但有时,这些预设的捷径会帮倒忙,使得我们产生了视觉错觉。
譬如说,在这次的“蓝黑裙子”事件中,明明是蓝黑色的裙子,很多人却觉得是白金色,是因为很多人都有“白色物体在这种昏暗的光线下会看起来像蓝色”的经验。简单地来说,就是你实际上看到了“蓝黑色”,但大脑走了捷径,将看到的视觉信号进行了分析和校正,让你觉得它其实是白金色的。
如果把视觉系统和照相机类比一下,这个捷径相当于摄影中的“自动白平衡”系统。
对于所看之物,我们每时每刻都在“脑补”。倒不是因为“眼见不为实”,而是“脑见不为实”。因为人的眼睛“看”到的颜色,和我们“想”的颜色是不一样的。
我穿着蓝黑色条纹的裙子分别站在黄色灯光的房间里(左)以及灯光昏暗背光的房间里(右)时,你看到的颜色实际上是不一样的。只有经过“脑补”,才会知道本来的颜色
多一点颜色:艺术家最想得的精神病——四色视觉
难易程度
No offense(无意冒犯)。
不管你是不是学艺术的,看完本章你估计都会想,要充多少话费才能得这种“病”。反正我是想的。
在学视觉神经学的时候,最好玩的事就是讨论每个人眼里的颜色是不是一样的,就像每个人听到的声音是否一样。
对拥有普通视觉的人来说,蛮难想象不同情况的色盲眼中的世界是怎样的(换句话说,看到的颜色比普通视觉的人少)。而更难想象的是,如果有人能看到更多的颜色,又是怎么样的呢?
每只人眼中有大约600万到700万个视锥细胞,这种细胞的重要特点就是在亮度高的地方有辨别颜色的能力。在普通视觉的人中,眼球中有三种视锥细胞。这三种视锥细胞能够吸收不同波长的光线,通过测量它们对于不同的光线的吸收能力,科学家发现它们吸收最佳的光线波长分别是:红色的长波(560纳米),绿色的中波(530纳米)和蓝色的短波(420纳米)。拥有这三种视锥细胞的人也被称为“三色视觉者”。
早在200年前,英国物理学家Thomas Young(托马斯·杨)就发现了光的三原色,即用相同比例的红绿蓝色的光相叠加就会成为白色光。根据这个生理原因,我们现在用的电子设备,都是用这个颜色模型来检测和显示图像。要注意的是,这和绘画里用的红黄蓝三原色不同,所以相对应地,在印刷时,专业人士会用包含着洋红色、黄色、天蓝色以及黑色的CMYK颜色系统。
三色视觉者能够看到近一百万种颜色,但只能区分150种左右。而且如果是灰色,常人也只能分辨出大概30种灰色,所以什么“五十度灰”(Fifty Shades of Gray 8)是不现实的啦。即使如此,一百万种颜色听起来也不少了吧?
冷知识:拥有普通视觉的人能够看到近一百万种颜色。
别骄傲,还有人能看到一亿种颜色呢!
有些动物,如某些鱼(家里养的金鱼)、鸟类、昆虫,两栖动物甚至有第四种视锥细胞,让它们的视觉认知扩展到看得到紫外线。虽然从进化学角度来讲,很久以前,估计很多哺乳动物都是四色视觉者,但随着基因改变、环境变化,这种视锥细胞在哺乳动物中已经没有什么存在的必要了,所以变得非常少见。
经过20多年的寻找之后,2010年终于发现一名英国女性有四色视觉9;紧接着,一名叫Concetta Antico(康希达·安蒂可),的澳大利亚印象派画家也被证实有四色视觉10。拥有四色视觉的人类,看到的颜色数量被认为是常人的100倍,也就是近一亿种颜色。
印象主义让Concetta表现了她眼中的世界:即使一个物体是单色的,她却会看到如马赛克镶嵌般的多种色彩(想想都觉得好璀璨)。
对于人类,两个负责视锥细胞色素的基因都位于X染色体上。因为女性的细胞里有两个不同的X染色体,更有可能会带有“与众不同”的视锥细胞色素的基因,就有可能产生四种不同的视锥细胞色素,进而有四种不同的视锥细胞11。哎,我们女性不易遗传到红绿色盲,又更容易有四色视觉,不得不说在这点上,上帝真是眷顾我们呀!
虽然在视网膜上有第四种视锥细胞可以让人的双眼获得更多的色彩信息,但是大部分的视觉是在大脑里产生的。即使有了第四种视锥细胞,视觉图像在大脑皮层里形成的过程和步骤应该也是一样的。Concetta的色彩辨别能力如此之强,也有可能是因为,作为一名画家,她接受了长期的训练,大大加强了她的辨色能力。由于已确认的有四色视觉的人太少了,得到长期训练的人更是稀有,所以现在还无法确定。这又回到了基因学里常讨论的一个老套话题:Nature VS Nurture(先天VS后天)。
测试四色视觉比较复杂,大多数的测试还是基于普通三色视觉的,所以现在最靠谱的确诊方式是通过基因测试。虽然作为一名画家,她非常幸运地有了第四种视锥细胞,但遗憾的是,她的女儿并没有继承到第四种视锥细胞,而且还已经被确诊为色盲。
那到底有多少人有这种四色视觉呢?现在还不清楚。2015年上旬在职业社交网站LinkedIn(领英)上有人发帖说有25%的人有四色视觉,那完全是胡扯。整个帖子基本上每句话都有错,科学家看到肯定会醉。我们现在还不能简单地看些图片来测试四色视觉,所以如果看到网上说在图片里能看到超过多少种颜色就是四色视觉的,都是骗人的。
天生盲人的视觉皮层怎么办?
