其他

手作讓人類更聰明

我們如何發展出其他動物所沒有的智能?史前人類在徒手製作石器時,對大腦產生的刺激是一大關鍵。利用先進的腦造影技術,觀察現代人製作石器時的大腦變化,已經找到演化線索!

撰文/史陶特(Dietrich Stout)
翻譯/謝伯讓

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手作讓人類更聰明

我們如何發展出其他動物所沒有的智能?史前人類在徒手製作石器時,對大腦產生的刺激是一大關鍵。利用先進的腦造影技術,觀察現代人製作石器時的大腦變化,已經找到演化線索!

撰文/史陶特(Dietrich Stout)
翻譯/謝伯讓


重點提要
■再現史前人類的技藝,是回答人類演化問題的方法之一,特別是語言和文化發展。
■透過腦造影這種高科技儀器,我們可以觀察哪些腦區在人們敲製石斧時會變得活躍。
■考古學家與神經科學家的跨領域合作,已經讓一個先前的想法死灰復燃:製作工具的行為是驅動人類演化的關鍵。
■事實上,教導並學習石器時代的工具製作,對我們的祖先可能是一項嚴峻的挑戰,甚至刺激了人類語言的演化。


我現在還保留著第一次自己做的石斧,這把不算精緻的石斧,是我在英格蘭的西薩西克斯郡一塊農地上散步時,從一塊撿到的霜裂燧石上粗魯地敲出來的。人類的祖先海德堡人(Homo Heidelbergenisis)如果看到這把石斧,一定會嗤之以鼻,這些智人表親50萬年前在附近的巴克斯谷考古遺址中所留下的手斧,遠比我這把要精緻許多。


無論如何,我很努力才製作出這把簡單的切割工具,而且我也因此自豪。不過,重點並不在於我正在培養一項新嗜好,而是這項嗜好將可以幫助我們回答一些問題:人類演化以及人類特有語言文化是如何發生的。


我們並不是第一個想要透過再現史前人類技能來了解人類起源的人,考古學家在數十年前就嘗試過了。不過,在過去15年中,我們已經為這種方法找到了許多令人興奮的新方向。


考古學家和神經科學家正合作利用腦造影儀器,觀察現代人在耐心敲製手斧時的大腦反應。透過這種方式,我們希望找出是哪一個腦區在演化過程中,幫助舊石器時代人類從一塊不規則的石頭中敲鑿出精緻刀斧。


考古學家與神經科學家的合作成果,讓一個曾經被遺棄的想法死灰復燃:製作工具是人類演化的重要驅力之一。英國的人類學家奧克利(Kenneth Oakley)在他70年前那本影響力十足的《人類:工具製作者》一書中就曾經表示,工具製作是人類的「主要生物特徵」,它驅動著人類「心智與身體協調能力」的演化。


只不過,當行為科學家發現許多非人物種(例如猿類、烏鴉、海豚和章魚)也會使用工具或甚至製造工具後,上述的想法就不再受到重視。1960年,人類學家李奇(Louis Leakey)針對珍古德(Jane Goodall)首次發現黑猩猩會使用工具的研究報告做出了有名的回應:「現在我們必須重新定義工具、重新定義人類,或者接受黑猩猩也是人類。」對很多科學家來說,複雜的社會關係取代了工具製作,成為靈長類大腦演化的主因。在1980和1990年代,十分具有影響力的「馬基維利智能假說」與「社會腦假說」認為,靈長類所面臨的最大心智挑戰,並不是來自於體質環境上的精進,而是必須比自己的同類更聰明。這些假說可從一些觀察得到經驗證據,例如群體數量較多的靈長類往往擁有較大的腦。


但是包括我們在內的一些近期研究發現,「人類乃工具製作者」的想法並非澈底失敗(不過奧克利的語彙確實已經過時了)。即使製作工具的能力未必是人類獨有,但仍可以在演化中扮演重要角色。真正的關鍵在於我們製作了哪些工具,以及我們如何學會製作它們。在靈長類中,人類彼此相互學習的能力確實出類拔萃:我們特別擅長模仿其他人的行為。模仿的能力是學習複雜技藝的先決條件,而且是人類文化得以不斷累積知識,但其他猿類卻無法辦到的根本原因。因此,現在要放棄「遠古石器也許能提供人類認知演化的重要資訊」這個想法還算太早。教導和學習日益複雜的工具製作方法,甚至有可能是遠古人類祖先所面臨的一項艱鉅挑戰,並因此刺激了人類語言的演化。事實上,許多神經科學家現在都相信,語言與手部技巧仰賴著某些相同的大腦結構。


