为什么大脑要分左右两个半球？

有关回应 · 2021-5-22 23:38:11

此回答已被社区日报收录：长成一个球不就完了，为什么大脑要分成左右两半？
简单的说：两侧对称的身体导致脑分化成左右两半，大脑功能的偏侧化促进了这个趋势。
神经系统的主要作用是感受外在刺激、调节动物的运动，并协调整个有机体的活动，使动物有学习、记忆和复杂的行为。简单的说，就是感知外界环境、处理信息并对之做出反应，这个反应既可以是运动（比如，逃跑、眨眼睛），也可以是其他复杂的行为（比如，情绪、记忆）。
[h1]1、两侧对称的身体导致脑分化成左右两个半球[/h1]只要照照镜子，你就会明白为什么我们的大脑要分成左右两半了：因为我们感知外界环境的感觉器官（如眼睛、耳朵）和执行运动功能的手和脚都是左右对称分布的。有人可能会问，难道控制左右两边的身体，就一定需要将大脑分成两个半球吗？怎么感觉大脑其实长成一个完整的球也没什么关系啊？事实上，这事由不得我们。我们人类的大脑其实不是“造物主”为人类量身定制的，而是经过漫长的历史演化而来的。也就是说，我们的大脑其实是从祖先那里继承和改进而来的（详见：人类的大脑有哪些天生的设计缺陷？）。大脑分左右两个半球的特性也是祖先给我们的遗产之一。

图1.两侧对称动物比辐射对称动物高级（PS.海绵有时也会被归入辐射对称动物）
翻开动物的演化史，我们可以很清楚的看到，真后生动物（具有细胞组织的动物）身体的对称形式分为两种：辐射对称和两侧对称（图1）。辐射对称动物的外形为球形或桶形，身体多由两层胚层构成，中间有一中胶层。这类动物包括腔肠动物（如各种水母）和大部分的棘皮动物（如海星，有中胚层）等物种。两侧对称动物在体形上呈两侧对称，它们的身体由三层胚层发育而来，即拥有中胚层。三胚层是由两胚层演化而来的，故两侧对称动物比辐射对称动物高级。

图2. 真后生动物的神经系统演化。a.网状神经系统(水螅-腔肠动物)；b.分散的神经系统(海星-棘皮动物) c. 梯状神经系统(涡虫-扁形动物)；d. 链状神经系统(水蛭-环节动物)； e. 链状神经系统(昆虫-节肢动物)； f.石鳖（原始软体动物）的神经系统；g. 乌贼(高级软体动物)的神经系统；h蝾螈（脊椎动物）的神经系统。（详见：无脊椎动物神经系统的演化简史）
正是从大约5.5亿年前出现的扁形动物开始，动物的身体出现了两侧对称的体制（图2），这使得动物的身体有了明显的背腹、前后和左右之分。动物的运动从不定向趋向定向，神经系统和感觉器官也逐渐集中于身体前端。这些变化促进了动物头部化的产生，即发展成一个头部区域，这也使得动物对外界环境的反应更加迅速、准确。扁形动物开始出现原始的中枢神经系统，神经系统的前端是脑，由脑发出背、腹、侧三对神经索，在腹神经索直接有横神经相连，形似梯子，称为梯状神经系统。
对于比较低等的动物，它们没有很多类似于情绪、高级认知功能等复杂的行为，因此，他们的神经系统主要执行感知和运动的功能。而感知功能主要有脑负责，眼睛、触角等感觉器官的在身体两侧的分布极大的促进了脑的两侧化。而对于没有眼睛等感觉器官的水螅、水母和海星等动物，它们的身体并没有呈现双侧化，这也限制了它们神经系统的发育，因此都没有进化出脑结构（图1）。脑洞一下，如果地球上进化出了具备辐射对称身体的智能物种的话，那么他们的大脑应该不会只是分成两个半球，有可能会更多。

图3. 总鳍鱼（A）与原始两栖类（B）前肢骨的比较
演化的瓶颈效应对地球上物种的塑造的影响是巨大的。与大脑为什么会分成两个半球类似的一个现象是：为什么我们有5根手指，而不是4根或者6根。原因很可能是当初爬上岸，并成功进化成两栖动物的总鳍鱼类恰巧有五指型附肢（图3）。所以随后由两栖类进化出的所有物种，都带有五指前肢的特征。部分物种有所简化，出现了四指、蹄等等。但是仍然具有明显的相关特征。
[h1]2、功能的偏侧化促进了大脑半球的分化[/h1]虽然说大脑分成左右两个半球的根源是因为身体的两侧对称，但是发展到我们人类的大脑，还有一些其他的因素也助力于大脑两个半球的分化。
我们知道，生物体器官的结构和功能之间存在相互促进、协同进化的关系。对于大脑而言，虽然当初分成左右两个半球主要是由于感觉和运动器官的对侧分布造成的，但是随着进化的推进，分开的大脑半球在功能上也产生了一定的分工，出现了专门化或不对称的现象，这一现象就是大脑功能的偏侧化。

