直立行走给人类带来了强烈的狩猎欲望，狩猎水平因此不断得到提高，人类吃到的肉食越来越多，营养水平持续改善带来了全方位的好处，为更加高大的身体奠定了物质基础。而复杂的身体需要复杂的大脑，这对于野外生存来说至关重要。可是在非洲大草原上，所有动物都与人类一起经过生死磨炼，很难轻易捕捉到手，守株待兔只是寓言。我们没有狮子那样强健的体魄，也没有豹子闪电般的速度，幸好我们拥有非凡的大脑和长途追杀能力，可以有计划地集体捕猎、设置陷阱、使用棍棒和骨头作为武器等。我们吃到的东西更多，从昆虫到羚羊，从蚯蚓到渡渡鸟，来者不拒。而丰富的营养更加有效地回馈了大脑，这是一个明显的良性循环，大脑的反应速度得以不断提高。只有反应能力与对手匹配，才能适应更加险恶的环境，吃到更多的食物，当然还要避免被别的动物吃掉。
一个有趣的事实支持了这一理论。在现有的野生动物中，在相近体重条件下，食肉动物的大脑比食草动物更具明显优势，所以，食肉动物总能吃到食草动物。出现这种情况可能有几方面的原因，比如只有吃肉才能支撑起更大的脑袋；或者捕猎需要更强的智力；或者原因出在食草动物身上，由于食物得来全不费工夫，它们根本不需要花费代价增加大脑容量，一个大脑袋在逃跑时也累赘不是？
此前南美洲是一片与世隔绝的大陆，生活着很多食草动物，没有高级食肉动物。食草动物没什么好担心的，在漫长的进化岁月里，它们完全不思进取，大脑没有任何增大的表现，结果当高级食肉动物从北美跨过巴拿马海峡来到南美时，那些脑袋很小、毫无警惕性的食草动物经不起食肉动物的胡吃海塞，很快就被吃完了。
但无论食草动物还是食肉动物，大脑都没有发展到人类的水平，它们缺乏直立行走这个重要的前提，因而缺乏刺激大脑进化的后续因素。在诸多后续因素中，最重要的是双手。双手除了作为万能工具，还负责感觉与抚摸，对促进情感交流起到重要作用，轻轻捏捏脸颊和甩手一个大嘴巴，足以表达完全不同的含义。敏感的双手还可以感受更多的神经信号，并实时传回大脑请求奖赏。通过抚摸或触碰，双手还可以对物体的轻重、粗细、冷热等指标做出基本判断，所有这些感知内容都会产生巨大的信息量，需要大脑迅速加以理解并做出反应。
大脑的反应水平与双手的感知水平同步进化，这已被化石记录所证明。人类学会使用石器以后，脑容量随之增加了一倍。这是因为控制双手的大脑区域所占比例极大，仅次于灵巧的舌头，诸如弹琴、写字、绘画等手指活动，都会促使脑血流量明显增加。无论是精细的手工操作，还是粗暴的徒手搏击，双手都必须时时得到大脑的指挥。在格斗中，出拳方向和速度快慢都要在瞬间得到确认，错过打击目标也就意味着成为被打击目标。
眼睛也在默默地塑造着大脑的能力。在野外生存条件下，眼睛受伤意味着致命的危险，同时也意味着人类在进化过程中对眼睛具有高度依赖性。直立行走的人类视野更加开阔，在大草原上的所见所得和狮子、狒狒等的完全不同。人类捕获猎物后，可以不依靠嗅觉就顺利找到回家的路，但需要大脑的方向辨别能力和定位能力的引导，图像信息总量因此同步增加，更不要说我们看见的是立体彩色的世界。与数码相机原理类似，较高质量的图像会占据较大的存储空间，照片数量越多、像素水平越高，对存储空间的需求也越大。从眼前不断掠过的丰富图像，对人脑无疑是空前的挑战，我们必须进化出处理能力更快的大脑，绝不能让色泽艳丽的图像随着前进的步伐而上下剧烈抖动，要不你拿着相机边走边拍试试？
长颈鹿的视野也很开阔，但仍然无法与人类相比，因为长颈鹿的智力基础比较薄弱，就好比给科学知识为零的人配备一台高级天文望远镜，他可能会看到眼花缭乱的太空信息，却没有能力进行科学处理，大部分信息都会被迅速过滤并遗忘，以免占据过多大脑内存，也就不会产生创造性的天文学理论。对它们而言，只有哪里有食物、哪里有狮子、哪里有异性同伴才是有效信息，它们的大脑处理这些信息已经足够，过于复杂的大脑反而会影响它们的生存。一只仰望天空、沉思宇宙起源之谜的长颈鹿，将很快成为狮子口中的美食，它们至死也不知道大爆炸理论到底是对是错。
