讓人類比人猿有更複雜交際手腕的化學物質:多巴胺

■根據研究,較高的多巴胺(dopamine)與較少的乙醯膽鹼(acetylcholine),使人類更擅於合作、有較低的侵略性,促成人類有別於其他物種的演化關鍵。

圖片來源:pixabay.com

撰文|莊宇真 

●多巴胺對人類的重要性

人類屬於群居動物,具有與夥伴建立緊密關係的能力,能夠透過語言溝通,也可在擁擠的巴士上與陌生人進行簡短的對談(這個能力看似尋常,但以黑猩猩為例,恐怕多數是無法活著離開巴士的)。最近兩項相關的研究證據指出,人類之所以能具有如此獨特的社會智能,很可能是從大腦內的一種簡單化學物質 – 多巴胺(dopamine)開始的。

多巴胺過去被推測是影響人類語言及思考能力演化的關鍵神經傳導物質,主要因其與多種認知技能的調控有關;但與其他人類演化特徵(直立行走、大腦尺寸等)之間的關係,例如其先後發展順序、或是否有相互影響等,則不是那樣明確1

多巴胺屬於大腦神經傳導物質(neurotransmitter)的一種,由神經細胞分泌、藉以傳遞神經(電)訊號。多巴胺參與大腦內多項機制的調控,其中一個是在我們熟知的「報償系統」(reward system)中扮演重要角色,當多巴胺的濃度提高時,人會因此產生愉快、興奮等正向的感受,進而促使人重覆去從事會產生多巴胺的行為(例如:飲食、性行為、運動等),這個機制也與成癮有關2

另一個我們常見的機制是,多巴胺也參與中樞神經系統的運動控制,因此當多巴胺不足或失調時,可能引發帕金森氏症;或是更嚴重的如亨汀頓氏舞蹈症(Huntington Disease),因基因異常而導致多巴胺濃度過高與不足,使病人產生「舞蹈症」(chorea)的動作異常症狀3

●有關多巴胺影響人類演化的假說與研究

過去,神經解剖學家努力了數十年,希望能在「大腦尺寸」之外,找出人類與靈長類大腦的差異之處。因為根據1960年代美國的體質人類學家Ralph Holloway提出的假說,人類大腦尺寸約是在1.8百萬年前開始增長;然而,早在6至2百萬年前,當人類開始演化站立行走、使用工具、發展出較複雜的社會網絡時,大腦內的化學物質與神經網絡就已開始產生轉變。

當然,我們已經無法從這些頭骨化石裡重現當時大腦的化學物質。但科學家們想到另一個方法,或許可以從現在的人類與靈長類著手、進行比較,找出讓人類之所以開始有別於其他靈長類的的關鍵。

2017年11月,以美國耶魯大學神經科學所為首的研究團隊,針對人類、黑猩猩(Chimpanzee)、與獼猴(Macaca)大腦內16個區域的神經細胞進行基因轉錄組定序(transcriptome sequencing),發現負責多巴胺(dopamine)合成的基因,在人類的紋狀體(striatum)有十分豐富的表現,而在非人類的人猿裡則沒有這樣的情形4

2018年1月,曾參與上述研究的共同作者、美國俄亥俄州肯特州立大學人類學系的Mary Ann Raghanti博士,她是生物人類學家,她與她的同事進一步從大腦組織庫與動物園收集了來自6個物種、38個自然死亡個體的組織檢體,包括:人類、黑帽捲尾猴(Sapajus apella)、豚尾獼猴(Macaca nemestrina)、東非狒狒(Papio anubis)、大猩猩(Gorilla)、與黑猩猩(Chimpanzee5

Raghanti博士的研究團隊首先將大腦組織中的基底核(basal ganglia)進行切片。基底核位於充滿神經細胞的紋狀體,而紋狀體像是大腦中的情報交換中心,負責接收與傳遞來自不同區域的訊號如運動、學習、社會行為等。研究團隊接下來對組織進行染色,分析不同組織裡的多巴胺、血清素(serotonin)、與神經胜肽Y(neuropeptide Y)的含量;這些神經傳導物質,都是與人類對社交線索(social cues)的敏感度、與合作行為有關。

與其他靈長類相較之下,人類與其他人科(Hominidae, 包括大猩猩、黑猩猩、與紅毛猩猩)在基底核都有較高的血清素與神經胜肽Y;而與2017年研究結果一致的,人類確實有更高程度的多巴胺。同時,人類有較少的乙醯膽鹼(acetylcholine),這則是與支配性(dominant)及領域行為(territorial behavior)較相關的神經傳導物質。

Raghanti博士認為,正是合併了這兩者(較高的多巴胺、與較少的乙醯膽鹼),促成了人類有別於其他物種的關鍵。這篇研究的共同作者Owen Lovejoy因此提出了新的「關於人類起源的神經化學假說」,包括女性傾向選擇較外向、但不至於過度具侵略性的男性做為配偶,而較擅於與他人合作的男性則比較容易成為成功的獵人或藉此獲得獵物。隨著人類祖先越來越擅常合作,他們分享如何製作工具的知識,進而發展成語言,這些都是與多巴胺相關的正向循環。「合作是讓人上癮的。」Raghanti博士補充。

Lovejoy認為這些神經化學上的轉變,早在4.4百萬年前,也就是比知名的南方古猿「露西」再早一百多萬年時就已發生,居住於東非伊索比亞地區的地猿(Ardipithecus ramidus)。與黑猩猩可露出齜牙(犬齒)咧嘴的兇相相比,雄性地猿的犬齒較小。這意謂著,他們已可發展出「微笑」的表情,發出如同今日人類象徵合作的訊號。

●人類、多巴胺、與未來

德國慕尼黑大學的演化基因學家Wolfgang Enard認為,這兩項研究的重要性在於發現了靈長類大腦裡基因的不同表現,且將不同靈長類的神經化學物質進行量化與比較。然而,對於目前的科學發展而言,大腦裡的神經化學仍然是十分複雜的;光是多巴胺一種神經傳導物質,對於人類各種功能的影響、機轉、與相關疾病的治療等,都還在持續研究中。真要參透為何在天擇過程中,唯獨選擇讓人類有較多的多巴胺?或者,會不會這只是其他適應過程遺留下來的現象?以及,在當今人類群體中,多巴胺的高度表現,是否對個體仍存在有相同的優勢?這些都有賴我們進一步去探尋。

 

報導出處:Dopamine may have given humans our social edge over other apes

參考文獻:

  1. Sousa A.M.M., et al. (2017). Molecular and cellular reorganization of neural circuits in the human lineage. Science, 358(6366), 1027-32.
  2. Previc F.H. (1999). Dopamine and the Origins of Human Intelligence. Brain and Cognition, 41(3), 299-350.
  3. Schultz W. (2015). Neuronal Reward and Decision Signals: From Theories to Data. Physiol Rev., 95(3), 853-951.
  4. Chen J.Y., et al. (2013). Dopamine imbalance in Huntington's disease: a mechanism for the lack of behavioral flexibility. Front Neurosci., 7, 114.
  5. Raghanti M.A., et al. (2018). A neurochemical hypothesis for the origin of hominids. PNAS, published ahead of print January 22, 2018.

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作者:莊宇真,畢業於交通大學科技法律研究所,現任生物醫學倫理領域專任研究助理。人生最樂之事莫過於找到自己的志業,寫作之於我正是如此。為城邦部落格《健康知心》之格主,擔任國內《熟年誌》雜誌醫藥新知特約作者。知識是觸角,讓人掌握世界;健康是財富,讓人享受人生。

 

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