难易程度
我们已经知道,视觉皮层负责人的视觉认知。自从人诞生到这个世界上,视觉系统成熟之后,睁开眼所看到的任何信息,我们的视觉皮层都会逐渐学习。
那么,从出生就失去视觉的盲人的视觉皮层会怎么样呢?
答案是,会用来处理语言。
早在1997年,就有发现天生的盲人的视觉皮层在阅读盲文时会被激活12(相反地,拥有正常视觉的普通人在阅读盲文时,视觉皮层并不会被激活),而且在听词句的时候,视觉皮层也会激活。当使用经颅磁刺激(Transcranial MagneticStimulation,简称TMS)干扰视觉皮层时,盲人对语言的理解能力有明显的降低!2015年7月,来自MIT的研究人员进一步地将这些研究在年幼的天生盲童身上得到了确认13。即使还没有学过盲文的4岁儿童,在听“能听懂的本国语言”“听不懂的外国语言”或“纯音乐”三种状态下,视觉皮层也都被激活了,且明显对于有语言意义的语句最为活跃。当然,除了这里关心的视觉皮层以外,相关的“正常状态下应该激活的区域”,如通常认为负责语言的大脑区域——外侧颞叶皮层(lateral temporal cortex)——也不出意外地在盲人大脑中被激活了。
这个结果给我们展示了大脑令人吃惊的可塑性:当一种大脑区域在长时间接收不到该有的训练时,就会成为其他功能的“殖民地”。可到底是什么决定了“语言”成为这片“土地”的新主人?“语言”和“视觉”之间,特别是在神经发育的过程中,又到底有怎样不为人知的关系?这就要等待进一步跨领域合作的新的研究来解答了。
听觉:听不听得到,就这个旋律
什么是“鸡尾酒会效应”?
难易程度
想象一下,我们俩坐在咖啡厅里聊天,窗外哗啦啦地下着雨,隔壁桌的两位刚刚血拼归来的妹子在激动地讨论战利品,不远处咖啡师正在用蒸汽加热牛奶,头顶还放着不算太好听的纯音乐,突然某个人的手机响了,响起不自然的尖锐的铃声……
而在如此嘈杂的环境下,你还能够听清我的声音,不是因为我的声音比背景音大声,或是声音的性质完全不同,而是因为你的大脑将听觉注意力放在了我的声音上,并进行了过滤。在多种声音混杂的环境中,注意倾听某一种声音,在听觉神经科学上是非常重要的一个现象,叫作“鸡尾酒会效应”(Cocktail Party effect)。
为什么这个很重要?如果人类的听觉系统没有这个能力,我们就无法区分不同声音,更不可能听得懂语言和音乐了。
但是,即使它很重要,那又怎样呢?视觉不是也能够区分不同的物体吗?
这次,请想象你现在正站在一个平静的湖边,你的左右两边正好有两道小水渠,湖水流入水渠之中。微风吹起落花,在两道水渠中,一边掉落了一片花瓣,一切都很宁静,湖水静止,像是镜子,所以水渠中的花瓣也只是静静地浮在水面上。这时,不远处有人往湖中掷入石子,打破了湖面的宁静,一圈圈波纹散开来,也扩散到了水渠之中,花瓣随波时起时伏。这时,通过观察比较两边花瓣的起伏,可以了解到水波的大小和来的方向。
想想觉得不可能办到吧?但实际上,你的听觉就能做到:丢入湖中的石子等同于现实中制造声音的物体,水波正如声波,而你左右两边的水渠是你的耳朵耳道,水渠中的花瓣是你的耳膜,而你所站的位置、所做的观察和分析,就是你双耳之间的大脑时时刻刻都在做的声音分析。
这种机制不仅精确还非常迅速,最直接的例子就是语言。在与人交谈时,你不仅能够理解声音组合的意义(由一个小女孩所说的“苹果”和一个中年男子所说的“苹果”,声音实际上是完全不一样的,但你能够立马明白他们俩说的是一个东西,并联想到苹果的样子),而且在语速加快、背景嘈杂的情况下也能够理解得非常精准。
那为什么需要知道它是怎么工作的呢?
