限制大脑发展的六道难关
进化至此，灵长类祖先的大脑已经相当聪明。但是如果想要发展出更进一步的智能，就得全面打通大脑中的任督二脉才行。而想要打通脑中的任督二脉，就必须先突破几个关键的阻碍，例如进行更有效率的吸收和代谢能量、获得更大的脑容量，以及建立更全面的大脑网络联结等。
此时，大脑进化的最大推手之一——“基因突变”，又适时地伸出了援手。就这样，在六道“基因突变”的援助之下，大脑突破了六道难关，一步步迈向了智慧的巅峰 。
第一道难关：脑血流量不足
人脑的重量只占体重的2%，但是却消耗全身20%的血氧和25%的葡萄糖。这些能量，大多被用在脑神经细胞的电生理活动，以及脑中的废物清理程序上。由于大脑需要消耗巨大的能量，因此大脑能否顺利运转、成长和进化的关键，就在于身体有没有办法满足大脑的耗能需求。
在人类、黑猩猩和大猩猩尚未分家之前，人科动物祖先的大脑和现今其他非人灵长类的大脑可能差异不大，大约只消耗全身8%的能量。此时的大脑，并非不想要能量，但是由于受到大脑血流量的生理限制，出于无奈，也只能接受这样的条件。
大脑在血流量不足的情况下，一如巧妇难为无米之炊。空有一身潜能的大脑，也只能缩衣节食地等待机会。一直到了大约一千万到一千五百万年前，终于一个叫作RNF213的基因发生正向突变，才改善了大脑后勤补给不足的窘境。
RNF213基因有何功能？现代医学和遗传学研究发现，当人类的RNF213基因出现缺失时，会发生颅内大血管闭塞，并导致微血管出现补偿性的增长。在X光片上，RNF213基因缺失的大脑看起来就像是雾状的毛玻璃一样，因此被称为“毛毛样脑血管病”（Moyamoya Disease）。
科学家因此猜测，一千万年到一千五百万年前的RNF213基因可能发生了正向变异，并因此导致了颈动脉的直径扩张，让流往大脑的血流量大增 。
第二道难关：大脑无法从血液中有效获取能量
血液中除了氧气之外，最重要的物质就是葡萄糖。在突破上述第一道难关之后，进入大脑的血流量已经大幅增加，但是此时的大脑却面临到一个严重的问题：无法有效获取血液中的葡萄糖。这就好比是眼前有一片鱼虾富饶的大海，但由于没有适当的渔猎设备，身手再厉害的渔夫也只能悻悻然地望洋兴叹。幸好，这个问题也在及时的基因突变后迎刃而解。
这一次，前来救驾的是一个叫作葡萄糖转运子的SLC2A1基因。科学家其实早就知道细胞在吸收葡萄糖时，必须依赖细胞膜上的一种蛋白质“葡萄糖转运子”来搬运葡萄糖。有鉴于此，科学家便合理猜测：如果人类大脑变大的原因和其吸收葡萄糖的能力有关，那么人类大脑中的“葡萄糖转运子”应该会比猩猩大脑中的“葡萄糖转运子”更多才对。
果然，科学家在检视了葡萄糖转运子基因SLC2A1在大脑中的表现量后发现，人类SLC2A1基因在大脑中的表现量比黑猩猩高出三倍。也就是说，人类大脑比黑猩猩大脑多吸收了三倍的葡萄糖 。
同样的，人类大脑还善于掠夺另一种叫作“肌酸”（一种氨基酸）的养分。人类大脑中负责控制肌酸搬运的SLC6A8基因和CKB基因表现量，也比黑猩猩与恒河猴高出两倍。
换言之，和黑猩猩相比，人类的大脑细胞确实是葡萄糖和肌酸的“吸收高手”，不，更精确的说法应该是“掠夺高手”才对。身体细胞在神经细胞的淫威之下，只能无奈地让出资源，让大脑尽可能地吸收葡萄糖和肌酸。
第三道难关：大脑容量太小
大脑获得了足够的血流量、血氧和葡萄糖之后，资源丰沛，不但可以轻松应付认知运算和新陈代谢所需的耗能，甚至还有了扩充的本钱。但是有扩充的本钱，还得要有扩充的机会才行。在大约600万～700万年前，人类祖先刚刚与黑猩猩分道扬镳，此时至少有三个基因变异，刚好援助了人类大脑的扩增。
