弓状束(AF)是一条支撑人类语言的关键背侧通路,然而,其在前额叶皮层的连接在猕猴(作为标准灵长类动物模型)中较弱,这一现象构成了一个演化之谜。
2026年4月30日,中国科学院自动化研究所樊令仲独立通讯在PNAS 在线发表题为Homologous specialization of arcuate fasciculus ventrolateral frontal connectivity in marmosets and humans的研究论文。
该研究以普通狨猴为研究对象—这是一种与人类亲缘关系较远、但具有高度发声复杂性的阔鼻灵长类动物—以检验是否存在趋同的神经适应性变化。通过将逆行与顺行示踪技术同超高分辨率弥散磁共振成像(diffusion MRI)相结合,作者在狨猴中鉴定出一个结构上独立于上纵束的、稳定的弓状束同源结构。
跨狨猴、猕猴、黑猩猩及人类的比较图谱显示,其连接模式具有显著相似性:狨猴的弓状束在腹外侧前额叶皮层广泛终止,其连接特征与人类的相似度显著高于与其系统发育关系更近的猕猴。在功能层面,该通路投射至发声交流过程中被激活的皮层区域,并与人类语言网络存在部分重叠。
这些发现表明,背侧听觉-运动通路的额叶连接并非严格由系统发育亲缘关系所决定,而是一个在演化中具有可塑性的支架,在复杂发声交流相关的选择压力下,经历谱系特异性的精细化重塑。
人类语言的进化依赖于特定神经底物的出现,其中最关键的当属弓状束(arcuate fasciculus, af)。该结构是一条背侧通路,将颞叶的听觉感知与额叶皮层的运动规划整合在一起。累积证据表明,弓状束在连接参与言语感知和产生的颞叶与额叶区域中发挥着核心作用,支持人类语言处理过程中句子理解时的句法结构整合。
数十年来,比较神经科学主要依赖猕猴作为追溯此神经环路起源的模型。然而,这始终带来一个持久的进化悖论:在猕猴中,弓状束向腹侧额叶皮层的投射与人类中观察到的强大连接相比,显著稀疏乃至缺失。
这种明显的差异引出了一个根本性问题:这种背侧通路的扩展究竟反映了类人猿特有的精细演化,还是代表了一种进化上不稳定的特征,能够在特定社会生态压力下,于不同灵长类谱系中独立发生特化?
为解决这一问题,作者将目光从狭鼻次目(Catarrhini)转向阔鼻次目(Platyrrhini)。普通狨猴(Callithrix jacchus)提供了一个独特的战略性研究视角。尽管与人类谱系在大约3500万年前发生分化,但狨猴在声音交流方面与人类共享关键的行为特征。
与声音库主要源于本能且由情绪驱动的猕猴不同,狨猴展现出复杂的合作繁殖、发声轮流交替以及自主发声控制—这些特征需要精确的听觉-发声整合。
图1.弓状束与发声之间的关联(摘自PNAS)
此类行为需求向大脑结构的转化,可通过保守的发育机制所施加的约束来理解。在非发声运动领域进行的比较研究表明,具有相似行为特化的远缘灵长类物种,可能表现出同源皮层区域的谱系特异性扩展。
将这一观点应用于额颞叶组织架构,对复杂发声控制的保守需求,可能会促使现存的连接模式出现相似的谱系特异性精细分化。因此,如果大脑架构是由功能需求而非严格的系统发育亲缘关系所塑造,那么相较于猕猴,狨猴可能拥有与人类配置更为相似的背侧通路。
在本研究中,作者采用多模态比较框架检验了这一假说。关键之处在于,作者将这些发现置于一个广泛的比较框架内,在共同空间中分析了狨猴、猕猴、黑猩猩和人类的弓状束连接特征。通过采用定量的“连接蓝图”方法以及对发声网络进行功能对齐,作者发现狨猴的弓状束广泛延伸至腹外侧额叶皮层(vlFC),这与在猕猴中观察到的模式不同,而与人类的背侧语言通路相似。
这些发现提供了证据,表明背侧语言通路代表了一种保守的神经支架,能够通过谱系特异性扩展来支持远缘灵长类物种间的复杂声音交流。
参考消息:https://doi.org/10.1073/pnas.2600429123