我們如何感知世界

編譯／方陵生

我們能夠在瞬間將熟悉的朋友認出來，無論看到的是正面臉形，還是側面輪廓，水或僅僅只是一個背影；我們能夠區別數百萬種不同的色彩和一萬種不同的氣味；我們能夠感覺得到哪怕一根羽毛掠過我們的皮膚。這一切做起來似乎都不費吹灰之力，只要我們用眼睛看，用耳朵傾聽，就能感知世間萬物。我們是怎么做到的呢?

所有的感覺來自大腦

我們通過各種感覺感知世界。我們所看到的、聽到的、感覺到的、聞到的或者嘗到的所有信息通過無數的感覺細胞傳送到大腦，經過復雜的處理后反饋出來，就形成了我們對世界的認識。

通常我們認為人的感覺有五種：視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺。它們讓我們了解到周圍豐富多彩的世界。但是現在科學家認為我們還有其他幾種感覺，比如疼痛、壓力、溫度、運動等，也是我們對外部世界的感覺，這幾種感覺都可以歸入“觸覺”之中，主管這部分感覺的大腦叫做軀體感覺區域，這些感覺指的是除視覺、味覺、聽覺和其他基本感覺器官外身體各部分的感覺。

雖然我們對各種感覺早已習以為常，不足為奇，但是每一種人體感覺都是非常珍貴、無可替代的。通常人們認為，與其他感官殘缺比較起來，失明是最為可怕的，但是聾啞可能是更為嚴重的殘疾，特別是在生命的初期，人生之初是小孩開始學習語言、學會與世界溝通的寶貴時期。

這也正是海倫·凱勒為什么那么了不起的原因，出生19個月時的一場大病，使她失去了視力和聽力，幾乎剛來到人世間，面對的就是一片黑暗的無聲世界。她的老師安妮·蘇莉文將她從這種可怕的黑暗和孤獨中救了出來，她通過在小女孩的手心中擊打發出各種信號，告訴她世間萬物都有名稱，字母可以組成字詞，人們用它們來表達愿望和想法。

海倫·凱勒后來成為一名作家，她的事跡成為殘疾人的榜樣。海倫的成就歸功于她的毅力以及老師和家庭的幫助，但同時也說明當人失去某一種感官時(對于海倫而言是兩種)，另一種感官(對于海倫而言是觸覺)通過訓練有可能得到強化，用來彌補失去的功能，至少可以部分地得到彌補。

事實上，我們人類的感官并不能感知外部物理世界的所有特征，比如蜜蜂能夠看見紫外線光，而我們人類就無法看到；響尾蛇能夠看見紅外線光，我們人類也無法看到。我們的神經系統對于光譜波長等特征的識別是有所選擇的，這一切都受到我們的基因、過去的經驗以及當時的注意程度等因素的限制和影響。

對于習以為常的靜物我們可能會視而不見，聽慣了的周圍的熟悉聲音不再引起注意，厚運動衫穿上身與皮膚接觸的感覺也會很快被忽略。我們的觸覺細胞～開始非常警覺，它似乎渴望一種新奇感，過一會兒它的反應就會淡薄，似乎在說：“噢，還是那樣”，于是便不再在意。正因為這樣我們才不會老是集中在某一件事上而影響我們正常的生活、學習和工作。

如果周圍環境有所變化，我們就會注意，因為這也許意味著危險或者機會。比如一只蚊子落在你的腿上，腿上的觸覺細胞會立即將信息傳送到大腦的特定部位，大腦瞬間就作出反應，我們會準確地在蚊子停留的部位將它拍死。大腦各個區域分管著身體各部分，我們的手臂和腿腳雖然占著身體很大比例，但在大腦中所占的比例卻很小；相反，我們的臉和手卻相對敏感和復雜，在大腦中占有較大的比例，特別是我們指尖的反應最為敏感。

我們如何感知色彩

當一個紅色的球向我們滾過來的時候，我們立刻看到它的顏色、形狀以及它的運動，但是大腦處理這些信息卻是分開來做的。如果將神經元比做計算機的話，那么它的速度是比較慢的，從輸入到輸出需要幾毫秒的時間，但是我們卻能在瞬間看到東西，這是因為我們的感官系統對于多重信息是并行處理的。

