我们如何感知世界

编译／方陵生

我们能够在瞬间将熟悉的朋友认出来，无论看到的是正面脸形，还是侧面轮廓，水或仅仅只是一个背影；我们能够区别数百万种不同的色彩和一万种不同的气味；我们能够感觉得到哪怕一根羽毛掠过我们的皮肤。这一切做起来似乎都不费吹灰之力，只要我们用眼睛看，用耳朵倾听，就能感知世间万物。我们是怎么做到的呢?

所有的感觉来自大脑

我们通过各种感觉感知世界。我们所看到的、听到的、感觉到的、闻到的或者尝到的所有信息通过无数的感觉细胞传送到大脑，经过复杂的处理后反馈出来，就形成了我们对世界的认识。

通常我们认为人的感觉有五种：视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉。它们让我们了解到周围丰富多彩的世界。但是现在科学家认为我们还有其他几种感觉，比如疼痛、压力、温度、运动等，也是我们对外部世界的感觉，这几种感觉都可以归入“触觉”之中，主管这部分感觉的大脑叫做躯体感觉区域，这些感觉指的是除视觉、味觉、听觉和其他基本感觉器官外身体各部分的感觉。

虽然我们对各种感觉早已习以为常，不足为奇，但是每一种人体感觉都是非常珍贵、无可替代的。通常人们认为，与其他感官残缺比较起来，失明是最为可怕的，但是聋哑可能是更为严重的残疾，特别是在生命的初期，人生之初是小孩开始学习语言、学会与世界沟通的宝贵时期。

这也正是海伦·凯勒为什么那么了不起的原因，出生19个月时的一场大病，使她失去了视力和听力，几乎刚来到人世间，面对的就是一片黑暗的无声世界。她的老师安妮·苏莉文将她从这种可怕的黑暗和孤独中救了出来，她通过在小女孩的手心中击打发出各种信号，告诉她世间万物都有名称，字母可以组成字词，人们用它们来表达愿望和想法。

海伦·凯勒后来成为一名作家，她的事迹成为残疾人的榜样。海伦的成就归功于她的毅力以及老师和家庭的帮助，但同时也说明当人失去某一种感官时(对于海伦而言是两种)，另一种感官(对于海伦而言是触觉)通过训练有可能得到强化，用来弥补失去的功能，至少可以部分地得到弥补。

事实上，我们人类的感官并不能感知外部物理世界的所有特征，比如蜜蜂能够看见紫外线光，而我们人类就无法看到；响尾蛇能够看见红外线光，我们人类也无法看到。我们的神经系统对于光谱波长等特征的识别是有所选择的，这一切都受到我们的基因、过去的经验以及当时的注意程度等因素的限制和影响。

对于习以为常的静物我们可能会视而不见，听惯了的周围的熟悉声音不再引起注意，厚运动衫穿上身与皮肤接触的感觉也会很快被忽略。我们的触觉细胞～开始非常警觉，它似乎渴望一种新奇感，过一会儿它的反应就会淡薄，似乎在说：“噢，还是那样”，于是便不再在意。正因为这样我们才不会老是集中在某一件事上而影响我们正常的生活、学习和工作。

如果周围环境有所变化，我们就会注意，因为这也许意味着危险或者机会。比如一只蚊子落在你的腿上，腿上的触觉细胞会立即将信息传送到大脑的特定部位，大脑瞬间就作出反应，我们会准确地在蚊子停留的部位将它拍死。大脑各个区域分管着身体各部分，我们的手臂和腿脚虽然占着身体很大比例，但在大脑中所占的比例却很小；相反，我们的脸和手却相对敏感和复杂，在大脑中占有较大的比例，特别是我们指尖的反应最为敏感。

我们如何感知色彩

当一个红色的球向我们滚过来的时候，我们立刻看到它的颜色、形状以及它的运动，但是大脑处理这些信息却是分开来做的。如果将神经元比做计算机的话，那么它的速度是比较慢的，从输入到输出需要几毫秒的时间，但是我们却能在瞬间看到东西，这是因为我们的感官系统对于多重信息是并行处理的。