因为这个机制所完成的任务对现阶段人类创造的人工智能来说是一件很困难、复杂的任务,对人类听觉多一些了解,有可能就会对耳机的设计、虚拟现实、语音识别有进一步的帮助。譬如说iPhone的Siri,它现在很糟糕吧,背景稍微嘈杂一点,或是发音稍不标准,Siri就听不清楚你在讲什么。相比之下,人对声音的分析能力比它强太多了,如果Siri能学习一下人脑,说不定会有很大的进步,不,将会是飞跃。因为Siri现在压根就听不懂我们在说什么,它只是简单地把声音信号变成了字而已,然后再把准备好的答案告诉你。
啧啧,人工智能离真正的智能还有很长的路要走呢。所以说,双耳之间,正在发生令人惊叹的事情,正因如此,神经科学才如此令人着迷。
每天听音乐超过一小时,真的会导致听力减退吗?
难易程度
听觉,需要的不仅仅是耳朵,更重要的是大脑。因为对神经科学缺乏了解,大家一般想到听力,都觉得听不听得到,主要靠耳朵。稍微了解一点的人会说,导致听力减退的是脆弱的耳蜗(cochlea)。
耳朵只是听觉神经系统的第一阶段,外耳收集声音,中耳把声音转化为耳膜二维的前后振动,内耳的耳蜗将声音的机械运动转化为神经信号。左右两耳收集到不同的声音信号,沿着脑干分别送到右左两边的听觉皮层(位于颞叶,即大脑两侧),再通过这片大脑的不同区域的合作分工,一层层分析听到的声音的物理特征,包括频率、声强(注意,音量是个主观的心理量度,与声音的频率也是有关系的)等等。若是有意义的声音,然后还要把声音信号解析发送给语言和音乐中心,进行更加高级复杂的认知功能。
等等,什么是“听力减退”?
“听力减退”是个非常概括的描述。如果直接提问:每天听音乐一小时还是两小时,每过20分钟休息一下、音量正常、音乐并不过多使用高频声音、使用舒适的耳机或是用音箱的话,会不会对听力有什么特别的伤害?但你也看到了,我加了很多条件。
因为,即使是在美好的工业时代之前,没有工地噪音、没有天天听音乐,人的听觉也是随着年龄增长每一刻都在衰退。
其主要原因,就是耳蜗里的毛细胞(hair cell)逐渐死掉。下面我要解释一下背景耳蜗和其毛细胞的重要性。
在听觉的第一个阶段(耳朵中)耳蜗是最重要的。耳蜗是一个长得像蜗牛壳的内耳结构。
耳蜗是听觉转导器官,负责将来自中耳的声音信号转换为相应的神经电信号,交送脑的中枢听觉系统接受进一步处理,最终实现听觉知觉。
——维基百科
耳蜗有像花卷一样的结构,里面是一个连通的管道。而我们就是通过这个结构来感知声音中不同的频率的。没有耳蜗,耳朵就失效了。而这个像蜗牛的组织,有什么特别之处呢?
冷知识:人的耳蜗转了两圈半,小白鼠的则是半圈。
我们知道,人类能听到的声音频率范围很窄,只有20到20,000赫兹,而且这个算是正常人的极限,很多人就算很年轻的时候都只能听到15,000赫兹。实际上,人比较敏感的频率区间只有1000到4000。原因很简单,我们的听力是用来交流和发现危机的,与我们生活相关的自然声大多只在这个区间。
冷知识:声音也可以通过骨头传递到中耳,从而被听到。这就是“骨传导”(bonecouduction)。
耳蜗的墙壁上,密密麻麻地排着一种很特殊的细胞,叫毛细胞。你看它的样子就知道为什么叫这个名字了。
声音导致耳鼓振动时,会使得耳蜗内壁上的这些毛细胞的毛也“摇曳”起来。每根毛的头顶都有根类似于旧式灯的拉绳开关的线,这根线连接着旁边的毛侧面上的离子通道。每当这些毛左右摇曳时,短毛就会带动这个线,进而将旁边的长毛上的离子通道拉开。这时毛周围液体中的钙离子和钾离子便会从这个离子通道一拥而入,激活这些毛的所属毛细胞。
小鸡的内耳毛细胞。每个毛细胞(橘色部分)大概10微米宽,蓝色部分为“毛”。每一个毛细胞旁边有6个辅助它生存和工作的其他细胞(绿色部分)。请注意,这里的颜色并非细胞本身的颜色,仅是为了示意不同的细胞和细胞机构
耳蜗是将声音中的不同频率解码为神经信号的重要结构。把卷着的耳蜗拉直,位于耳蜗根部(就是更粗大的那一部分)的毛细胞负责高频率声音的转化,而另一头的毛细胞,就是本来裹在耳蜗中间的那个尖尖,负责低频率。从某种程度上来讲,负责最高频的毛细胞的数量是要少于负责中频率区间的。所以听力的衰退是从对高频声音变迟钝开始的。