第一个基因，就是名为ASPM的“异常纺锤状小脑畸形症相关”基因。ASPM基因所制造的蛋白质，可以确保神经母细胞进行细胞分裂时所需的纺锤体正常运作（纺锤体的工作，就是在细胞分裂时负责排列和分裂染色体与细胞质）。在现代人类身上，如果这个基因出现异常，神经母细胞便无法正常进行细胞分裂，就会出现“小颅畸形症”（Microcephaly），导致大脑的脑容量只剩下400毫升，也就是和猩猩的脑容量差不多。
根据推算，ASPM基因出现变异的时间点，大约就是人科动物刚刚现身的时候，而且在人类和猩猩这两个物种分开后加速变异 。科学家因此推测，此基因可能和人类大脑扩增的现象密切相关。
第二个基因，是ARHGAP11B基因。这是一个只有在人类身上才有的基因。2015年《科学》期刊上的一篇研究中，科学家把这个基因植入小老鼠，结果发现小老鼠的脑干细胞明显变多，而且皮质折叠的程度也增强。根据推算，ARHGAP11B基因出现变异的时间点，是在人类和猩猩分离之后 。因此，此基因可能也和人类大脑扩增及皮质高度折叠的现象有关。
第三个基因，是HAR1序列。2006年，美国生物信息学家豪斯勒（David Haussler）的研究团队在《自然》期刊上发表了一项研究报告，他们比较了人类和黑猩猩的基因体序列，试图找出两者之间差异最大的部位。结果发现，差异最大的位置，是一个长达一百一十八个核苷酸、名叫HAR1的“第一号人类加速区”序列。
进一步与其他物种比较后发现，当黑猩猩和鸡这两个物种于三亿年前分开时，HAR1序列的一百一十八个碱基中只有两个碱基不同。但是，当人类和黑猩猩这两个物种分开后的短短600万～700万年之间，HAR1序列中就出现了十八个碱基变异。由此可见，HAR1序列在人类和黑猩猩分开后，出现了极为快速的变化 。
HAR1序列有什么功能呢？原来，HAR1序列是属于HAR1F基因的一部分，这个基因会在怀孕7～19周之胚胎的某些特定神经细胞中表现，并影响大脑皮质的发展。怀孕7～19周之胚胎发育时期，正是神经细胞分化和迁徙的重要时间。如果此基因出现异常，常常会进变成致命的平脑症（大脑皮质折叠消失、面积变小）。
上述的三个基因正向变异，可能就是帮助大脑扩增的强力助手。在豪斯勒的研究中，其实还发现了其他四十八个“人类加速区”，目前他们正在积极寻找这些其他区域的功能及其对大脑的影响。
第四道难关：头颅肌肉形成紧箍咒
在大脑获得了大量血流、氧气、养分，并且开始扩增之后，最后一道限制大脑增长的桎梏，大家一定猜不到是什么。这项桎梏，没想到竟然是用来保护大脑的头骨和头颅肌肉。当时的头骨和头颅肌肉结构十分强健，虽然它们提供的保护功能极佳，但是却同时宛如是孙悟空头上的紧箍圈一样，牢牢束紧着大脑，让大脑毫无增长的空间。
当时约是两百四十万年前，也就是人属（Homo）现身的时刻。在分类学上，人属和猩猩属、大猩猩属、黑猩猩属，以及另外六种已灭绝的远古人属，如傍人属和南猿属等，都位于人科动物（Hominidae）之下。
人属刚出现的时候，脑容量和其他人科中的近亲相去并不远，大约只有400～500毫升，但是在接下来的数十万年之间，却大幅提升了三倍，达到约1200～1500毫升。究竟是什么因素导致脑容量大幅提升呢（图七）？
先前提到的环境以及群体化压力，虽然可以作为让灵长类越来越聪明的进化驱力，但是在人科的各属之中，人属、猩猩属、大猩猩属和黑猩猩属都面对着类似的环境以及群体化压力，为何就只有人属的脑容量出现大跃进？很显然，其中必有他因。
那么会不会是因为上述的三个基因突变，导致脑细胞数目不断增加，并迫使头颅和脑容量变大呢？虽然上述三个基因突变确实使得脑细胞数目增加，但是柔软的大脑其实很难对坚硬的头颅产生压力。面对硬如磐石的头颅，不断增加的脑细胞只能通过形成大脑皱褶来把自己挤压在固定的狭小头颅空间之内，柔软的大脑无论如何膨大，包覆在外的坚硬头颅总是安如磐石般不为所动。