视杆细胞是视网膜上的光感受细胞，它让我们即使在朦胧的夜晚也能看见暗淡的星光。很多人不明白为什么我们在晚上看不清物体的颜色，这是因为能让我们在暗淡的光线下视物的视杆细胞虽然能让我们看清物体的形状，却无法分辨颜色。

人的视网膜上还有另一种感光细胞，叫做视锥细胞，它能让我们在强光下看清东西，而且能够分辨颜色。视杆细胞和视锥细胞在视网膜上的分布并不均匀，视杆细胞比视锥细胞多得多，其比例为10:1，视锥细胞主要集中在视网膜的中央凹处，虽然视网膜的中央凹处对视力好坏起着决定性的作用，但是它对光的敏感性却不如视网膜的边缘区域。

我们如何看见物体移动

正常的人都能看见物体移动的过程，除非是得了一种叫做运动盲的眼病。一位有这种视力缺陷的病人在将咖啡往杯子里倒的时候遇到了麻烦，她对医生说，她可以清楚地看见杯子的颜色和形状，它摆放在桌子上的位置，但她就是无法将咖啡顺利倒入杯子里，在倒的时候，流动的咖啡在她眼里就像冻住了的瀑布，她看不见它在运动，咖啡就会从杯口溢出来。

如果她要出门就更麻烦了，例如，她无法过马路，因为她看不见车辆的运动，车子会突然出现在她的面前。即使在屋子里走动的人也会给她带来困惑，因为她“根本没有看见他们移动，人就突然出现在面前了”。

这位女子患的是一种罕见的运动盲，这是她在一次中风后留下的后遗症。她大脑中的某一部分受到了损伤，她失去了看见物体空间移动的视觉能力。对于许多动物来说，这种能力是生存所不可缺少的，无论是食肉动物还是它们的猎物，都需要具有这种迅速判断物体移动的能力。

事实上，有的动物比如青蛙等简单的脊椎动物只有当物体移动时它们才能看见。一只青蛙面对一只吊在绳子上一动不动的死苍蝇，即使它非常饥饿，也会无动于衷，视而不见。它的视网膜上专门用来“发现昆虫”的视觉细胞生来只能对运动中的物体作出反应。这只青蛙也许会饿死，却丝毫不知救命的食物就在它眼前。

青蛙的视网膜能够直接观察物体的运动，而人类和其他一些灵长类动物的视网膜却没有这样的能力。研究人员说，“越是低等的动物，其视网膜越是聪明。”虽然人类的视网膜并非完美，但是人类无所不能的大脑完全可以弥补这一缺陷，感官系统与高度专门化的神经系统保持着联系，对物体的运动进行分析和判断。前面所说的那位女病人正是因为这样的通道被损坏，才导致了运动盲。

我们在电影院看电影时，放映机每秒钟放24帧照片，投影在幕布上的实际上都是一张张静止的图片，我们眼睛所看到的运动着的图像，从根本上来说是不动的。我们之所以会产生图像在动的幻觉是因为我们大脑的处理系统将快速变换的图片混合起来了，看上去就像在连续运动。但是，对于那位女病人来说，她的大脑受损后就不再具有这一功能，无论是在日常生活中，还是在电影院里，她所能看到的只是一系列静止的影像或者画面。

颤动的毛细胞让我们拥有听力

在美国的一个实验室里曾上演过一场别开生面的“舞蹈表演”，“明星表演家”不是人，而是在高倍显微镜下

被放大许多倍的一个毛细胞，是从一只牛蛙耳朵里取出来的，细胞的顶部有一簇明显的细细的纤毛。

研究人员给这位不同寻常的“舞蹈演员”配乐，从贝多芬的第五交响曲到斯特劳斯的曲子再到披头士合唱队的音乐。

各种音乐声此起彼伏，电子放大器将音乐声转换成一根细小的玻璃探针的震动，用来刺激这个毛细胞，模仿耳朵受到的正常声音刺激。毛细胞顶部的纤毛或者在高音调的小提琴声中轻轻颤动，或者在震耳的锣钹鼓声中向一边歪倒，或者在摇漆乐的声浪中弯腰萎缩，像一株遭遇飓风的小树。