图4. 左右脑分工理论：左脑偏向理性思维，右脑偏向感性思维。
Roger Sperry通过著名的割裂脑实验，证实了大脑功能偏侧化的“左右脑分工理论”，进而获得了诺贝尔奖。需要强调的是，实际上左右脑功能的偏侧化并不像大部分媒体所宣传的那么明显（如图4），其实所有的认知功能的执行都是需要左右脑共同参与的。并且，大脑两半球也不是完全分离的，它们之间有胼胝体，起到连接彼此的作用。值得注意的是，由于在进化史上出现的比较晚，所以偏侧化较明显的一般都是非常高级的认知功能。其中，最具代表性的就是人类语言功能的偏侧化。简单的说，主管语言信息处理的布洛卡区（Broca's area）和用于理解单词意义的韦尼克区（Wernicke's area）在人类大脑的左半球半脑更发达（图5）。因此，左脑处理语言信息的能力显著强于右脑。

图5. 大脑左半球中处理语言信息的脑区更发达
正是由于大脑功能的偏侧化，导致原本就已经分开了的两个大脑半球更不可能再紧密的整合在一起了（重新长成一个球）。因此，大脑功能的偏侧化并不是导致大脑分成左右两个半球的原因，相反，它其实是大脑分成两个半球所导致的结果之一。当然，它反过来也促进了大脑两个半球的分化。

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有关回应 · 2021-5-22 23:38:12

这个问题很有趣。通常我们认为进化而来的器官形态是为了更好地实现其功能，所以对于“为什么”大脑会分左右半球，我倾向于从这种结构怎么利于功能实现这个角度来思考。不过以下所说也只是基于部分实验事实的思考罢了，对于这类问题，目前恐怕没人能给出肯定答案。

首先，像其它答案中所说的，大脑两半球之间有胼胝体，它的主要作用是让左右半球能够沟通。以前的研究发现，“裂脑人”（出于治疗癫痫等疾病的目的切除胼胝体）的左右半球就存在“交流”障碍。如果将一幅画呈现在他们的左视野（右脑加工该图片），他们可以用左手画出这幅图。但是因为语言中枢主要在左半球，则他们会很难用语言报告看到了什么。这是因为右脑“看到”的信息无法很好地传递到左脑负责语言的部门。由此可知胼胝体对于沟通两半球的重要性。

那么为什么我们的大脑不干脆长成一个球呢？这样不是能更好地沟通吗？我是从这个角度思考的：裂脑人比起普通人来说有什么认知加工上的优势？考虑到裂脑人可以算是极端的大脑分为两半球的例子，那么也许他们的优势能够提示我们大脑进化成这样的原因。以下简要描述两个研究，重点是，分隔开的两个半球一定程度上保留了独立进行知觉（及其它层次）加工的能力，可能也使其内部竞争没那么大（相对于只有一个大脑球来说）。

一，Luck和其同事在1994年进行了一项视觉搜索研究，被试们搜索唯一一个与其它图形不一样的东西。如下图，只有一个是上白下黑，其它都是上黑下白（虽然黑代表蓝，白代表红，不过为了方便我们就直接说黑和白了）。一种情况下，八个图形分别出现在左右两侧（上方图）。另一种情况下，八个图形都出现在同一侧（下方图）。研究者发现，当刺激出现在两侧时，被试从八个图形中找到目标的速度几乎是刺激出现在同侧时的两倍。但是普通被试却没有这种差异。这说明裂脑人被试在刺激出现在两侧时是同时搜索两边的。也就是说，他们的两个半球同时分别搜索四个，所以总共只用了搜索四个刺激的时间。而当刺激出现在同侧时，他们要按顺序搜索八个，所以用时也就增长了。

这个研究说明，裂脑人被试可以同时将注意分配给两个视野进行知觉加工，而普通被试只能将注意集中在一个地方。我想这可能说明我们分化出两个半球也是为了多少能同时加工不同的地方。虽然比起裂脑人被试，我们更难将注意分散，但是比起大脑是一个球的“人”来说，可能还是容易些。

二，Holtzman（1985）这个实验也是有些“一心二用”的意味。如下图，上面一行是被试需要记的东西（目标刺激），下面一行是探测刺激。被试的任务是记住目标刺激中“X”的运动轨迹，然后报告探测刺激中“X”的运动轨迹是否与目标刺激中的一样。当然，目标刺激先于探测刺激出现。在一种实验条件下，目标刺激的左右两侧是不同的，也就是说被试要同时记住两个不同的运动轨迹。研究者发现，裂脑人被试比普通被试记得更好。

直观来看这个结果是说，裂脑人被试的两个半球能同时记不同的东西。但为什么普通人不行呢？普通人不是也有两个半球吗？一个可能的原因是，能够交流的两个半球不只是会“合作”，也会“竞争”。当他们要记不同的东西的时候，他们之间的内部竞争反而阻碍了对刺激的记忆。而裂脑人因为两半球沟通不畅，反而不会产生这种竞争。由此看来，两个半球没有完全连成一个球也可能是为了保持必要的独立性。

