《科学》杂志近日发表的一项研究为“为何人类能说话而多数动物不能”这一进化问题提供了新的神经生物学线索。由埃默里大学与佛罗里达新学院研究团队牵头的比较研究提出，海豹和海狮等鳍足类动物可能通过在大脑中形成一条绕过中脑的“旁路”，增强了对呼吸与发声肌肉的自主控制，从而获得更高的发声灵活性；研究人员同时认为，这种变化也有助于其适应水生环境。

研究比较了郊狼以及加州海狮、北象海豹和港湾海豹的脑部结构与连接路径。研究团队指出，这些海洋食肉动物在发声控制能力上存在差异，同时与犬科动物在进化上较为接近，因而具有对照意义。海豹被认为是少数具备较强发声可塑性的动物之一，能够模仿人类声音；海狮也表现出相对有限但较好的发声可塑性，但相关神经机制此前仍不清楚。

该研究由埃默里大学心理学教授格雷戈里·伯恩斯担任高级作者，前埃默里大学博士后、现佛罗里达新学院海洋哺乳动物科学副教授彼得·库克为第一作者。研究使用扩散磁共振成像（MRI）对动物尸体脑组织进行扫描，以追踪不同物种间的白质连接通路。研究团队表示，所用脑组织均来自在康复机构自然死亡或因伤势需要安乐死的野生动物。

研究结果显示，在郊狼大脑中，中脑区域与呼吸、吞咽及威胁反应等自动生存行为相关，并通过脑干中向发声肌肉发送信号的细胞群发挥控制作用。相比之下，在海狮、象海豹和港湾海豹等海洋哺乳动物中，发声运动皮层与控制发声肌肉的细胞群之间存在更直接的连接，通路绕过了中脑区域。

研究人员据此提出假设：多数动物之所以缺乏发声灵活性，可能与其难以摆脱对发声相关自动反应机制的控制有关。研究团队认为，海豹和海狮在进化过程中发展出更精细的呼吸与吞咽能力，从而在一定程度上“放松”了自动控制，使其能够在水下猎食和进食。研究中提到，海狮平均可在水下停留10至20分钟，部分海豹的最长潜水时间可达两小时。

在方法层面，研究团队解释称，常规MRI可提供大脑灰质结构信息，而扩散MRI可通过分子在组织中的运动信息描绘白质连接路径。该技术由合著者、牛津大学的卡拉·米勒开发，最初用于人类阿尔茨海默病研究。米勒表示，由于死后脑组织不会移动，且可长时间保持静止，研究人员能够获得高质量数据。此后，该技术也被用于部分灵长类与啮齿类动物研究。

研究团队进一步披露，伯恩斯此前推动扩散MRI用于更多动物样本，包括博物馆收藏的保存脑组织。他在2017年领导的研究曾成功绘制两只已灭绝袋狼（塔斯马尼亚虎）大脑的连接图谱，这些脑组织在福尔马林中保存超过100年。

在本次研究中，团队获得了四只加州海狮、四只港湾海豹和三只北象海豹的大脑样本，这些动物均为自然死亡或在加州兽医康复中心被安乐死；对照组为四只在美国农业部犹他设施被安乐死的郊狼。研究人员在掌握影像数据后，绘制了与发声控制和发声学习相关的神经回路，并在每个大脑中识别和划定了15个相关区域，以便进行个体与物种间比较。

研究最突出的发现之一是，鳍足类动物存在一条神经通路，可将发声相关区域与控制喉部的神经元更直接地连接起来，研究人员认为这可能支持其对发声肌肉的有意识控制。数据还显示，象海豹与港湾海豹具有更强的听觉—发声运动连接，而郊狼未呈现同等特征。

研究还报告了另一项可能与模仿能力相关的差异：在人类与鹦鹉中，丘脑（感觉运动中转站）与发声运动皮层之间存在特殊连接；在本研究样本中，港湾海豹在这些区域间表现出更强的连接强度。

研究团队表示，正基于上述发现推进对鲸、海豚和鼠海豚等另一类具备突出发声能力的海洋哺乳动物的大脑研究。库克在研究中称，几乎所有鸟类和哺乳动物都会用声音交流，但能学习并主动控制叫声的物种极少，这一现象仍是值得持续追问的科学问题。