毛细胞上纤毛的“舞蹈表演”告诉我们，听力细胞上的纤毛在听觉中起着关键性的作用。研究人员发现纤毛会随着声波的机械振动而颤动，机械振动产生的声波以不同的频率、强度和持续时间表示出不同的声音信息，听觉神经将这些信息传送到大脑皮层的听力区域，大脑在瞬时之间对各种声音信息进行加工处理，无论是音乐声、水龙头的滴水声、人类的声音，还是我们周围世界各种各样的声音。

毛细胞所起的作用很像是一种小型天线，过去人们一直猜测这种细胞在听力中起到非常重要的作用，这一理论在医学临床诊断中已经得到了证明，许多人的听力受损都与毛细胞损伤有关。

人类耳蜗中只有16000个毛细胞，相比之下，眼睛视网膜上的感光细胞达到1亿个，所以听力细胞是非常珍贵的。噪声环境对听力细胞的损害非常大，如手提电钻的重击声，车辆的尖啸声，以及重金属摇滚乐声等都对听力细胞有极大的杀伤力。无论是什么原因引起的听力损伤，长期置身于噪声环境中，疾病，遗传因素，年老(人到了65岁以后一般都会丧失40％的听力)等，听力细胞一旦受损是无法再生的。

研究人员多年来在显微镜下仔细观察听力毛细胞的活动情况，他们发现听力毛细胞有着两种与众不同的特性，即极度的敏感性和极快的速度。

经过数千次的实验，研究人员已得出结论，听力毛细胞极其敏感。将听力毛细胞顶端的纤毛移动一个原子的位置，细胞就会有所反应。这种极短距离的移动，只能由极低的、几乎听不见的声音引起，这种移动就好比将巴黎艾菲尔铁塔的顶端移动2.5厘米那样微不足道。

研究人员同时还发现，听力毛细胞的反应速度极快。听力毛细胞每秒钟能够“开”“关”2万次，有些动物的听力细胞甚至更为惊人，如蝙蝠和鲸，它们每秒钟分辨各种声音的次数可达20万次。

相比之下，眼睛中的感光细胞就要慢得多了，比如，当你在看电影时，屏幕上图像每秒钟虽然只换24次，但你的眼睛会认为它们是连续发生的，每秒钟处理2万次的听力系统与我们的视觉处理能力相比要快1000倍。

奇妙的嗅觉世界

一天晚上，22岁的医科学生斯蒂芬在服用了某种影响大脑活动的药物后，梦见自己变成了一只狗，在他的周围充满了各种各样的气味，醒来之后这个奇怪的梦似乎还在继续着，他的世界突然之间充满了各种各样强烈的气味。

那天早晨他走进医院对医生说，“我像一只狗一样地嗅闻气味，在我还没走进候诊室之前，凭着我所闻到的气味我就知道里面坐了20位病人。”

他说，“每个人都有一张气味之‘脸，就像眼睛看到的脸一样生动明确。”凭着气味他能识别出当地的各条街道和各个商店，有的气味让他愉悦，有的气味让他厌恶，但是所有的气味都是那么强烈，他甚至无法去想别的事情。

几个星期后，这种奇怪的症状消失了，斯蒂芬如释重负，终于他又能变回一个正常的人了，但他又觉得这是一个“巨大的损失”。几年后，斯蒂芬成为一个优秀的内科医生，但是他仍然记得那个“奇妙的嗅觉世界”。他说，“如此生动，如此真实!就像到了另外一个世界。我终于明白，文明的进程和成为人类让我们失去了什么。”