现在你应该知道毛细胞有多么重要了吧?没有它们,或者它们的数量过量减少,我们的听力肯定会出大问题。要命的是,毛细胞是不能再生的。(至少在自然的状态下,人类耳朵的毛细胞是不能再生的。虽然我们在实验室中再生毛细胞的工作已经有很大的进展了,但到广泛的临床引用还有很长的一段路要走。)
冷知识:鸟的毛细胞在日常情况下也是可以再生的哦。
残酷的现实是,随着年龄增长,每一天,我们的毛细胞数量都在减少,当年龄过了35岁时,已经很明显地不能与青少年那样听到很多高频声音了。有个英国大叔非常讨厌社区里老是在他家门口玩耍的小孩,就制作了一个会不间断发出高频声音的音响,放在他家门口。因为他已经听不到了,所以对他无影响,但小孩靠近时,就会听到那些烦人的高频噪音,然后逃跑。
大多数年轻人,只要不是因为耳朵受到严重的物理损伤或患过精神疾病,不是一天到晚、一周七天、几十年如一日都在那种分贝很高的环境下生活工作,基本上我们不认为会有什么严重的听力问题。当然,某些特殊的职业可能难以避免,譬如说,专业录音师就比同龄人的听力要差一些。
当要做专门针对老年的听觉的实验时,年龄超过50岁的志愿者均需要提前做一系列听觉测试,让我们掌握其听觉能力的情况。实际上,像是研究正常人类听觉的,参加我的实验的志愿者不能超过35岁,过了35岁的听觉能力已经不在最好的状态了,衰退最明显的就是高频方面。
不过不要太担心,这都是自然和正常的。毛细胞就是这样的消耗品。手机使用都会有损坏,人类衰老更是无法避免的。但如果你过度地不正常使用毛细胞,譬如在过于吵闹的环境下生活,肯定会导致它更快速地消耗。
随着年龄增长,听力衰退极为正常。
但也不要因为年龄增长而过于难过,时间带来的不仅仅是衰老,还有日复一日而得到的宝贵经验。在第一章节中的“关于大脑的十大流言”中已经提到,虽然随着年龄的增长,有些大脑认知功能可能会因为一些疾病出现问题,但大多数的认知功能会随着年龄的增长而变得更加熟练。对于听力,年长者比年轻人的听觉注意力更加集中,换句话说,两者都能听到的范围之内,年长者因更熟练地控制注意力,听觉反而更加灵敏和准确。换言之,可能耳蜗没有年轻的时候灵敏了,有些区间的声音听不到了,但由于大脑处理声音的能力相较年轻时更强大,弥补了“硬件”的不足。
那从小学乐器的人听力会比常人衰弱吗?对于从小接受音乐训练的人,抱歉,你们的毛细胞肯定是比正常人衰弱得更快的,倒算不上损伤啦。但是!但是!你们的听觉皮层绝对比小时候没有接受过音乐训练的人更加优秀。绝对不要小看听觉皮层。你可以这么想,虽然我用的照相机不是特别好,但要是Photoshop技术不错,稍微调一下,照片说不定要比用更好更新的照相机的人拍的照片还要出彩。
有人在嘈杂的环境中听别人说话的能力更差,虽然耳朵是好的,这很有可能就是因为听觉注意力差于常人。而接受过长期专业音乐训练的人,听觉注意力一定是优于常人的,因为在学习乐谱以及弹奏乐器时,一定会不断集中注意力在声音上。同时,会音乐的人的听觉工作记忆(简单来说就是短时间记住一些节奏、声音的特征等等)也会明显比普通人好很多。
长期听音量过大的激烈的音乐,肯定会对耳蜗里的毛细胞造成不可逆转的消耗。但是,只要正常听音乐、上课、与人交流,正常人过了20岁,毛细胞就会很自然地减少,然后35岁会开始明显逐渐听不见高频的声音。
衰老对于听力来说,是很明显的,也极为正常。但是一般来说,要到50岁以后才会逐渐发觉,因为平时交流和欣赏音乐并不需要那么高频的听觉能力。
但是,我的意思并不是说,请每天两三小时不间断地去听死亡金属吧!
大家都知道要“卫生用眼”,其实“卫生用耳”也是极为重要的。因为老花眼,戴眼镜就好了,耳朵老化了,医生也很难帮助你。你想早早地戴助听器,甚至做手术装昂贵的人工耳蜗吗?
虽然助听器的发展已经很迅速,价格也越来越能够让人接受,但还是很不便宜(悄悄话:助听器在欧洲是暴利产业),而且戴着也很显眼。
现在大家觉得戴眼镜是很正常的,实际上这个概念就不正常。人的感知器官都非常脆弱,返厂重修的总是不如原装的好。不能因为医学和科技的发展,而放纵自己或自己的小孩哦。
听莫扎特的音乐,小孩更聪明?
