鳥腦大揭秘：鳥類智力研究的數位革命

研究人員研發出一種研究鳥腦的方法，透過鳥類骨骼中空的顱腔製作出數位化的腦內模。運用此技術，他們發現腦部的實體組織與這些數位印記極為吻合，得以對136種鳥類的腦部大小和結構展開詳細研究。

要了解鳥類飛行時在「想」什麼是項挑戰，但澳洲和加拿大的科學家透過研究鳥腦結構，有了迷人的新發現。南澳弗林德斯大學的演化生物學家，以及加拿大萊思布里奇大學的神經科學研究人員攜手合作，研發出一種開創性的方法，可用以重建現存和已滅絕鳥類的腦部結構。他們是透過製作數位「腦內模」——也就是鳥類頭骨內曾經容納腦部的空間的3D模型——達成此目標。

這項由弗林德斯大學「骨骼與生物多樣性實驗室」以及萊思布里奇大學伊瓦紐克實驗室主導、發表在《生物學通訊》上的研究顯示，即便早已死去的鳥類乾燥頭骨，也能為腦部結構提供驚人的線索。其中包括負責智力和協調能力的關鍵腦區大小的細節。

此發現是在一項同類中規模最大的研究中，透過將歷史上的顯微腦切片與數位腦內模做比較而得，研究分析了136種鳥類。論文第一作者、弗林德斯大學博士生奧布里·基爾南表示，這顯示兩者對應得非常緊密，因此要估算鳥類腦部比例，並不需要真實的腦部。

雖然「鳥腦」常被用作侮辱用語，但鳥類的腦部其實很大，幾乎就像是個長了鳥喙的腦殼。「我們決定驗證，腦部在頭骨上留下的印記，是否也反映了真實腦部兩個關鍵部分的比例。」

該團隊與加拿大亞伯達省萊思布里奇大學神經科學系的研究人員合作，掃描了136種鳥類的頭骨，同時他們也掌握了這些鳥類的顯微腦切片或文獻資料。這使他們得以確定腦部兩個重要部分——前腦和小腦——的體積，是否與腦內模的表面積相對應。

「真實」和「數位」腦部體積之間極高的匹配度，令研究人員大感驚訝。博士生奧布里·基爾南將連續切片的鳥腦固定在載玻片上，以便在加拿大伊瓦紐克實驗室的顯微鏡下進行測量和分析。（圖片提供：奧布里·基爾南）

論文的資深共同作者、弗林德斯大學科學與工程學院的薇拉·魏斯貝克副教授表示：「我們使用了微電腦斷層掃描技術來掃描鳥類頭骨。這能讓我們以數位方式填滿腦腔，獲得腦部的印記，也就是所謂的『腦內模』。」

「兩者的相關性幾乎是1:1，這是我們始料未及的。但這是個好訊息，因為這讓我們無需看到腦部，就能深入瞭解難以捉摸、珍稀甚至已滅絕物種的神經解剖學特徵。」

薇拉·魏斯貝克副教授稱，先進的數位技術正為解決動物多樣性領域一些最古老的難題，提供越來越好的途徑。

數位腦內模的一大優點是無需破壞樣本。以往，人們需要將液態橡膠倒入腦腔，等它凝固，然後打破頭骨才能取得腦內模。

使用非破壞性掃描技術，不僅能讓我們從最珍稀的鳥類身上取得腦內模，還能生成頭骨和腦內模的數位檔案，可供科學家和大眾分享。

萊思布里奇大學教授安德魯·伊瓦紐克在鳥腦研究領域有深厚的背景，他與魏斯貝克副教授共同領導了這項研究。他表示，自己原本並未預料到腦部組織和腦內模之間會有如此明顯的相關性。

伊瓦紐克教授指出：「雖然大腦皮質（前腦的外層部分）大部分從外表面就能看到，但小腦有相當一部分被這個區域遮住了。此外，鳥類的小腦有『皺褶』，而這些皺褶常被一條名為枕竇的大血管遮住。」

「考慮到不同物種的遮蔽程度可能不同，我原本並不預期所有物種的腦內模表面積和腦部體積之間會有很強的相關性。」

伊瓦紐克教授補充道，這項研究為其他科學家的現有研究提供了支援——包括那些針對極度瀕危的現代鳥類，甚至可能是已滅絕物種的研究。

然而，研究團隊表示，這些資料能在多大程度上應用於恐龍，仍有待觀察，畢竟恐龍是鳥類最近的已滅絕親屬。

基爾南女士補充說：「例如，鱷魚是鳥類現存最近的親屬，但它們的腦部和鳥類的腦部完全不同——而且它們的腦部並未填滿腦腔，所能提供的資訊也不如鳥類。」

參考文獻：《利用數位腦內模可準確估算鳥類大腦皮質和小腦體積》，作者：奧布里·R·基爾南、菲利佩·庫尼亞、莎拉·西特龍、加文·普裡多、安德魯·N·伊瓦紐克、薇拉·魏斯貝克，發表於2025年1月1日《生物學通訊》。DOI：10.1098/rsbl.2024.0596