那究竟头颅空间和脑容量爆发的起因为何呢？原来，这个脑容量大跃进现象的起点，可能和某一个基因突变有关，而且最令人讶异的是，这个基因竟然和负责咀嚼的咬合肌有关。没想到，大脑紧箍咒的释放者，竟然可能是看似风马牛不相及的咀嚼肌基因突变！
2004年《自然》期刊上的一篇研究发现，在所有的灵长类当中，只有人类的MYH16基因出现了突变现象 。MYH16基因负责制造一种叫作“肌凝蛋白重链”的蛋白质。在灵长类身上，这种蛋白质只出现在咀嚼肌群当中。当此基因突变而导致肌凝蛋白重链无法正常运作时，咀嚼肌群就会变得比较小，也比较无力。
科学家因此提出了一个理论：咀嚼肌群变小之后，可能意外释放了该肌群对头骨的束缚，使得脑容量获得了扩充的机会。另外一个可能的效应，就是较小的咀嚼肌群也让下颚骨变小，促成了更精巧的嘴形操控能力，让语言发声能力得以更进一步。
通过基因突变率的分析，发现此基因的突变时间大约是在两百一十万至两百七十万年左右，刚好与人属出现的时间吻合 。
原来，小小一个“肌凝蛋白重链”的突变，竟然可能是现代人类的祖先脑容量暴增三倍的起始原因。肌凝蛋白重链功能异常，导致咀嚼肌群变小，因此破除了阻挡头骨扩张的桎梏。这道封印一解开，脑容量就得以扩充。
第五道难关：神经网络联结不足
随着基因突变所带来的前四道救援，脑细胞数量和脑容量都已经逐渐扩增。但是较多的脑细胞和较大的脑容量，并不一定就有较高的智商。最近的脑造影研究显示，脑细胞和脑区之间的联结方式和强度，似乎和智商的关联度更高 。
那么，在人类大脑的进化过程中，要如何突破这场困境呢？是否曾经有过基因变异而导致神经联结出现变化？答案是有的！这个基因就是SRGAP2基因 。
SRGAP2基因所制造的蛋白质，与神经迁徙和神经分化等功能有关 。它可以延缓神经细胞成熟的时间，并且增加神经脊的数量和密度。神经脊是位于神经细胞树突上的突起物，与来自其他神经细胞的突触相联结。当神经脊的数量和密度增加时，也就形成了更多的神经联结。
值得一提的是，和其他灵长类相比，人类基因体中一共有23个基因拥有多个备份。SRGAP2基因就是其中一个 。这23个人类特有的重复备份基因究竟扮进了什么功能？又有多少与大脑有关？在不久的将来，我们就能够知道答案。
第六道难关：智慧不足
在前五道“基因突变”的援助下，大脑获得了更多的血流量和能量、脑细胞和大脑皱褶增加、脑容量变大，而且神经细胞之间的联结也获得了增强。但是想要发展出各种较高阶的认知能力，包括简单的语言和沟通能力，则需要更进一步的推力才行。
在大约五十万年前，人类的FOXP2基因出现变异，让语言能力变强，也让人类的认知能力更向前迈进了一步。语言能力真的是一种利人利己的能力。拥有较强语言能力的人，不仅在社群团体中更具有生存优势，也能对周遭的群体产生益处。例如，通过流利的语言，就有机会可以流通并传承对整个群体都有利的信息和知识。因此一旦个体之间的语言能力出现差异，人择或性择的过程就会从同伴之中挑选出语言能力较强的朋友或伴侣，并使这些人在进化之中胜出。
有趣的是，FOXP2基因其实并不只和语言有关，它似乎和理解力以及记忆力也都有关联。2014年，麻省理工学院的神经科学家葛雷毕尔（Ann Graybiel）把人类的FOXP2基因植入老鼠，并测量了它们的学习能力。结果发现，拥有人类FOXP2基因的老鼠比较容易把“叙述性的记忆”（例如“看到红色就表示迷宫的右边有食物”）转化成“程序性的行为”（例如“在迷宫岔路口把身体转向右边就会找到食物”） 。
换言之，拥有人类FOXP2基因的老鼠似乎拥有较强的“学习力”或“知识形态转换能力”。因此，当人择或性择的过程选出语言能力较强的朋友或伴侣时，其实也同时选出了学习能力较强的聪明伙伴。也因为如此，大脑又进行了一轮正向循环进化，如虎添翼般地迈向智能发展的高峰。