擴張主要用於增強大腦的協同信息處理能力。由此推測，更大的協同優勢可能在一定程度上解釋了人類卓越的認知能力!更重要的是，協同作用可能會為人類大腦進化之謎增添一塊重要的、之前缺失的拚圖，並為廣泛的神經科學問題提供關鍵的新見解，從一般認知到障礙。