难易程度
要想考得好,音乐要趁早,7岁分水岭,学了错不了。
——赵思家
有一个非常有名的理论叫“莫扎特效应”,指的是如果胎儿或幼儿常听莫扎特的曲子,就会变得更聪明。这个理论提出之后,1998年美国乔治亚州州长Zell Miller(泽尔·米勒)甚至提议,每年财政预算划拨105,000美元给每一个在乔治亚州出生的小孩提供免费的莫扎特磁带或者CD。当然,1993年原本的那篇论文14,并没有说莫扎特会让小孩变得更聪明,而是说音乐能够使人的精神意象(mentalimage)和时间排序的能力变得更好。
精神意象是指长期记忆中具备的感知信息。譬如说对我来说最特别的视觉意象是很小很小的时候,有一年秋天外婆和妈妈带我去人民公园,我现在都还记得外婆牵着我的手,因为还很矮,我的手举得高高的。画面的中央是妈妈拿着小铲子和小口袋走在前面捡桂花,路的两边种满了桂花树,风一吹,金黄色的桂花跟下雨似的落在地上,铺得满地都是。可能因为是极其美丽的画面,那个年龄的其他东西我一丁点都不记得了,但就这个画面记忆如新。
还有一种精神意象,譬如说你某日傍晚回家路上经过小广场,第一次听了一遍《小苹果》,过了一个月,你坐在令人紧张的英语听力考场中,脑中回荡着“你是我的小呀小苹果/怎么爱你都不嫌多……点亮我生命的火/火火火火火/你是我的小呀小苹果……”。
咱们回到1993年的那篇原论文来,精神意象和时间排序的能力增强后,在某个IQ测试中的空间推理部分得分就会变高。但现在的IQ测试只能反映一小部分的大脑能力,而且谈不上精确。所以不能片面地说,一个IQ测试中的某一个部分得分增高,智商就增高了。但当时一传十,十传百,到大众嘴边时,已经快变成“多听莫扎特,智商爆双百”。一时间,洛阳纸贵,莫扎特碟片稀。
虽然后来一系列的研究并没有发现听莫扎特或者听其他古典音乐,会对人的认知能力有什么长期帮助(至少现在的研究还没有发现)。但是,与此同时,科学家也发现,在儿时经过系统并长期的音乐训练,会在某些方面,帮助小孩发展认知能力。
音乐训练帮助认知发展。2005年的一个实验发现,小时候参加正统的音乐训练会让孩子对音乐的情感加强,换句话说,更能理解音乐所传递的情绪和情感,虽然是个很小的大脑变化,但是是长期的。
数个实验发现,若儿时至少会一种以上的乐器,通过专业训练所得到的一些认知优势会持续存在到成人时期。有帮助的认知功能包括推理、在多重任务之间相互切换、工作记忆、计划能力和解决问题的能力15。而且,通过统计显示(当然这个很有地域性),长时间学习乐器的小孩,会在学校里在语言(特别是学新语言)和数学上表现更优秀16。
这些发现实际上也并不令人惊讶,毕竟练乐器会锻炼小孩的动态感知信号(视觉和听觉)以及运动信号(手指、手腕、手臂,有些乐器还需要嘴唇的精确控制,如笛子、箫),这些高级认知能力的长期、强化训练必然会对学习和记忆带来好的影响。
通过比较很早就开始学乐器的音乐家和稍晚才开始学习音乐的音乐家的大脑成像发现17,早学乐器的人胼胝体(corpus callosum,即左右脑之间相连的部分)的白质含量明显更多,而胼胝体是人类大脑中最大的白质带。白质的区域相当于汇聚大脑中的“电线”的部分,起着帮助位于大脑区域的神经细胞相互沟通、共同合作的作用。片面一点说,白质更多,大脑不同区域的连接就更多,沟通更有效,高级的感知认知功能就会更好(做需要多种感知的高难度工作,如听写英语单词)。这个研究的结论是,7岁,是一个音乐学习的分水岭。儿童学习音乐对认知能力影响的最重要的时期为7岁之前。
胼胝体——最伟大的协调者。胼胝体是连接大脑左右两个半球的重要部分。两个半球之间的沟通大多都得通过胼胝体。譬如,有研究发现音乐家的胼胝体前部要比普通人大一些
哇,这个结论是不是很有实用价值?有小孩的,或者在考虑要小孩的,这个是此文的高潮哦!7岁!7岁!有小孩的,别拖拖拉拉,7岁前务必要学啊(我怎么听起来像是个卖碟片的)。我是3岁开始弹钢琴,小学毕业前就结束了短暂但极其辛苦的音乐学习生涯。不过,我自认为虽然现在不会弹了,对音乐没什么天赋,智商也不高,但在做各种各样的听觉感知任务,做得都还不错。
音乐,让人变得更聪明?从一定程度上来说,这句话是对的,而且对大脑发育的好的影响肯定比我们现在所知的更多。至少能让聪明人更聪明。但也有很多局限性,譬如说,必须要系统专业的长期音乐训练,而且也要在年岁很小的时候就开始坚持训练。对神经科学来说,这个命题实在很难,因为长期的人类实验是非常难以控制和精确测量的。不过,管他是聪明了一分还是两分,有好处,为什么不让小孩去学?
我想,这点对家长来说务必需要考虑,同时也希望制定教育政策以及分配教育资源的人或者是以后有这样权力的人,也要更加重视艺术在儿童教育中的比例和地位。
为什么下雨天里的睡眠质量特别好?