為了測試這些想法,我們必須仔細分析古代工具的製作方式,並且把它們和相關腦區的演化過程進行比較。在研究這些問題時,最直接面臨的難題就在於大腦和行為都不會留下化石記錄。由於證據不足,我們只能在實驗室中模擬數百萬年前的人類代代相傳的技藝。也因此,我們團隊已經花了好幾年的時間,試圖模仿舊石器時代工具製作者的技藝。


觀察手作時的大腦活動


教導學生製作石器,並不是我們在研究史前工藝時面臨的唯一技術挑戰。標準的腦造影過程,並不適合檢視製作石器時的大腦反應。如果你曾經接受過MRI,你應該會記得被告知在機器裡不能動,因為會壞了影像。很不幸地,在寬度只有60公分的MRI設備空間裡,是沒辦法從事打製活動的,打盹兒倒是很容易。


在早期的實驗中,我們改用另一種稱為氟化去氧葡萄糖正子斷層掃描(FDG-PET)的技術來解決上述問題。我們從受試者的下肢靜脈注射放射性標記分子(這是一個有點痛苦的過程),然後讓他們自由打製石塊來做成石斧或石刀,此時活躍的腦區就會在代謝時吸收這些追蹤劑。受試者完成工作後,我們掃描受試者的大腦,看看哪些腦區累積了這些化學物質。


透過這項技術,我開始研究兩種石器時代的工藝:奧都萬(Oldowan)和阿歇爾晚期(Late Acheulean)文化。這兩種文化出現在舊石器時代早期的開始和結束,大約是260萬~20萬年前,剛好就是人族(人類與滅絕的祖先)大腦擴增三倍的時期。我們想在實驗室探索的問題,就是這些工藝是否需要特別的腦力,並因此在幾百萬年的天擇過程中使大腦變大。


學習過程促進演化


我大概練習了300小時,才大致學會了阿歇爾晚期巴克斯谷地區工具製作者的類似技術。如果我有老師,或者能參加工具製作團體,學習過程應該可以再快一些。儘管打製研究的實驗已有數十年歷史,但目前仍然沒有任何關於學習過程的系統化研究。2008年,英國艾克斯特大學的考古學教授布萊德雷(Bruce Bradley)以及一位進行打製實驗的研究者一起邀請我,希望能運用我的知識來填補這道鴻溝。布萊德雷計畫訓練出英國學術界下一個世代的打製研究者,他認為我應該會想要順便蒐集一些神經影像,以便研究此學習過程。沒錯,我的確想要這麼做。


我想嘗試「擴散張量造影」(DTI)這種新技術,這種MRI方式可找出大腦白質纖維(也就是腦中的電纜線)的位置。2004年,時任德國雷根斯堡大學的德萊根斯基(Bogdan Draganski)透過DTI發現,學習拋球雜耍的受試者大腦出現了結構性的變化,這項發現挑戰了「成人大腦結構相對上已經定型」的傳統觀點。


我們懷疑,學習打製石器也會導致某種程度的神經重新連結。若真如此,我們就想知道哪些神經網路會改變。如果我們的想法正確,我們會希望知道製作工具是否能夠造成小規模的大腦結構變化,就像人類當初在演化過程中,大腦出現改變一樣。


結果十分確切,大腦確實會改變:我們在PET和MRI中發現,練習打製石器會讓額葉和頂葉區之間的白質纖維增加,包括前額葉的右下額葉回,那是負責認知操控的關鍵區域。大腦改變的程度可以透過受試者練習的時數來進行預測,練習越多,白質變化就越大。


大腦變化(神經科學家稱為「可塑性」)是一種表型調節,可提供演化變遷的原始資料。可塑性讓物種擁有嘗試新行為的彈性,讓自己的適應性有機會可以「突破限制」,如果恰好找到了新的技巧,就會成為牠們的行為之一,演化競賽就會跟著啟動:天擇會偏好那些在變異後能更輕鬆、更有效或更確實的學習者。因此,我們的研究結果提供了重要的證據,支持了「技藝人」假說。製作工具確實可能透過已知的演化機制來驅動大腦產生變化。


複雜工藝需要更多腦力


腦造影的結果發現,當製作的工具越來越精緻時,有更多的腦區會變得更活躍。從造影結果可看出受試者在模仿製作簡單的奧都萬工具(距今260萬~160萬年前)與阿歇爾手斧(距今160萬~20萬年前)時的差異。藍色圓點是在製作奧都萬與阿歇爾工具時都有反應的腦區,紅色圓點是只有在製作阿歇爾手斧時才會活躍的腦區。