人类走向文明，成为真正的人，这意味着我们不再需要依赖气味来生存。多数动物的社交行为都离不了各种气味和化学信号。狗和老鼠依靠气味寻找和发现食物，辨明踪迹和活动领域，识别有亲缘关系的同类，寻找能够接受它们的伴侣。

而人类主要通过眼睛和耳朵来感知世界，我们对气味信息往往会忽略，即使我们的鼻子告诉我们某些信息，我们也会在不知不觉中压抑这些信息，我们所受的教育以及在我们的潜意识中，嗅来嗅去似乎是一种不太体面的行为。

但是母亲能够通过气味认出自己的孩子，新生儿也是通过这种方式来辨认自己母亲的。无论我们是否意识到，我们周围环境中的各种气味对我们的生活都会产生很大的影响。

气味具有改变心情的奇异力量，比如，烟斗中袅袅升起的烟雾，一种特别的香水，或者一种早已忘却的气味，都会让我们立即想起过去的某一情景或者某一思绪。

人类一般能够识别1万种不同的气味。我们周围的环境，如花草树木，泥土岩石，动物昆虫，食品食物，工业活动，细菌分解，以及他人等，都会散发出各种带气味的分子，但是当我们试图描述这些数不清的气味时，我们只能用一些粗略的比喻来表达，比如像玫瑰花香，汗味，氨水味等。

人类文化对嗅觉的不重视从人类语言中也可略见一斑，对于各种气味我们甚至没有适当的词汇来表达它们。曾有人指出，对于各种深浅不同的色调我们都有专门的词汇来表达它们，但对于各种程度不同的气味却找不到适当的词汇来表达它们。科学家有办法测量光的波长或者声音的频率，但是却无法用类似的线性标度来测量气味。

如果一种气味可以与一种波长相对应，那该多好!但是，气味没有这样的测量尺度，因为各种气味分子的化学组成和三维形态之间差别太大，根本无法类比。

新技术揭示感觉与大脑之奥秘

几个世纪以来，科学家们一直梦想着有一天能够深入人类大脑中一看究竟，了解大脑是如何支配人的各种行为的，比如一个人是如何视物，如何听声，如何嗅闻气味，如何品尝味道，以及如何通过触摸来感知事物。

现代科学发展让人类的这个愿望渐渐得以实现，好几种成像技术，如PET(正电子发射断层照相术)，更新更先进的fMRI(功能磁共振成像技术)等，使得人类观察大脑活动不再是梦。

PET扫描显示，当接受实验的志愿者在阅读屏幕上的词语时，大脑左侧两个与视觉有关的区域特别活跃，而当受试者通过耳机倾听单词时，大脑右侧的某个区域活跃起来。

从各种感官传送到大脑的信息极其迅速，PET和fMRI等脑扫描设备的速度无法跟得上感官和大脑之间传送信息的速度。如今科学家们使用更先进更快速的扫描技术，如MEG(脑磁描记法)和EEG(脑电描记法)。

这类技术可以瞬时记录下脑细胞的活动情况，将MRI(核磁共振成像)技术与MEG(脑磁描记法)结合使用可产生大脑各区域在感官受到刺激情况下的立体图像。最早进行这一实验的例子是对五个手指触摸时大脑作出反应的图像。研究人员发现，一位出生时两个手指呈蹼状畸形的病人，触摸他的这两个手指，产生反应的那部分大脑图像是扭曲的，然而，两个星期后，他的畸形手指经手术分离后，这部分大脑立即识别出来了，大脑图像基本上恢复正常。

综合各种现代化的脑检测手段，科学家们能够更多地探索有关人类各种感官所感知到的外部世界是如何与大脑进行交流的，这将帮助科学家探索研究大脑各部分是如何对各种信息进行协同处理的，更令人振奋的是，将来终有一天，科学家会发现各种感官信息是如何最终转变成我们的意识和思维的。