难易程度
我非常非常喜欢下雨天。因为我觉得落雨的声音极其令人心情平和,而且每逢雨夜,我的睡眠质量都特别好。这可能有很多种原因,但作为专门研究听觉神经科学的博士生,我有一番自己的解释。
视觉有眼睑作为开关,但听觉是没有开关的(除非用耳塞死死堵住)。听觉系统像是一个全年无休的安保警报系统,即使你在睡觉时它也一直监控着身边的环境。这毫无疑问对人类的生存有着绝对的优势,使得我们即使在睡觉这种无意识状态下,还能够警觉地发现危险,并及时地采取行动。
但这也有些坏处。譬如说你因为室友的打鼾声而无法入眠,好不容易入睡后,又被隔壁小孩的吵闹声吵醒。但实际上,并不是噪音本身把你吵醒了,而是突然间的变化或反差吸引到了你的注意力,让大脑下意识地警醒。
什么叫突然间的变化呢?打个比方,在一间漆黑无光和一间有些光的房间里,你突然打开手电筒,在哪个房间里手电筒的光线才更明显呢?当然是在漆黑无光的房间里。如果房间里本来就有光,那些原有的光好似“遮蔽”了来自手电筒发出的新的光线。这被称为遮蔽效应(masking effect)。相同的道理,把光换成声音,相比一间长时间有杂音的房间,在一个寂静无声的房间里,突然响起来的手机铃声会更加引人注意,即使手机铃声本身是一样的。
自然界的声音自然而然会使人感到放松。这大概是因为自然界的声音往往有一定的重复性,而大脑对于重复性的信息,很快就会适应,所以即使雨声本身是多余的噪音,也能让你伴着它声睡着。
而类似于噪音的雨声就是给熟睡的你制造了一个遮蔽效应,使得一些原本在寂静的夜晚会影响到睡眠的外界声音变化被遮蔽了。换言之,雨声减少了卧室里的信噪比(SIGNAL-NOISE RATIO,简称SNR或S/N。指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例),达到了一定的噪音消除作用。
利用这类原理,有人还专门在办公区域制造一些类似于雨声的白噪音、粉色噪音,用来隔绝声音,起着一定的隐私保护和减少干扰的作用。
在独自工作时,我就不太喜欢完全寂静的环境,所以我会放一些混合着壁炉烧着木头噼啪作响,或是有些低语声的背景音。如果你也喜欢这样,强烈推荐一个背景声合成网站:Ambient Mixer(www.ambient-mixer.com)。在夏天,我最喜欢用模拟斯莱特林公共休息室的背景声,因为它是一间位于霍格沃兹城堡的湖底的半透明房间,所以偶尔会听到水的声音。而在看书的时候,我更喜欢用声音模拟拉文克劳公共休息室,因为位于城堡的高处,风声飒飒,吹起拱形窗户旁挂着的蓝色丝绸窗帘,又因为房间是圆形的,人踩在木地板上的声音产生的回响又有些不同……
“咔嚓”声让脆皮冰激凌变得更好吃?
难易程度
我一直认为,声音是被忽视的味道。通过声音,你可以了解很多食物的质感——如薯片一般薄脆、如炸花生米那般的“嘎嘣脆”,或是咬开小笼包的薄皮时,自己发出吸汤汁的“咻咻”声音。
特别是对于中国人,可能是因为食物的“色香味”实在是做得太好,实在显得太霸道了,吃饭时发出声音也是不雅,所以对美食所产生的声音更是忽视。这一点从语言就能看出来,中文中形容薯片,叫脆;形容花生米,叫脆;形容吃新鲜生菜,也叫脆。而在英语里,下意识就会用“crispy”“crackly”和“crunchy”分别形容这三种食感。
“脆”这个食感,在文明开始之前,对于人类生存异常重要,因为它代表着水果、蔬菜的新鲜程度。在医疗还算发达的今天,因着处理食物的不同方法,脆已经不仅仅存在于新鲜蔬果,也可以存在于炸得香喷喷的鸡皮、新鲜的油条等等。
想象吃下一口薯片,要完全不发声音地吃掉它们,这是个不可能完成的任务。当然你要是一直含着,用口水把它们弄软,我也无话可说。但实际上,“脆”的这个食感,很大程度上靠听。
这个很好测试。给蒙着眼的受试者喂薯片,完全隔音的耳机里播放不同脆度的薯片咀嚼的声音,然后给这片薯片的脆度打分。吃同样一片薯片,如果听着软乎乎的声音,与听着“咔喀咔喀”薄脆的声音相比,后者会明显感觉更脆一些。
在不事先告知的情况下,所有的受试者以为吃到的薯片是来自不同牌子的18。不仅这样,仅通过调节你听到自己吃薯片所发出声响的音量,就让你明显感觉到不同。把薯片换成苹果也有类似的结果19。
