《Nature Communications》：Long arcuate fascicle in wild and captive chimpanzees as a potential structural precursor of the language network
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語言神經網絡的演化機制尚不明確，為探究人類弓狀束（AF）特異性，研究人員利用高分辨率擴散 MRI 分析 20 例黑猩猩（野生與圈養）及 20 例人類大腦。發現黑猩猩存在 AF 與中顳回（MTG）的連接但弱于人類，挑戰了 AF 形態人類特異性的觀點，為語言演化研究提供新視角。
語言是人類區別于其他物種的重要特征之一，但其神經基礎的演化過程卻一直籠罩在神秘的面紗之下。在人類大腦中，弓狀束（arcuate fascicle，AF）被認為是連接語言相關區域的主要纖維束，它連接著額葉和顳葉的語言區域，尤其是上顳回（superior temporal gyrus，STG）和中顳回（middle temporal gyrus，MTG）。其中，AF 與 MTG 的強連接被認為是人類特有的，這一觀點也深刻影響了語言演化的理論。然而，這一傳統認知是否準確？其他靈長類動物是否真的完全不具備類似的神經結構？這些問題一直困擾著科學界，也成為了推動此項研究的關鍵動力。
為了揭開這些謎團，德國馬克斯?普朗克人類認知與腦科學研究所（Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences）等機構的研究人員開展了一項具有突破性的研究。他們的研究成果發表在國際頂級期刊《Nature Communications》上，為我們理解語言神經網絡的演化提供了全新的視角。
研究人員采用了高分辨率擴散磁共振成像（diffusion MRI）技術，對 20 例黑猩猩（包括野生和圈養個體，共 39 個半球）和 20 例健康人類參與者的大腦進行了詳細分析。黑猩猩大腦樣本來自非洲野生動物實地考察點、保護區和歐洲動物園，均為自然死亡或因不可避免原因死亡的個體，確保了樣本的自然性和代表性。
研究結果
確定性纖維束成像（Deterministic tractography）
通過在彩色編碼圖像上視覺識別 AF 白質結構，研究人員在個體空間中對全腦纖維束進行虛擬解剖。以額下回和中顳回區域作為種子區域，并在腹側腦島設置排除掩碼。結果顯示，黑猩猩的顳葉連接存在高度變異性。值得注意的是，使用這種解剖技術，在 39 個半球中的 9 個（左半球 20 個中有 5 個，右半球 19 個中有 4 個，共 20 個個體中的 8 個）發現了與 MTG 的連接。
定量概率纖維束成像（Quantitative probabilistic tractography）
為了與以往研究進行直接比較，研究人員使用標準化黑猩猩模板（JUNA）和 FSL 軟件進行了觀察者獨立的概率纖維束成像。解剖學定義的顳葉感興趣區（ROI）來自 DAVI130 圖譜，并對后邊界進行了調整。結果令人驚訝：使用概率纖維束成像，在所有 20 只黑猩猩中都檢測到了直接的 AF-MTG 連接。在 2 個個體的半球中，概率纖維束成像未能以足夠的穩健性檢測到 AF-MTG 連接，這些受試者被排除在定量偏側化分析之外。為了用更保守的方法進行驗證，研究人員還使用相同的 ROI 進行了系統的確定性纖維束成像，結果顯示出與系統概率纖維束成像相同的連接模式。
人類與黑猩猩連接強度的比較（Comparison of connectivity strength between humans and chimpanzees）
通過貝葉斯線性混合模型比較黑猩猩和人類 AF-STG 與 AF-MTG 連接的強度和偏側化。在黑猩猩中，AF-STG 連接明顯強于 AF-MTG 連接（左半球中位數連接強度為 14.3 倍，右半球為 45.3 倍）。而在人類中，情況則相反，AF-MTG 連接強于 AF-STG 連接（左半球中位數連接強度為 6.32 倍，右半球為 2.5 倍）。
個體水平的半球特化（Individual-level hemispheric specialisation）
研究人員計算了左右半球的不對稱商（Asymmetry Quotient，AQ），以分類個體的偏側化情況。在黑猩猩中，所有個體的 AF-MTG 連接都存在偏側化，除了一個個體外，其他個體的 AF-STG 連接也存在偏側化。AF-STG 在 19 個個體中有 10 個左偏側化，8 個右偏側化；AF-MTG 在 17 個個體中有 11 個左偏側化，6 個右偏側化。相比之下，20 名人類參與者中，15 人 AF-STG 左偏側化，19 人 AF-MTG 左偏側化。
群體水平的半球特化（Group-level hemispheric specialisation）
在群體水平上，黑猩猩左 AF-STG 連接比右強 35%，左 AF-MTG 連接比右強 4.3 倍。人類左 AF-STG 連接比右強 26%，左 AF-MTG 連接比右強 3.18 倍。統計模型證實了人類已知的整體強左偏側化（99.3% 后驗支持），并支持 AF-MTG 在人類和黑猩猩中比 AF-STG 更偏側化（93.6% 后驗支持）。
野生與圈養比較（Wild versus zoo comparisons）
盡管樣本量較小，無法進行統計學檢驗，但值得注意的是，圈養黑猩猩的 AF-MTG 通路偏側化可能與生活環境有關。9 只圈養黑猩猩中有 8 只表現出該連接的左偏側化，而野生個體則表現出更多樣化的模式（2 個左偏側化，4 個右偏側化）。
研究結論與討論
這項研究通過高分辨率的腦掃描數據，首次在野生和圈養黑猩猩中發現了直接的、偏側化的 AF-MTG 連接。雖然這種連接的強度遠低于人類的 AF-MTG 連接，但這一發現徹底挑戰了傳統觀點中 AF 形態為人類特有的認知。研究結果表明，人類特有的 AF 形態可能是通過加強大腦中已存在的連接而演化而來，而非全新產生。這種支持復雜交流的神經結構很可能在 700 萬年前人類和黑猩猩的最后共同祖先中就已經存在，為人類譜系中語言過程的演化奠定了基礎。
此外，研究還發現黑猩猩 AF-MTG 連接的偏側化可能受到生活環境的影響，圈養個體的左偏側化比例更高，這提示了大腦可塑性在神經結構形成中的潛在作用。盡管黑猩猩 AF-MTG 連接的行為相關性尚不清楚，但其與前額葉皮層（包括布羅卡區的同源區域）的連接，可能為黑猩猩的復雜交流（如目標導向的發聲和手勢）提供了神經基礎，這些交流行為被認為是語法和語義的潛在前體。
這項研究不僅填補了語言演化神經機制研究的重要空白，還為理解人類語言的起源提供了關鍵的演化證據。它揭示了語言相關的神經特化可能是一個漸進的演化過程，而非突然的飛躍，這對于我們重新認識人類與其他靈長類動物的神經聯系具有深遠意義。
