大脑是软组织，在化石记录中极难保存，我们只能通过颅腔化石（颅内模）间接推断远古大脑的形态，但这无法揭示神经元连接、认知功能等关键细节。

1. 演化路径的复杂性大脑的演化并非线性过程，而是基因、环境、社会行为等多重因素交织的结果。

例如，人脑容量在200万年间增大了三倍，但驱动这一变化的具体选择压力（如工具使用、语言交流、群体协作）孰先孰后、如何相互作用，仍难以确定。

2. 认知功能的黑箱现代科技仍无法完全破解大脑如何产生意识、抽象思维和创造力。

这些高级认知功能没有直接的化石对应物，使得研究者只能通过对比现存物种的脑结构与行为，反推演化历程，这存在较大推测性。

3. 跨学科验证的挑战古人类学、神经科学、遗传学和考古学需共同验证假设，但证据链常存在断层。

例如，虽然古DNA技术能揭示部分基因演化（如与语言相关的FOXP2基因），但无法直接证明这些基因突变何时以及如何具体塑造了现代人类的大脑功能。

当前研究正通过高分辨率成像技术分析化石颅内模，结合古蛋白质组学和比较基因组学，试图填补空白，但距离完全破解大脑起源的谜团仍有很长的路要走。