我从牛津大学的著名认知神经科学家Charles Spence(查理·斯彭斯)教授那里听到过一个令人印象深刻的例子。几年前,联合利华仔细询问了一些忠实的消费者关于梦龙冰淇淋的意见。很多反馈说当咬这种有着巧克力脆皮的冰激凌时,会有巧克力皮掉在地上或是落在衣服上,非常令人困扰。于是梦龙的食品开发团队便通过调节配方,使得巧克力皮能更好地黏在里面的冰激凌上。当这个改良新产品上市后,销量不增反降。开发团队百思不得其解,不是解决了消费者最大的困扰吗?难道那些提供反馈信息的是组团来砸场子的?当然不是,故事到此也强调了主观意见的局限性。
通过更加全方位的客观分析,梦龙团队发现,原来是因为调整了脆皮和冰激凌之间的黏度,之前那非常醒目的巧克力脆皮裂开发出的“咔嚓”声消失了。这个“咔嚓”声是梦龙冰淇淋的标志性特征,增强了对巧克力脆皮的感觉,即使消费者本身并没有注意到这一点,也没有告诉市场研究人员。如此,梦龙把配方调整回去,以确保这“咔嚓”声清脆响亮。
梦龙冰淇淋现在每年在全球卖二十亿根。2014年在全世界各地宣传它的创立25周年,虽然每个国家都会有风味不同的甜美风广告,但无论是哪个国家,广告中不断强调的那巧克力脆皮咬裂时的“咔嚓”声(明明是那么简单一个裂开的声音),让我这个不喜欢吃冷也不喜欢吃甜的人,偶尔也有一些去买一根试试的冲动。这就是为什么零食制造巨头们,已经开始通过认知神经科学来严谨地测试食物带来的各种感官体验。
嗅觉:别动,这是什么味道?
凭什么狗鼻子那么灵?人类的嗅觉是退化了吗?
难易程度
吃货,是顺应人类进化的新一代。
从进化角度来讲,嗅觉是最古老,在自然界存活最要紧的一个感觉。
嗅觉最原始、基本的作用是闻到食物或者感受到周围环境的状况,甚至是危险的靠近。为了不饿肚子,闻到喜欢的味道便可以找到更多更好的食物果腹;为了避开危险,任何有危险信号的气味,都会激起不愉快的感知,让我们“不喜欢”。譬如说腐败的味道,让你觉得不想吃。因为进化的结果是,不喜欢吃有腐败味道的动物,或者说能分辨什么能吃什么不能吃的动物,才能减少得病的概率,才有更多生存的可能。
随着人类进化和人类生存环境的变化,嗅觉的作用貌似在逐渐减弱。这么说似乎有些道理。
首先,要先理解嗅觉的两个路径:
1.鼻前嗅觉(orthonasal route):鼻孔直接吸入。
2.鼻后嗅觉(retronasalroute):在进食时,口腔内的食物味道反向进入鼻腔里。
注意,常说的食物的味道,不仅仅是味觉,也有通过鼻后嗅觉这个路径而感受到的食物气味。所以,我们吃饭时尝到的味道=味觉+口腔到鼻腔的气味,而非一个单一的感知。
冷知识:吃饭时尝到的味道=舌上的味觉感知+口腔到鼻腔的气味嗅觉
说到鼻后嗅觉,我突然想到了冰镇葡萄酒。冰镇后的葡萄酒,气味会淡很多,但实际上只是鼻前嗅觉所闻到的变淡了,但喝到嘴里时,口腔温度会让液体升温,进而让香气散发出来,从口腔后方进入鼻腔(鼻后嗅觉),反而会加强香气的感受。
先来看看嗅觉最牛×的常见动物——狗狗。它的鼻子构造就是最大化的强化第一个路径的嗅觉功能的。
·鼻孔很大:有更多含有气味分子的空气能进入鼻腔。
·鼻孔很靠前,比嘴还要往前凸:能够更近距离地接触发出气味的物体。
·鼻腔又窄而且是横向的:这样的鼻腔让吸气时空气流动更快速,并更直接更全面地接触鼻腔尾部的感受器。
狗的两个嗅觉路径
咱们再来看看今天的人类鼻子构造(下图),非常明显地更适合第二种嗅觉路径。也就是说,对品味食物更加精确了。
·鼻孔相对较小:因为不需要吸入那么多气味。
·鼻孔斜着朝着嘴前,也没有很突出,像是藏在了鼻尖之后:相对于吸入更多环境中的气味,主要用于吸近处食物的味道。
·鼻腔非常高,更纵向:这样让吃饭时食物到鼻腔的气味路径更长,更容易从口腔吸进鼻腔内,到达感受器。
人的两个嗅觉路径
猿人和咱们脸部最大不同在哪里?不准说毛多!配合一点,请说“鼻子塌”。鼻子又塌,鼻孔又大。所以,人类嗅觉没有退化,准确地讲,在进化的过程中,嗅觉用于生存的作用(即鼻前嗅觉)减弱了,而用来配合味觉感受更多美食的高级技能(即鼻后嗅觉)被强化了。
所以——锵锵锵锵——吃货,是顺应人类进化的新一代!
嗅觉是怎么工作的呢?