再次声明，以上只是思考，不是结论。

有关回应 · 2021-5-22 23:38:13

其实，关于大脑左右半球的研究，在脑科学的探索中从未停止过，这些研究主要集中在左右半球的相同与不同之处上。按照科学的审美，对称是一件很美妙的事情，所有打破了对称性的存在，其实都会让我们一愣，然后情不自禁地研究下去。

大脑也是如此，虽然左脑右脑看起来是对称的，但是它们实际承载的功能，真的不能算是对称。我们之前讲过，左右脑之间有一个高速信息桥梁，不停地在给两边交换信息，所以平常人们很难搞清楚，在左边大脑发现的信息是否真的来源于左脑。

在这个方面，脑疾病的病人做出过特别巨大的贡献。因为研究发现，损伤在左脑和右脑对称部位、所造成的结果和症状，居然完全不一样。
比如，就是因为有这类病人作为研究参考，科学家们才发现，原来大脑重要的语言区在左半球。

还有一类病人，也对我们理解大脑做出了巨大贡献，他们就是「割裂脑」病人。所谓的割裂脑病人，就是他们的大脑左右半球之间的桥梁——胼胝体，被切断了。
最初，这个手术是为了防止癫痫病人，大脑一侧半球癫痫灶的异常放电，波及到另一侧的半球，从而引起严重痉挛。你可以想象，对于割裂脑病人来说，他们大脑的左右半球是完全被孤立起来的，互相之间也无法交换信息。虽然这些病人进行了割裂脑手术以后，日常生活貌似没有受到影响，但是，脑科学家们却从中发现了奥秘。
科学家们通过我们之前讲到的左右视野的方法，让外部刺激只呈现给一侧大脑，因为两侧大脑无法沟通，所以病人对刺激做出的反应，只可能是这一侧大脑加工的结果。通过这样的研究方法，大家发现，原来左右脑的功能真的有所不同。比如，当你把一张画有钥匙的图片，呈现给病人的左脑时，病人可以说出「钥匙」；而当你把这张图片呈现给病人的右脑时，他们说自己什么也没看见，然而左手却会从桌上的一堆物品中挑出一把钥匙。
借由脑科学家在割裂脑病人身上的发现，人们理解到大脑的一个很重要的特质，就是大脑的左右半球存在着功能不对称性，我们称之为「大脑功能的偏侧化」。
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有关回应 · 2021-5-22 23:38:14

个人见解。
第一，从发育来源上讲的话，大脑来自神经嵴，是两侧向中间隆起融合为一条的，类似于虾仁儿背部一条沟一样，所以成人脑子是分左右的。
第二，想象一下，进化的长河中有一个脑子的脊索动物（身体对称），但是单个脑子不能处理复杂的两侧感受器传来的信息，甚至分不清信息来源于左边还是右边以至于经常一脸懵逼或者走路顺拐（场面一度十分尴尬），所以要么像个傻子一样要么四肢不协调（长了个假脑子），于是就饿死的饿死被吃的被吃，淘汰掉了。
第三种理由，有些动物是没有脑子的，生命之初也是没有脑子的，直到神经元多了，复杂了也就有了一个复杂的集中的神经团来处理这些信息，而神经元大多是对称的，所以对应的神经团也就是脑子也就对称了。
end

有关回应 · 2021-5-22 23:38:15

所有有中央神经系统的（有脑子和脊椎的）动物，不论脑仁儿大小，都是两瓣儿的。

什么动物不是左右双核的呢？节肢动物。节肢动物有一个分为三部分的脑中枢，每只眼睛后面用于处理视觉信息的视叶很大，比如蚂蚁蜜蜂什么的，人家脑子三瓣儿呐~

照照镜子，包括人在内有双核大脑的动物，在形体上都是左右对称的。左右半脑交叉指挥身体的两边，因为我们的身体是对称的，所以总指挥也是对称的。

这里有朋友会说大脑明明是偏侧化的，左右半脑做的明明是不同的处理。右脑感性，左脑理性；右脑图像，左脑文字等等。我发现市面上这类型的书还特别好卖。可问题是，小baby的脑子，并不是一生下来就分区做这些事儿的，而且婴孩的脑子可塑性极强，有些因为不可药物医治必须切除半脑，手术做得早之后的人生也过得很好。

详情可以阅读下文：科學人雜誌 - 人有半個大腦就夠了嗎？

半脑切除或者切断胼胝体，都是为了治疗极端癫痫的；少了一边大脑或者两边大脑沟通不了，多少还是有些后遗症，比如neglect（忽略），语言和视觉能力，和指挥不了切除半脑对应的那边身体。

但是，越早做这类手术，恢复得越好，余下的那边半脑甚至可以做到一般人两瓣儿脑子能做的事；从这里也可以看出，双核还是质量保证。

为什么大脑要分左右两个半球？

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