介绍
我们的感官就像超能力,帮助我们感知世界,计划,决定,并对我们遇到的一切做出反应。有时我们计划我们的反应;其他时候,我们反应如此之快,以至于我们甚至没有想到它。这种不同的反应是由于大脑的组织方式。视觉是一种宝贵的力量,使我们能够解释世界。视觉向我们展示了一个拥有无数颜色和形状的世界,丰富的线索使我们能够了解自己的位置和身体的方向,安全地绕过障碍物,避免危险。
漫画超级英雄的力量往往超出人类的能力。其中一些是我们所没有的技能,但其他动物确实拥有,例如飞行,超级力量以及增强或新的感官。你有没有想过超人如何确切地知道某人何时何地面临危险?超人最重要的超能力是超听觉!他可以听到呼救声,炸弹滴答作响,甚至还有一辆失控的汽车,无论他们有多远。想象一下,能够远距离聆听声音并准确知道它们来自哪里!在现实生活中,蝙蝠也有这种超能力的版本!
蝙蝠是第二大哺乳动物群,也是唯一能够飞行的哺乳动物。蝙蝠使用一种名为"特殊能力"进行导航回声定位
蝙蝠使用声音绘制周围环境的能力。.它们发出声音,并利用回声来定位周围的障碍物。如果我们能学会这种能力,我们的大脑将如何重新调整?在没有视觉提示的情况下,我们如何决定采取哪些行动,甚至检测周围环境中的物体?人类和蝙蝠的共同点会比人们想象的更多吗?火车轨道地图大脑大脑负责存储、解释和组织我们通过感官从世界接收的所有信息。这些信息几乎可以立即转化为反应、运动或行为。例如,我们的大脑可以捕捉视觉线索,并移动我们的身体来躲避向我们的东西,而这些东西往往不需要我们去想它。这是如何发生的?
视网膜是我们眼球后部的一层,对光敏感,它从环境中捕获视觉信息并将其转化为电活动。这种电活动沿着称为神经元
在大脑不同部位之间传递电信息的脑细胞。,到大脑。你可以把大脑想象成一个大型的火车网络。乘客是来自视网膜的电能,它将沿着由神经元组成的轨道行进,经过各个火车站-大脑中发生不同处理水平的区域。视觉信息的最后一站是大脑的一部分,称为初级视觉皮层位于大脑后部的大脑区域,对于处理视觉信息至关重要。,这使我们能够意识到我们所看到的。我们的每个感官在大脑中都有自己的铁路线和车站。偶尔,这些线会相交,我们的感官和记忆之间的相互作用可以补充通过我们的眼睛获取的视觉信息(图1)。图1-大脑可以想象成一个火车网络,其中来自环境的信息被处理以在大脑中创建特定的"地图",以便来自我们各种感官的信息跟随。
人类的大脑有一个非常特殊的组织:火车轨道非常精确,因此它们在通往最后一站的路上通过适当的大脑站严格调节信息的传输。此组织称为地形图
大脑的精确组织,其中神经元以特定的大脑区域为目标来构建大脑图谱。.这就像特定火车上的每位乘客都需要一张预定目的地的火车票,这样就不会有人错误地去错地方。大脑以这种方式组织,因此来自感官的信息不会混淆,并且可以非常具体和详细。例如,通过大脑中不同站点的适当电活动流动使我们能够看到颜色,边界,透视和深度,并非常精确地感知形状和运动。回声定位:蝙蝠的超能力大约年前,一位名叫LazaroSpallanzani的研究人员是第一个研究蝙蝠回声定位的人。他注意到,即使在完全没有光线的情况下,蝙蝠也从未与障碍物相撞[1]。今天,我们知道蝙蝠,海豚和鲸鱼使用回声定位。这些动物可以发出人类可以听到的更高(蝙蝠)或更低(海豚和鲸鱼)的频率。这些声音在环境中传播,当它们遇到障碍物时,它们会反弹并返回到动物的耳朵,以帮助它们了解周围的环境。这些动物发出的声音被称为发声
动物用嘴巴发出的声音。和返回的声音被称为回声撞击障碍物后声音的反射。.声音在具有不同障碍的环境中表现不同。根据环境变化的声音的一个特征称为几何传播
声音在空间中传播的距离。.几何传播是指声音扩散的距离。声音在空气中传播得越远,它就越弱。物体也以不同的方式吸收和反射声音。例如,如果你敲一扇木门,然后敲一扇金属门,你可以注意到声音是不同的。想象一下,能够分辨出从树上,苍蝇甚至鸟身上反弹的回声!这正是蝙蝠能做到的!他们发声,这样,在听到回声时,他们确切地知道前方是什么。它们可以确定物体的距离,以及物体的高度和大小(图2)。图2-回声定位如何工作?
