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盲人能像蝙蝠那樣,用聲納來定位嗎?這個人做到了!

2月
06
2018

2018年2月06日19時 今日科學 果殼網

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(文/Ed Yong)

現年50歲的丹尼爾•基什(Daniel Kish)在十三個月大的時候便因眼癌失去了光明,但他看起來一點也不像個盲人。他可以獨自在城市裡散步,或去徒步旅行,甚至還能騎山地車、打籃球。目前,他正在和28歲的布萊恩•布施威(Brian Bushway)一起教其他失明的年輕人做這些工作。布施威在14歲時因視神經萎縮而失明,但他和基什一樣,找到了彌補視力的方法。

Daniel Kish,圖片來自jayforce

基什和布施威都學會了利用聲納來定位。他們用舌頭髮出咔噠聲,然後用耳朵聽這些聲音碰到物體後的回聲,這樣便可以像海豚和蝙蝠那樣用聲音「看」世界。也有其他的一些人可以用回聲定位,他們有些是像布施威那樣在比較大的時候學會的,有些則和基什一樣在很小的時候就掌握了這種本領,這些人或用手杖這樣的小道具發出聲音,或直接用舌頭髮出咔噠聲。

這些回聲包含著很多信息,他們通過回聲不僅能知道物體的位置,還能知道它們與自己的距離,以及它們的大小、形狀甚至質地。科學家通過對這些人的研究,知道了許多關於他們的能力範圍及局限性的東西,但是到目前為止,還沒有人研究過他們的大腦是如何對回聲進行處理的。

來自西安大略大學的勞爾•泰勒(Lore Thaler)等人做了這方面的研究,他們發現布施威和基什處理這些回聲時用到的是大腦與視覺相關的部分,而非與聽覺有關的部分。

泰勒最初打算使用功能性磁共振成像(fMRI)技術對布施威和基什的大腦進行掃描,這種掃描技術可顯示他們對回聲做出反應時大腦比較活躍的部分。但是這樣有一個問題,磁共振成像掃描儀是長長的幽閉管道,受試者做掃描時,需要帶上耳塞並且不能大幅度移動頭部。對回聲定位者來說,這並非自然的環境。

泰勒和他的這兩位志願者一起想出了解決這個問題的辦法,即用小型麥克風錄下他們發出的咔噠聲,然後讓他們躺在掃描儀內,將這些錄音播放給他們聽。這些錄下的回聲和自然環境中一樣,基什和布施威能根據它們分辨出像帳篷支柱這樣的物體。

泰勒向基什和布施威播放了不同的回聲錄音,並通過磁共振掃描儀觀察他們大腦的活動,同時用兩個視力正常不能用回聲定位的男性做對照。這四個人聽到錄音時,他們的聽覺皮層都表現得很活躍,聽覺皮層是大腦里負責聽覺的區域,所以這點在意料之中。

在布施威和基什的腦中,還有其他的變化。布施威聽到回聲時,他的距狀裂皮質——一般處理視覺信息的區域,變得活躍,基什的表現甚至更強。當他們聽到移動的目標傳回的回聲時,他們大腦與運動有關的區域表現出活性。而兩個視力正常的志願者均沒有這些表現,對他們來講,這些聲音只是噪音而已。

已有許多研究表明盲人的大腦可以自動進行調整來適應他們的狀況,大腦中原本負責視覺的區域擔任了新的角色,現在看起來似乎距狀裂皮質是對回聲做出反應的特定區域。基什和布施威聽到柔和的回聲時,與聽到沒有回聲的錄音相比,雖然聽覺皮層反應相似,但矩狀裂皮質會有所不同,這表明他們已經將這部分大腦的功能由處理視覺信息變成了處理回聲。

在這個實驗中他們的大腦反應是一致的,但基什使用回聲定位的時間比布施威長了三十多年,而且最初開始使用時的年齡更小,這在掃描中有所表現。基什的距狀裂皮質對回聲的反應更強,甚至還表現出了偏手性,當回聲從左邊傳來時,他右邊的距狀裂皮質做出了反應,而回聲從右邊傳來時,則由左邊距狀裂皮質做出反應。

泰勒將基什和布施威與視力正常的人進行了比較,而沒有選擇不會回聲定位的盲人,因此目前尚不清楚是不是大多數盲人在某種程度上都會回聲定位。然而,基什和布施威只有在聽到自己發出聲音的回聲時距狀裂皮質才變得活躍,這表明這個區域是專門用來處理回聲的。

泰勒的實驗結果也許能夠解釋為什麼視力正常的人一般都不善於應用回聲定位。一個很顯然的解釋就是盲人的聽覺更敏銳,能更好地分辨這些回聲。但是即便基什和布施威的聽覺相似,前者比後者的聲納定位更為複雜,所以可以說,盲人用回聲定位更頻繁,所以做得更好。另外一個解釋是回聲定位有可能和視覺在爭奪大腦的同一個區域——距狀裂皮質。也許至少在人類,二者不能輕易並存。

這項研究僅僅是個開始,對於回聲定位還有很多有待於深入了解的東西,而且泰勒僅僅研究了兩個對象。但目前來說,我們至少知道了聲納定位是一種可通過訓練形成的技能,在幫助盲人和視力損壞的人群方面有著廣闊的應用前景。

這正是基什和布施威正在做的事。他們成立了自己的組織,教盲人們使用回聲定位。到2011年,這個組織已惠及了來自全球18個國家的2500個人。

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