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盲人有奇招,声纳来定位
#前沿
(文/Ed Yong)现年44岁的丹尼尔•基什(Daniel Kish)在十三个月大的时候便因眼癌失去了光明,但他看起来一点也不像个盲人。他可以独自在城市里散步,或去徒步旅行,甚至还能骑山地车、打篮球。目前,他正在和28岁的布莱恩•布施威(Brian Bushway)一起教其他失明的年轻人做这些工作。布施威在14岁时因视神经萎缩而失明,但他和基什一样,找到了弥补视力的方法。 基什和布施威都学会了利用声纳来定位。他们用舌头发出咔哒声,然后用耳朵听这些声音碰到物体后的回声,这样便可以像海豚和蝙蝠那样用声音“看”世界。也有其他的一些人可以用回声定位,他们有些是像布施威那样在比较大的时候学会的,有些则和基什一样在很小的时候就掌握了这种本领,这些人或用手杖这样的小道具发出声音,或直接用舌头发出咔哒声。 这些回声包含着很多信息,他们通过回声不仅能知道物体的位置,还能知道它们与自己的距离,以及它们的大小、形状甚至质地。科学家通过对这些人的研究,知道了许多关于他们的能力范围及局限性的东西,但是到目前为止,还没有人研究过他们的大脑是如何对回声进行处理的。 来自西安大略大学的劳尔•泰勒(Lore Thaler)等人做了这方面的研究,他们发现布施威和基什处理这些回声时用到的是大脑与视觉相关的部分,而非与听觉有关的部分。 泰勒最初打算使用功能性磁共振成像(fMRI)技术对布施威和基什的大脑进行扫描,这种扫描技术可显示他们对回声做出反应时大脑比较活跃的部分。但是这样有一个问题,磁共振成像扫描仪是长长的幽闭管道,受试者做扫描时,需要带上耳塞并且不能大幅度移动头部。对回声定位者来说,这并非自然的环境。 泰勒和他的这两位志愿者一起想出了解决这个问题的办法,即用小型麦克风录下他们发出的咔哒声,然后让他们躺在扫描仪内,将这些录音播放给他们听。这些录下的回声和自然环境中一样,基什和布施威能根据它们分辨出像帐篷支柱这样的物体。 泰勒向基什和布施威播放了不同的回声录音,并通过磁共振扫描仪观察他们大脑的活动,同时用两个视力正常不能用回声定位的男性做对照。这四个人听到录音时,他们的听觉皮层都表现得很活跃,听觉皮层是大脑里负责听觉的区域,所以这点在意料之中。 在布施威和基什的脑中,还有其他的变化。布施威听到回声时,他的距状裂皮质——一般处理视觉信息的区域,变得活跃,基什的表现甚至更强。当他们听到移动的目标传回的回声时,他们大脑与运动有关的区域表现出活性。而两个视力正常的志愿者均没有这些表现,对他们来讲,这些声音只是噪音而已。 已有许多研究表明盲人的大脑可以自动进行调整来适应他们的状况,大脑中原本负责视觉的区域担任了新的角色,现在看起来似乎距状裂皮质是对回声做出反应的特定区域。基什和布施威听到柔和的回声时,与听到没有回声的录音相比,虽然听觉皮层反应相似,但矩状裂皮质会有所不同,这表明他们已经将这部分大脑的功能由处理视觉信息变成了处理回声。 在这个实验中他们的大脑反应是一致的,但基什使用回声定位的时间比布施威长了三十多年,而且最初开始使用时的年龄更小,这在扫描中有所表现。基什的距状裂皮质对回声的反应更强,甚至还表现出了偏手性,当回声从左边传来时,他右边的距状裂皮质做出了反应,而回声从右边传来时,则由左边距状裂皮质做出反应。 泰勒将基什和布施威与视力正常的人进行了比较,而没有选择不会回声定位的盲人,因此目前尚不清楚是不是大多数盲人在某种程度上都会回声定位。然而,基什和布施威只有在听到自己发出声音的回声时距状裂皮质才变得活跃,这表明这个区域是专门用来处理回声的。 泰勒的实验结果也许能够解释为什么视力正常的人一般都不善于应用回声定位。一个很显然的解释就是盲人的听觉更敏锐,能更好地分辨这些回声。但是即便基什和布施威的听觉相似,前者比后者的声纳定位更为复杂,所以可以说,盲人用回声定位更频繁,所以做得更好。另外一个解释是回声定位有可能和视觉在争夺大脑的同一个区域——距状裂皮质。也许至少在人类,二者不能轻易并存。 这项研究仅仅是个开始,对于回声定位还有很多有待于深入了解的东西,而且泰勒仅仅研究了两个对象。但目前来说,我们至少知道了声纳定位是一种可通过训练形成的技能,在帮助盲人和视力损坏的人群方面有着广阔的应用前景。 这正是基什和布施威正在做的事。他们成立了自己的组织,教盲人们使用回声定位,这个组织已惠及了来自全球18个国家的2500个人。 博主介绍: Ed Yong,著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班,晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。