2018年4月5日

FOXP2,語言、大腦與演化

幾乎所有的語言學教科書都會告訴讀者:「語言,是人類獨一無二的特徵。」,甚至會宣稱:「人類以外的靈長類動物,即便會以聲音傳遞訊息,但這些聲音通常都是固定幾個種類,不像人類的語言可以傳遞的訊息這麼自由多變。」不過,這種似乎被語言學家當作「定論」的觀點,其實一直受到生物學家的挑戰,像是「靈長類(猩猩)發出的聲音都很固定,傳遞的訊息也很有限 - 像是感知危險、肚子餓了、發現食物、求偶、憤怒。」,這種敘述並不符合當今生物學的觀察:我們已經知道,猩猩發出的聲音,有些是「社會的」,小猩猩可以透過在猩猩社群社會化的過程中學到這些聲音,也就是說,猩猩具有一定的自主能力控制發出的聲音,就像我們可以講出想講的話一樣,而不是咿咿呀呀而已。


我們可以把動物發出的聲音分成兩類:無自主意識的聲音和具有溝通能力的聲音。無自主意識的聲音,比如說狗被踩到尾巴就大叫,熊受到威脅時的吼叫,受傷之後動物的哀號,這些聲音只是對刺激的反應。而有溝通能力的聲音,負載了要傳遞的訊息:比方獼猴發現食物時以叫聲呼叫同伴前來。這類可以傳遞訊息的聲音,又可以以其「自由的程度」做出區別。如果發出的聲音類型十分固定,比方說:有食物、食物的多寡、食物的方向,這些就是非常受限的「語言」,像是獼猴、金剛、老鼠、一些鳥類,都具有發出聲音傳遞固定類型的訊息的能力。但有些動物發出的聲音則相對的「自由」,比方黑猩猩、Bonobo、人類、鯨豚,他們不只可以透過聲音傳遞固定訊息,還可以創造出「新」聲音,透過社群,傳遞給下一代;具有這種能力的關鍵在於,他們可以控制自己發出的聲音,也具有對聲音的學習能力以及理解能力。

FOXP2基因,一個在2001年經由研究遺傳性失語症家族而發現的基因,是第一個被發現與說話、文法能力和語意理解有關的基因,因此這十多年來它一直被認為是解開人類語言之謎的關鍵鑰匙。

三代遺傳失語症的英國KE家族。


這個基因在我們還在娘胎的時候就有活躍的作用,到我們成人之後也有活躍的作用。他活躍的地方在我們肺臟、腸子、大腦、小腦和腦幹;它跟大腦發育非常有關係。有趣的是,哺乳動物幾乎都具有這個基因,而老鼠和人類的FOXP2蛋白質,只有三個氨基酸的差別,人類和黑猩猩比較,則有兩個氨基酸的差異,和Bonobo比較,則沒有任合氨基酸的差異。除了跟語言能力相關之外,這個基因也跟短期記憶的形成、惡性腫瘤、共濟失調(ex 小腦萎縮)有關。
老鼠和人類FOXP2在發育中的大腦,活躍的區域相似。

既然老鼠和人類的FOXP2蛋白質只有三個氨基酸的差別,那麼如果把老鼠的FOXP2轉變成人類的樣子,老鼠是不是就會開口說話了?科學家的確做了這樣的實驗:讓老鼠身上帶有人的FOXP2基因!結果發現:帶有人的FOXP2基因的同型合子老鼠, 1, 大腦神經突觸的抑制時間比較長,2, 大腦神經細胞的樹突長得比較長,而 1 跟 2 的神經改變主要發生在皮質基底神經迴路(cortico basal ganglia circuit),也就是說這種改變並不影響整個大腦,而主要影響了大腦的特定區域,並且,這個區域也是與語言能力演化,以及跟成年人對語言能力的掌控有關的重要區域!除了上述的改變之外,帶有人的FOXP2基因的同型合子老鼠,腦內多巴胺(dopamin)濃度降低,發出的超音波頻率也改變了!這表示老鼠的大腦除了結構改變之外,生化也改變了,而且實際的發出聲音的行為也改變了。(但,老鼠還是不會開口說話......殘念)

那麼,如果我們用黑猩猩做實驗呢?ㄜ......也許只有在中國能進行這樣的實驗。竄改靈長類動物的基因是很危險的事,弄不好就會像這樣:



FOXP2基因本身的活躍會影響上百個基因,其中一個受影響的基因叫做CNTNAP2,這個基因的突變跟語言、自閉症相關。另一個受影響的基因則是ROBO1,當這個基因壞掉時,一些閱讀障礙(reading disorder)就會產生。FOXP2基因既然是最上位的老大哥,他如果出現一些故障的話,也就可能會引起聽、說、讀、寫等的障礙。



說了這麼多其實是要指出,也許因為大多數語言學家不諳生物學,所以他們對「語言」的定義比較特別。從基因的角度來看,動物使用聲音做為工具 - 無自主意識的聲音和具有溝通能力的聲音的分歧時間,以齧齒類(比如老鼠)和靈長類(比如黑猩猩)為例,這個分歧點可是在一億三千萬年以前喔!我們人類和黑猩猩分家的時間點大約在二十萬年前,FOXP2基因比黑猩猩多累積了一個突變;黑猩猩已經有使用聲音傳遞自由訊息的能力了,也許因為這一點氨基酸的突變,讓我們比黑猩猩更自由?
FOXP2基因在不同靈長類動物身上的變異。藍色和綠色表示的是只在該物種內才找得到的變異。

從生物學角度來看,語言能力就是一種使用符號(聲音、手勢...)與外在溝通的能力,而不同動物的這種能力的差別在於自由「程度」的差別;這種自由程度跟FOXP2基因很有關係,但實際上單單一個基因通常無法有百分之百決定性的作用,我們還必須考慮整體基因網絡 - FOXP2可能是位在整個語言相關的基因網絡中非常重大的一個節點:而語言相關基因網絡的差異,才是理解人類語言奧秘所在哩!

受FOXP2控制而活躍的基因。紅色線表示人類和黑猩猩相同的基因網絡。

最後要來thuh-chhàu(托臭)一下。黑猩猩或Bonobo,都可以學會使用人類的字卡或人類的手語跟人類溝通,但卻從未有一個人類學會黑猩猩或Bonobo的溝通方式。那,到底,誰比較聰明?