視桿細胞是視網膜上的光感受細胞，它讓我們即使在朦朧的夜晚也能看見暗淡的星光。很多人不明白為什么我們在晚上看不清物體的顏色，這是因為能讓我們在暗淡的光線下視物的視桿細胞雖然能讓我們看清物體的形狀，卻無法分辨顏色。

人的視網膜上還有另一種感光細胞，叫做視錐細胞，它能讓我們在強光下看清東西，而且能夠分辨顏色。視桿細胞和視錐細胞在視網膜上的分布并不均勻，視桿細胞比視錐細胞多得多，其比例為10:1，視錐細胞主要集中在視網膜的中央凹處，雖然視網膜的中央凹處對視力好壞起著決定性的作用，但是它對光的敏感性卻不如視網膜的邊緣區域。

我們如何看見物體移動

正常的人都能看見物體移動的過程，除非是得了一種叫做運動盲的眼病。一位有這種視力缺陷的病人在將咖啡往杯子里倒的時候遇到了麻煩，她對醫生說，她可以清楚地看見杯子的顏色和形狀，它擺放在桌子上的位置，但她就是無法將咖啡順利倒入杯子里，在倒的時候，流動的咖啡在她眼里就像凍住了的瀑布，她看不見它在運動，咖啡就會從杯口溢出來。

如果她要出門就更麻煩了，例如，她無法過馬路，因為她看不見車輛的運動，車子會突然出現在她的面前。即使在屋子里走動的人也會給她帶來困惑，因為她“根本沒有看見他們移動，人就突然出現在面前了”。

這位女子患的是一種罕見的運動盲，這是她在一次中風后留下的后遺癥。她大腦中的某一部分受到了損傷，她失去了看見物體空間移動的視覺能力。對于許多動物來說，這種能力是生存所不可缺少的，無論是食肉動物還是它們的獵物，都需要具有這種迅速判斷物體移動的能力。

事實上，有的動物比如青蛙等簡單的脊椎動物只有當物體移動時它們才能看見。一只青蛙面對一只吊在繩子上一動不動的死蒼蠅，即使它非常饑餓，也會無動于衷，視而不見。它的視網膜上專門用來“發現昆蟲”的視覺細胞生來只能對運動中的物體作出反應。這只青蛙也許會餓死，卻絲毫不知救命的食物就在它眼前。

青蛙的視網膜能夠直接觀察物體的運動，而人類和其他一些靈長類動物的視網膜卻沒有這樣的能力。研究人員說，“越是低等的動物，其視網膜越是聰明。”雖然人類的視網膜并非完美，但是人類無所不能的大腦完全可以彌補這一缺陷，感官系統與高度專門化的神經系統保持著聯系，對物體的運動進行分析和判斷。前面所說的那位女病人正是因為這樣的通道被損壞，才導致了運動盲。

我們在電影院看電影時，放映機每秒鐘放24幀照片，投影在幕布上的實際上都是一張張靜止的圖片，我們眼睛所看到的運動著的圖像，從根本上來說是不動的。我們之所以會產生圖像在動的幻覺是因為我們大腦的處理系統將快速變換的圖片混合起來了，看上去就像在連續運動。但是，對于那位女病人來說，她的大腦受損后就不再具有這一功能，無論是在日常生活中，還是在電影院里，她所能看到的只是一系列靜止的影像或者畫面。

顫動的毛細胞讓我們擁有聽力

在美國的一個實驗室里曾上演過一場別開生面的“舞蹈表演”，“明星表演家”不是人，而是在高倍顯微鏡下

被放大許多倍的一個毛細胞，是從一只牛蛙耳朵里取出來的，細胞的頂部有一簇明顯的細細的纖毛。

研究人員給這位不同尋常的“舞蹈演員”配樂，從貝多芬的第五交響曲到斯特勞斯的曲子再到披頭士合唱隊的音樂。

各種音樂聲此起彼伏，電子放大器將音樂聲轉換成一根細小的玻璃探針的震動，用來刺激這個毛細胞，模仿耳朵受到的正常聲音刺激。毛細胞頂部的纖毛或者在高音調的小提琴聲中輕輕顫動，或者在震耳的鑼鈸鼓聲中向一邊歪倒，或者在搖漆樂的聲浪中彎腰萎縮，像一株遭遇颶風的小樹。