双手的使用、狩猎的需要、营养的改善和视觉信息的迅速增加，都只是人脑增大的部分前提。人脑容量的增加是涓滴成河、不拒细流的过程，是海纳百川的结果，是各种复杂事件的综合而不是单一事件的影响，每种因素都对大脑施加了一定的影响。比如双耳听力的改进；复杂语言的使用；触摸感觉依赖性的提高；幼态持续导致脑袋变圆；走出非洲时应对复杂气候条件的需要；非洲草原炎热的气候有利于神经元细胞的增殖；人类对火的使用可以在食物摄取量不变的前提下增加营养摄入，这种额外的摄入也给大脑提供了稳定的物质保障等。
圆形的容积最大，因而可以容纳更多的脑细胞。人的头颅也因此与其他动物明显不同，区别在于人脸比较短，如果长一点儿就会被讽刺为驴脸。短脸显得圆而可爱，根本的原因是较短的脸不至于让脑袋有前倾的趋势，顶在脖子上就更省力气，否则，时常要用双手去扶正自己的脑袋，就像扶一顶尺寸过大的帽子，无论如何也是极其尴尬且危险的事情。
圆脸还使颈部的肌肉省去了很多牵引力，使得我们的脖子不会变成“肌肉串”。我们的脖子是优秀的脖子，得益于我们的脑袋可以被稳稳地顶在上面。黑猩猩的脖子又短又粗，要用很多肌肉把脑袋绑稳当，因为绑得太结实，脑袋就很难转动，结果转头时需要把身子一同转过来，否则，脖子上的肌肉就要消耗更多的能量，这样就根本谈不上什么顾盼生辉。而人类可以方便地左顾右盼，动作不到位时，还会被当作贼头贼脑。
信息量的大幅增加促使智力迅猛发展，进而成为个体竞争的重要武器，这场竞争不以枪炮和肌肉为主要内容，而以智力与技巧为决胜指标，聪明的人无疑会得到更多的资源。而这又将脑袋升级为性选择的重要参考依据，就像是孔雀的尾巴，只不过这次顶在了头上，更大的脑袋就像是更漂亮的尾巴，容易在性选择中获得更多的配偶。
随着大脑基因研究的深入，人们发现了越来越复杂的影响因素，比如猴子、狗等社交性动物，大脑进化速度要比猫等独居动物更快，因为群居和社交需要更多的沟通与合作，对大脑的要求更高。独来独往的动物只要管好自己就行，当然不需要太大的脑袋。而人类无疑是社交能力极强的群居动物，以至于网络时代首先发展起来的就是社交网站，社交的需要已深深植根于生活之中，复杂的社交活动也大幅增加了信息量，对智力的依赖性更加深刻，这都需要更强大脑的支持。
所有这些因素中，直立行走是变化的根源，信息量增加是压力，营养改善是物质基础，具备了这些要素，大脑完全有理由变大，但不等于必须变大，具体如何变大取决于基因，最直接的生物学基础仍然是基因突变。
科学家们已经发现了影响大脑发育的基因，这个基因只有100多个碱基，在其他动物身上非常保守，数亿年来很少突变，比如黑猩猩和鸡，二者在进化树上分开了3亿多年时间，却只有2个碱基变异，说明这个基因非常重要，不可轻易改变。
但是，在几百万年前，人类的大脑发育基因却突然加速突变，比其他基因突变快了70倍，短期内与黑猩猩拉开了十几个碱基的差异。进一步的研究发现，这一基因并不表达蛋白，只是对其他基因起到调控作用，相当于一个连锁开关，打开以后很多灯光将相继亮起，人类的进化历程就这样充满了光明。
后来，科学家们又陆续发现了几个影响大脑发育的基因，有些基因一旦突变，人脑将无法增大，呈现小脑畸形。这种基因在胚胎发生期就产生作用，通过调节神经前体细胞增殖而影响脑容量，使得神经元减少，大脑皮层变薄，从而导致智力下降。特别是最近鉴别出的一个基因更让人吃惊，当它突变时，人脑就会变回400毫升左右的水平。而这个数字，正是200多万年前露西的大脑水平。
人脑与猿脑分道扬镳还有一个重要的途径，就是赋予旧的基因以新的功能，其中涉及基因的复制与倍增，即所谓基因的新功能化，可以在不改变基因序列的前提下获得新的性状。通过基因组测序，研究人员已经了解了人类进化过程中的很多基因新功能化事件，都与大脑结构相关。
进一步的研究发现，人类还有一个丢失的基因，现在仍控制着黑猩猩的大脑容量，它位于一个抑癌基因旁边，并对这个抑癌基因起到调控作用。所谓抑癌基因，就是抑制癌症发生的基因，可以有效控制细胞的分裂与生长，如果抑癌基因失活，细胞分裂将失去控制。极有可能正是这个基因的丢失，导致抑癌基因的活性改变，使得人类大脑神经元增殖提速，智力随之飞速提升。
另外还有一些零散的证据表明大脑发展的逻辑。约4万年前发生了一次与脑磷脂相关的突变，而那一时间正好是人类艺术与音乐出现的时期，同时人类也开始大量制造工具，随后进入新石器时期。6000多年前的一次突变，则暗合了人类书面语言及农业与城市的发展。