長成一個球不就完了，為什麼大腦要分成左右兩半？

為什麼大腦要分左右兩個半球？

東華君，神經科學博士生 / 前額葉 / 腦高級功能

簡單的說：兩側對稱的身體導致腦分化成左右兩半，大腦功能的偏側化促進了這個趨勢。

神經系統的主要作用是感受外在刺激、調節動物的運動，並協調整個有機體的活動，使動物有學習、記憶和複雜的行為。簡單的說，就是感知外界環境、處理信息並對之做出反應，這個反應既可以是運動（比如，逃跑、眨眼睛），也可以是其他複雜的行為（比如，情緒、記憶）。

1、兩側對稱的身體導致腦分化成左右兩個半球

只要照照鏡子，你就會明白為什麼我們的大腦要分成左右兩半了：因為我們感知外界環境的感覺器官（如眼睛、耳朵）和執行運動功能的手和腳都是左右對稱分布的。有人可能會問，難道控制左右兩邊的身體，就一定需要將大腦分成兩個半球嗎？怎麼感覺大腦其實長成一個完整的球也沒什麼關係啊？事實上，這事由不得我們。我們人類的大腦其實不是「造物主」為人類量身定製的，而是經過漫長的歷史演化而來的。也就是說，我們的大腦其實是從祖先那裡繼承和改進而來的（詳見：人類的大腦有哪些天生的設計缺陷？）。大腦分左右兩個半球的特性也是祖先給我們的遺產之一。

圖 1.兩側對稱動物比輻射對稱動物高級（PS. 海綿有時也會被歸入輻射對稱動物）

翻開動物的演化史，我們可以很清楚的看到，真後生動物（具有細胞組織的動物）身體的對稱形式分為兩種：輻射對稱和兩側對稱（圖 1）。輻射對稱動物的外形為球形或桶形，身體多由兩層胚層構成，中間有一中膠層。這類動物包括腔腸動物（如各種水母）和大部分的棘皮動物（如海星，有中胚層）等物種。兩側對稱動物在體形上呈兩側對稱，它們的身體由三層胚層發育而來，即擁有中胚層。三胚層是由兩胚層演化而來的，故兩側對稱動物比輻射對稱動物高級。

圖 2. 真後生動物的神經系統演化。a.網狀神經系統（水螅 - 腔腸動物）；b.分散的神經系統（海星 - 棘皮動物） c. 梯狀神經系統（渦蟲 - 扁形動物）；d. 鏈狀神經系統（水蛭 - 環節動物）； e. 鏈狀神經系統（昆蟲 - 節肢動物）； f.石鱉（原始軟體動物）的神經系統；g. 烏賊（高級軟體動物）的神經系統；h 蠑螈（脊椎動物）的神經系統。（詳見：無脊椎動物神經系統的演化簡史）

正是從大約 5.5 億年前出現的扁形動物開始，動物的身體出現了兩側對稱的體制（圖 2），這使得動物的身體有了明顯的背腹、前後和左右之分。動物的運動從不定向趨向定向，神經系統和感覺器官也逐漸集中於身體前端。這些變化促進了動物頭部化的產生，即發展成一個頭部區域，這也使得動物對外界環境的反應更加迅速、準確。扁形動物開始出現原始的中樞神經系統，神經系統的前端是腦，由腦發出背、腹、側三對神經索，在腹神經索直接有橫神經相連，形似梯子，稱為梯狀神經系統。

對於比較低等的動物，它們沒有很多類似於情緒、高級認知功能等複雜的行為，因此，他們的神經系統主要執行感知和運動的功能。而感知功能主要有腦負責，眼睛、觸角等感覺器官的在身體兩側的分布極大的促進了腦的兩側化。而對於沒有眼睛等感覺器官的水螅、水母和海星等動物，它們的身體並沒有呈現雙側化，這也限制了它們神經系統的發育，因此都沒有進化出腦結構（圖 1）。腦洞一下，如果地球上進化出了具備輻射對稱身體的智能物種的話，那麼他們的大腦應該不會只是分成兩個半球，有可能會更多。

圖 3. 總鰭魚（A）與原始兩棲類（B）前肢骨的比較

演化的瓶頸效應對地球上物種的塑造的影響是巨大的。與大腦為什麼會分成兩個半球類似的一個現象是：為什麼我們有 5 根手指，而不是 4 根或者 6 根。原因很可能是當初爬上岸，並成功進化成兩棲動物的總鰭魚類恰巧有五指型附肢（圖 3）。所以隨後由兩棲類進化出的所有物種，都帶有五指前肢的特徵。部分物種有所簡化，出現了四指、蹄等等。但是仍然具有明顯的相關特徵。

2、功能的偏側化促進了大腦半球的分化

雖然說大腦分成左右兩個半球的根源是因為身體的兩側對稱，但是發展到我們人類的大腦，還有一些其他的因素也助力於大腦兩個半球的分化。

我們知道，生物體器官的結構和功能之間存在相互促進、協同進化的關係。對於大腦而言，雖然當初分成左右兩個半球主要是由於感覺和運動器官的對側分布造成的，但是隨著進化的推進，分開的大腦半球在功能上也產生了一定的分工，出現了專門化或不對稱的現象，這一現象就是大腦功能的偏側化。

圖 4. 左右腦分工理論：左腦偏向理性思維，右腦偏向感性思維。

Roger Sperry 通過著名的割裂腦實驗，證實了大腦功能偏側化的「左右腦分工理論」，進而獲得了諾貝爾獎。需要強調的是，實際上左右腦功能的偏側化並不像大部分媒體所宣傳的那麼明顯（如圖 4），其實所有的認知功能的執行都是需要左右腦共同參與的。並且，大腦兩半球也不是完全分離的，它們之間有胼胝體，起到連接彼此的作用。值得注意的是，由於在進化史上出現的比較晚，所以偏側化較明顯的一般都是非常高級的認知功能。其中，最具代表性的就是人類語言功能的偏側化。簡單的說，主管語言信息處理的布洛卡區（Broca"s area）和用於理解單詞意義的韋尼克區（Wernicke"s area）在人類大腦的左半球半腦更發達（圖 5）。因此，左腦處理語言信息的能力顯著強於右腦。

圖 5. 大腦左半球中處理語言信息的腦區更發達

正是由於大腦功能的偏側化，導致原本就已經分開了的兩個大腦半球更不可能再緊密的整合在一起了（重新長成一個球）。因此，大腦功能的偏側化並不是導致大腦分成左右兩個半球的原因，相反，它其實是大腦分成兩個半球所導致的結果之一。當然，它反過來也促進了大腦兩個半球的分化。