毛細胞上纖毛的“舞蹈表演”告訴我們，聽力細胞上的纖毛在聽覺中起著關鍵性的作用。研究人員發現纖毛會隨著聲波的機械振動而顫動，機械振動產生的聲波以不同的頻率、強度和持續時間表示出不同的聲音信息，聽覺神經將這些信息傳送到大腦皮層的聽力區域，大腦在瞬時之間對各種聲音信息進行加工處理，無論是音樂聲、水龍頭的滴水聲、人類的聲音，還是我們周圍世界各種各樣的聲音。

毛細胞所起的作用很像是一種小型天線，過去人們一直猜測這種細胞在聽力中起到非常重要的作用，這一理論在醫學臨床診斷中已經得到了證明，許多人的聽力受損都與毛細胞損傷有關。

人類耳蝸中只有16000個毛細胞，相比之下，眼睛視網膜上的感光細胞達到1億個，所以聽力細胞是非常珍貴的。噪聲環境對聽力細胞的損害非常大，如手提電鉆的重擊聲，車輛的尖嘯聲，以及重金屬搖滾樂聲等都對聽力細胞有極大的殺傷力。無論是什么原因引起的聽力損傷，長期置身于噪聲環境中，疾病，遺傳因素，年老(人到了65歲以后一般都會喪失40％的聽力)等，聽力細胞一旦受損是無法再生的。

研究人員多年來在顯微鏡下仔細觀察聽力毛細胞的活動情況，他們發現聽力毛細胞有著兩種與眾不同的特性，即極度的敏感性和極快的速度。

經過數千次的實驗，研究人員已得出結論，聽力毛細胞極其敏感。將聽力毛細胞頂端的纖毛移動一個原子的位置，細胞就會有所反應。這種極短距離的移動，只能由極低的、幾乎聽不見的聲音引起，這種移動就好比將巴黎艾菲爾鐵塔的頂端移動2.5厘米那樣微不足道。

研究人員同時還發現，聽力毛細胞的反應速度極快。聽力毛細胞每秒鐘能夠“開”“關”2萬次，有些動物的聽力細胞甚至更為驚人，如蝙蝠和鯨，它們每秒鐘分辨各種聲音的次數可達20萬次。

相比之下，眼睛中的感光細胞就要慢得多了，比如，當你在看電影時，屏幕上圖像每秒鐘雖然只換24次，但你的眼睛會認為它們是連續發生的，每秒鐘處理2萬次的聽力系統與我們的視覺處理能力相比要快1000倍。

奇妙的嗅覺世界

一天晚上，22歲的醫科學生斯蒂芬在服用了某種影響大腦活動的藥物后，夢見自己變成了一只狗，在他的周圍充滿了各種各樣的氣味，醒來之后這個奇怪的夢似乎還在繼續著，他的世界突然之間充滿了各種各樣強烈的氣味。

那天早晨他走進醫院對醫生說，“我像一只狗一樣地嗅聞氣味，在我還沒走進候診室之前，憑著我所聞到的氣味我就知道里面坐了20位病人。”

他說，“每個人都有一張氣味之‘臉，就像眼睛看到的臉一樣生動明確。”憑著氣味他能識別出當地的各條街道和各個商店，有的氣味讓他愉悅，有的氣味讓他厭惡，但是所有的氣味都是那么強烈，他甚至無法去想別的事情。

幾個星期后，這種奇怪的癥狀消失了，斯蒂芬如釋重負，終于他又能變回一個正常的人了，但他又覺得這是一個“巨大的損失”。幾年后，斯蒂芬成為一個優秀的內科醫生，但是他仍然記得那個“奇妙的嗅覺世界”。他說，“如此生動，如此真實!就像到了另外一個世界。我終于明白，文明的進程和成為人類讓我們失去了什么。”

