蝙蝠是如何处理杂音信号的

船 舷

近年来，仿生学研发成绩斐然，如将海豚体形与皮肤在水中游动时不产生紊流的原理应用到潜水艇的设计上，利用苍蝇的灵敏嗅觉和复眼功能制造出气味分析仪和蝇眼照相机，依照电鳗放电的原理发明了多功能伏特电池，从萤火虫的发光器中获得纯荧光素和荧光酶而制造出荧光灯……

其中，最了不起的当属根据蝙蝠回声定位功能而发明的雷达与声呐系统。

神奇的蝙蝠应了中国一句谚语：有古怪的相貌，必有古怪的能耐。早在一个多世纪前，人们就对它们精准定位的本领惊诧不已，当时有人说蝙蝠视觉超强，有人说是它们嗅觉一流。为了找出答案，科学家对此进行了两次专门实验。

第一次实验时，科学家在一处密封的大型仓库里胡乱地拉了许多绳子，绳子上系着许多一碰即响的铃铛。他们把几只蝙蝠的眼睛蒙上，让它们任意飞翔。结果蝙蝠飞了两个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它们竟然一根也没碰着。

第二次实验时，科学家把几只蝙蝠的耳朵塞上;把另外几只蝙蝠的嘴封住，让它们在黑暗的仓库里飞。这下惨啦！蝙蝠们就像没头苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子上的铃铛响个不停……

蝙蝠的秘密被初步揭开了，它们在黑夜里飞行，靠的不是视觉与嗅觉，它们是用嘴和耳朵配合起来探路的。

直到20世纪40年代初，两位美国科学家才基本弄清蝙蝠的回声定位功能。蝙蝠之所以能够在茫茫黑夜准确捕到飞蛾，是因为它们一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这是一种频率极高的声波，超过了人类的听觉范围。它是一种天然雷达波，不过是以声波代替电磁波，在原理方面完全相仿。两位科学家使用一种特制的电子设备，在蝙蝠飞行时，将它们所发的高频率声波记录下来。这种声波碰到障碍物，必然折回，蝙蝠就可以根据这种返回的声波准确定位前方的物体。并且每只蝙蝠有其固有的频率，这样蝙蝠可分清自己的声音，成群行动时不致发生碰撞或混乱。

上述研究是对蝙蝠神奇功能的初步破译，换句话说，还只是知其然而不知其所以然。

世界著名蝙蝠专家、美国布朗大学的神经心理学教授史蒂文·笛卡尔和詹姆斯·西蒙斯一直在研究，声波是如何通过蝙蝠大脑中的某个区域进行加工的，他们想从深层机制上破解蝙蝠的回声定位功能。

通过观察实验及标本解剖，他们发现在蝙蝠的大脑中专门负责处理声波信号的听觉皮层内有声音主题区，其中具有能够清晰辨别其飞行路线上的障碍物及昆虫的具体尺寸、形状和飞行方式的神经细胞。他们称之为缓调节神经元，它是蝙蝠回声定位功能的指挥中枢。

为了获取更有说服力的证据，笛卡尔和西蒙斯在密闭的实验空间内放置很多不易察觉的细金属丝，放飞蝙蝠后他们将蝙蝠最喜欢吃的一种蠕虫及与蠕虫形状、密度相同的仿制物一同抛向空中。

结果显示，蝙蝠们能毫不费力地躲过金属丝与冒充的猎物，准确捕获蠕虫。据此两位科學家确信，蝙蝠的缓调节神经元不仅可以定位，而且还能描绘它们飞行路线前方物体的清晰图像。每当蝙蝠发现潜在的猎物，它们的叫声就会变短但频率加快，这无疑是在激活缓调节神经元细胞，使其进入最佳状态。此时，前方的动态图像便在它们的大脑里生成了，它们完全是按图索骥，任何干扰都不会影响它们的行动。

缓调节神经元细胞为什么能像画笔一样描绘图像呢？原来它们各司其职，分工明确，一部分负责远距离的缓调回声，一部分负责近距离的缓调回声。缓调节神经元中枢能根据需要随时开启变换这两个功能。

史蒂文·笛卡尔说：“这种调节功能有助于蝙蝠确定其所观察到的物体是如何相互联系在一起的，这种功能与用计算机分析物体的原理相同。”

詹姆斯·西蒙斯则表示，虽然还无法确定蝙蝠大脑生成图像的所有环节，但可以肯定的是，蝙蝠真的具有为感知到的景物进行排序编码绘图的本领，在某种意义上它甚至超越了某些高级动物的记忆本能。

（编辑 文 墨）