难易程度
简单地来讲,嗅觉的基本机制为锁-钥匙机制(lock-key mechanism)。不同的味道是由空气中的各种气味分子(odorant molecule)按照不同浓度而组成的。鼻子内壁有很多很多的化学感受器(receptor,可以想象成一个锁)。这些感受器连接着不同的细胞,进而连接着大脑里嗅觉皮层内的不同神经细胞。不同的神经细胞被唤醒,代表着对应的气味分子被闻到了。
锁对应的是在鼻腔里的嗅觉感受器,气味分子就是打开这些锁的钥匙。但要注意的是,感受器和气味分子之间并不是一一对应的,而是集群相应:一种气味分子可以激活多个感受器,某个感受器也可能对多种相似的气味分子产生反应。这样的神经机制有多种优势,譬如它比其他的神经编码机制反应更加迅速,而且还能增加所展现的组合。
大家对嗅觉有个广泛的误解:“嗅觉并不重要。”实际上除了前面提到嗅觉在享受美食、择偶过程中有重要的作用以外,丧失嗅觉往往是一些严重的精神疾病的前兆(如帕金森病、阿尔茨海默病、脑肿瘤、癫痫、营养不良和内分泌失调)。
彷徨的榴梿:为什么有人觉得臭,有人觉得香?
难易程度
同一种气味,每个人闻起来都是不一样的20。每个人有400个基因专门负责不同的嗅觉感受器,而根据人类基因组计划,这些基因又有超过90万种不同的变化。美国杜克大学的Hiroaki Matsunami(博明松南)实验室通过对比不同人的基因,发现任何两个人鼻内大约30%的嗅觉感受器都是不同的。感受器不同,也就是说感知是不同的。
而且,对气味的敏感度也是因人而异。不仅如此,人类嗅觉的辨别能力并非与生俱来,是通过发育逐渐获得的。不过也有实验发现刚出生的婴儿会对母乳的味道非常敏感,仅仅靠嗅觉就能找到母亲的乳头。但婴儿对母乳明显的敏感性并不广泛存在于其他味道,而且嗅觉也是五觉中最受年龄影响的感知:3岁之后对气味的喜欢或厌恶与成人类似;9岁后就能具备辨别气味的能力,但针对一些特殊的气味,如藿香,9岁儿童还是不如青春期后的人灵敏。
什么是“喜好(preference)”呢?心理学中,喜好是指个人对一组物体在做决定时表现出的态度,或说,个人决定喜欢物件与否的判断。从这个定义中不难看出两个关键词,“个人”和“决定”。所以,这一定与个体差异和决策有关系。从个体差异上来讲,之前提到了,每个人30%的嗅觉感受器都是不同的。那么相同气味,不同人闻着是不一样的。另一方面,大脑的决策系统肯定在嗅觉喜好上有决定性的影响。有数个大脑区域与此相关,见下图。
与决策相关的三个主要大脑区域:前扣带皮层(anterior cingulate cortex,常缩写为ACC)、眼窝前额皮层(或称眶额皮层,orbitofrontal cortex)以及腹内侧前额皮层(ventromedial prefrontal cortex)。左右两图都是展现的大脑横切面示意图,本示意图即是顺着大脑的两个半球之间缝隙切开后,看右半脑的内侧
所以这两点同时影响了我们对同一种气味的不同评价。这在我们寻找配偶时,也是有明显的影响。
味觉:舌尖上的神经科学
老师教你的舌头味觉地图是错的!
难易程度
民以食为天。
虽然因食材和烹饪方式的不同搭配,我们能够尝到的味道实在是千变万化,但总的来说,都能够归纳成五种最基本的味道:酸、甜、苦、咸和鲜(Umami)。Umami是发现它的日本化学家池田菊苗根据日语“美味的”umai(うまい)和mi(味)的结合创造的新词。味精(MSG)是这个味道的最佳代表,但实际上酱油和番茄中也富含umami的成分。我认为这就是为什么欧洲吃货之国意大利,那么喜欢给食物里加点番茄。原来有着酱油的作用啊!(歪理)
说到味觉,最广为人知的心理学研究大概就是“舌头味觉地图”了。这个理论说,舌头上有特定的区域专门负责特定的一种味觉:舌尖对甜最敏感,舌根对应苦味,舌头两侧靠前一点是咸味,靠后则是酸味。
舌头上的味觉地图。最广为传播的味觉地图(上)实际上也只是一个误传。其实舌头上对每个味觉最为灵敏的区域都差不多,主要集中在舌尖
可惜的是,这个理论是错的。这个流言最开始来自一个世纪以前一名德国科学家做的一个小实验21,其发现舌头边缘对不同味道的灵敏度有些差异。考虑到当时的实验环境,他的研究本身没有太大的问题。但问题是,40年后,一位哈佛的心理学教授Edwin Boring(爱德温·波林)首次在一本书中翻译了这篇论文,却下了武断的结论:每种味道在舌头上都有专属的区域。导致之后以他的书为教科书的人都对味觉产生了误解。