蝙蝠可以发出人类听不到的高频声音。这些声音在空气中传播,直到它们与障碍物碰撞。这些声音从障碍物上反弹回来,回到蝙蝠的耳朵里,帮助它们导航。如果声音从树上反弹,蝙蝠就会绕着它转。如果声音从虫子或任何其他类型的食物中反弹,蝙蝠可以向它移动。
回声定位是一种重要的工具,可以帮助蝙蝠绕过障碍物,进行交流并找到食物[2]。蝙蝠已经拥有这种技能数百万年了,它们已经发展出像大耳朵这样的结构,可以帮助它们解释回声。每种蝙蝠物种以不同的速率,语调和频率发声,这与它们吃的食物类型有关。有些蝙蝠以水果,昆虫,花蜜,鱼类和血液为食,还有小型脊椎动物,如老鼠和蜥蜴。但是人类呢?人类可以使用回声定位吗?
盲人使用回声定位!研究表明,盲人可以使用回声定位来避开障碍物。根据一项研究,两个在年轻时失明的盲人学会了用嘴巴咔哒声作为回声定位器来检测周围的物体!科学家们测量了这些人的大脑功能,当时他们正在回声定位他们面前的物体。科学家们将两个盲人的结果与两个视力正常的人的结果进行了比较。科学家们发现,与视力正常的参与者相比,这两名盲人参与者在听到回声并定位物体时,在大脑的视觉皮层内表现出更高的大脑活动。然而,在视力正常的和失明的参与者之间,在大脑的听觉(听觉)区域内没有观察到大脑活动的差异[3]。
诸如嘴巴咔嗒声,说话,口哨声,嗡嗡声,脚步声或敲击手杖之类的噪音允许盲人使用回声定位并检测距离精度为40厘米的物体。它们可以注意到4°或更高的角度变化。因此,能够进行回声定位的人可以检测物体是向左还是向右移动。它们还可以精确定位目标并区分不同大小的物体(图3)[3]!
图3-在盲人中,大脑中的"轨道"被重新组织,因此声音信号可以沿着视觉轨道传播到初级视觉皮层。
神经元的这种重排允许盲人使用回声定位来识别前方物体的距离,大小和位置。这种能力是由于大脑地图重组,允许声音建立视觉轨道。
失明改变大脑中的"地图"在整个生命中,视力正常的人会在他们的大脑中建立特殊的地图,特别是主要视觉皮层。这意味着神经元的连接方式为光产生的电信号绘制出特定方向。同样,通过使用我们的听力,我们还在大脑中构建了特定的地图,将声音信息带到另一个称为初级听觉皮层的区域。以前,科学家们认为这些神经图谱只有在我们使用这些特定的感官时才能形成。然而,在没有一种感觉的情况下,例如在失明中发生的情况,这些大脑图谱会重塑自己,以便大脑能够适应。这种重塑大脑中神经元通路的过程被称为神经可塑性
大脑中神经元重塑自身并建立不同连接的能力。.例如,具有令人难以置信的回声定位能力的盲人使用声音来构建视觉的大脑图谱。想象一下,这就像听力铁路网络建造新的轨道,以到达主要的视觉皮层-视觉铁路线上的最后一站!因此,这条新创建的大脑轨道线可以通过使用发出的声音的回声来制作周围空间的"图片"。科学家发现,盲人使用声音构建的视觉地图与由正常视力人群的视觉信息形成的视觉地图非常相似。盲人的回声定位能力越强,他们的视觉地图与视力正常的人的相似性就越大[4]。结论对蝙蝠的科学研究为我们的日常生活带来了许多改善,从阻止血液凝固的药物到声纳的发现,这些发现强调了保存和保护蝙蝠及其栖息地的重要性。对蝙蝠的回声定位超能力的研究有助于改善盲人的生活,也有助于我们理解当视觉不可用时大脑中发生的变化。大脑中神经轨迹的重塑在盲人失去视力后不久就开始发生,当时他们开始使用声音来导航他们的环境。事实上,回声定位甚至可以被能看的人学习。我们所需要的只是一些练习和