人類走向文明，成為真正的人，這意味著我們不再需要依賴氣味來生存。多數動物的社交行為都離不了各種氣味和化學信號。狗和老鼠依靠氣味尋找和發現食物，辨明蹤跡和活動領域，識別有親緣關系的同類，尋找能夠接受它們的伴侶。

而人類主要通過眼睛和耳朵來感知世界，我們對氣味信息往往會忽略，即使我們的鼻子告訴我們某些信息，我們也會在不知不覺中壓抑這些信息，我們所受的教育以及在我們的潛意識中，嗅來嗅去似乎是一種不太體面的行為。

但是母親能夠通過氣味認出自己的孩子，新生兒也是通過這種方式來辨認自己母親的。無論我們是否意識到，我們周圍環境中的各種氣味對我們的生活都會產生很大的影響。

氣味具有改變心情的奇異力量，比如，煙斗中裊裊升起的煙霧，一種特別的香水，或者一種早已忘卻的氣味，都會讓我們立即想起過去的某一情景或者某一思緒。

人類一般能夠識別1萬種不同的氣味。我們周圍的環境，如花草樹木，泥土巖石，動物昆蟲，食品食物，工業活動，細菌分解，以及他人等，都會散發出各種帶氣味的分子，但是當我們試圖描述這些數不清的氣味時，我們只能用一些粗略的比喻來表達，比如像玫瑰花香，汗味，氨水味等。

人類文化對嗅覺的不重視從人類語言中也可略見一斑，對于各種氣味我們甚至沒有適當的詞匯來表達它們。曾有人指出，對于各種深淺不同的色調我們都有專門的詞匯來表達它們，但對于各種程度不同的氣味卻找不到適當的詞匯來表達它們。科學家有辦法測量光的波長或者聲音的頻率，但是卻無法用類似的線性標度來測量氣味。

如果一種氣味可以與一種波長相對應，那該多好!但是，氣味沒有這樣的測量尺度，因為各種氣味分子的化學組成和三維形態之間差別太大，根本無法類比。

新技術揭示感覺與大腦之奧秘

幾個世紀以來，科學家們一直夢想著有一天能夠深入人類大腦中一看究竟，了解大腦是如何支配人的各種行為的，比如一個人是如何視物，如何聽聲，如何嗅聞氣味，如何品嘗味道，以及如何通過觸摸來感知事物。

現代科學發展讓人類的這個愿望漸漸得以實現，好幾種成像技術，如PET(正電子發射斷層照相術)，更新更先進的fMRI(功能磁共振成像技術)等，使得人類觀察大腦活動不再是夢。

PET掃描顯示，當接受實驗的志愿者在閱讀屏幕上的詞語時，大腦左側兩個與視覺有關的區域特別活躍，而當受試者通過耳機傾聽單詞時，大腦右側的某個區域活躍起來。

從各種感官傳送到大腦的信息極其迅速，PET和fMRI等腦掃描設備的速度無法跟得上感官和大腦之間傳送信息的速度。如今科學家們使用更先進更快速的掃描技術，如MEG(腦磁描記法)和EEG(腦電描記法)。

這類技術可以瞬時記錄下腦細胞的活動情況，將MRI(核磁共振成像)技術與MEG(腦磁描記法)結合使用可產生大腦各區域在感官受到刺激情況下的立體圖像。最早進行這一實驗的例子是對五個手指觸摸時大腦作出反應的圖像。研究人員發現，一位出生時兩個手指呈蹼狀畸形的病人，觸摸他的這兩個手指，產生反應的那部分大腦圖像是扭曲的，然而，兩個星期后，他的畸形手指經手術分離后，這部分大腦立即識別出來了，大腦圖像基本上恢復正常。

綜合各種現代化的腦檢測手段，科學家們能夠更多地探索有關人類各種感官所感知到的外部世界是如何與大腦進行交流的，這將幫助科學家探索研究大腦各部分是如何對各種信息進行協同處理的，更令人振奮的是，將來終有一天，科學家會發現各種感官信息是如何最終轉變成我們的意識和思維的。