蝙蝠是如何處理雜音信號(hào)的

船 舷

近年來(lái)，仿生學(xué)研發(fā)成績(jī)斐然，如將海豚體形與皮膚在水中游動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生紊流的原理應(yīng)用到潛水艇的設(shè)計(jì)上，利用蒼蠅的靈敏嗅覺和復(fù)眼功能制造出氣味分析儀和蠅眼照相機(jī)，依照電鰻放電的原理發(fā)明了多功能伏特電池，從螢火蟲的發(fā)光器中獲得純熒光素和熒光酶而制造出熒光燈……

其中，最了不起的當(dāng)屬根據(jù)蝙蝠回聲定位功能而發(fā)明的雷達(dá)與聲吶系統(tǒng)。

神奇的蝙蝠應(yīng)了中國(guó)一句諺語(yǔ)：有古怪的相貌，必有古怪的能耐。早在一個(gè)多世紀(jì)前，人們就對(duì)它們精準(zhǔn)定位的本領(lǐng)驚詫不已，當(dāng)時(shí)有人說(shuō)蝙蝠視覺超強(qiáng)，有人說(shuō)是它們嗅覺一流。為了找出答案，科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了兩次專門實(shí)驗(yàn)。

第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家在一處密封的大型倉(cāng)庫(kù)里胡亂地拉了許多繩子，繩子上系著許多一碰即響的鈴鐺。他們把幾只蝙蝠的眼睛蒙上，讓它們?nèi)我怙w翔。結(jié)果蝙蝠飛了兩個(gè)鐘頭，鈴鐺一個(gè)也沒響，那么多的繩子，它們竟然一根也沒碰著。

第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家把幾只蝙蝠的耳朵塞上;把另外幾只蝙蝠的嘴封住，讓它們?cè)诤诎档膫}(cāng)庫(kù)里飛。這下慘啦！蝙蝠們就像沒頭蒼蠅似的到處亂撞，掛在繩子上的鈴鐺響個(gè)不?！?/p>

蝙蝠的秘密被初步揭開了，它們?cè)诤谝估镲w行，靠的不是視覺與嗅覺，它們是用嘴和耳朵配合起來(lái)探路的。

直到20世紀(jì)40年代初，兩位美國(guó)科學(xué)家才基本弄清蝙蝠的回聲定位功能。蝙蝠之所以能夠在茫茫黑夜準(zhǔn)確捕到飛蛾，是因?yàn)樗鼈円贿咃w，一邊從嘴里發(fā)出一種聲音。這是一種頻率極高的聲波，超過(guò)了人類的聽覺范圍。它是一種天然雷達(dá)波，不過(guò)是以聲波代替電磁波，在原理方面完全相仿。兩位科學(xué)家使用一種特制的電子設(shè)備，在蝙蝠飛行時(shí)，將它們所發(fā)的高頻率聲波記錄下來(lái)。這種聲波碰到障礙物，必然折回，蝙蝠就可以根據(jù)這種返回的聲波準(zhǔn)確定位前方的物體。并且每只蝙蝠有其固有的頻率，這樣蝙蝠可分清自己的聲音，成群行動(dòng)時(shí)不致發(fā)生碰撞或混亂。

上述研究是對(duì)蝙蝠神奇功能的初步破譯，換句話說(shuō)，還只是知其然而不知其所以然。

世界著名蝙蝠專家、美國(guó)布朗大學(xué)的神經(jīng)心理學(xué)教授史蒂文·笛卡爾和詹姆斯·西蒙斯一直在研究，聲波是如何通過(guò)蝙蝠大腦中的某個(gè)區(qū)域進(jìn)行加工的，他們想從深層機(jī)制上破解蝙蝠的回聲定位功能。

通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)及標(biāo)本解剖，他們發(fā)現(xiàn)在蝙蝠的大腦中專門負(fù)責(zé)處理聲波信號(hào)的聽覺皮層內(nèi)有聲音主題區(qū)，其中具有能夠清晰辨別其飛行路線上的障礙物及昆蟲的具體尺寸、形狀和飛行方式的神經(jīng)細(xì)胞。他們稱之為緩調(diào)節(jié)神經(jīng)元，它是蝙蝠回聲定位功能的指揮中樞。

為了獲取更有說(shuō)服力的證據(jù)，笛卡爾和西蒙斯在密閉的實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)放置很多不易察覺的細(xì)金屬絲，放飛蝙蝠后他們將蝙蝠最喜歡吃的一種蠕蟲及與蠕蟲形狀、密度相同的仿制物一同拋向空中。

結(jié)果顯示，蝙蝠們能毫不費(fèi)力地躲過(guò)金屬絲與冒充的獵物，準(zhǔn)確捕獲蠕蟲。據(jù)此兩位科學(xué)家確信，蝙蝠的緩調(diào)節(jié)神經(jīng)元不僅可以定位，而且還能描繪它們飛行路線前方物體的清晰圖像。每當(dāng)蝙蝠發(fā)現(xiàn)潛在的獵物，它們的叫聲就會(huì)變短但頻率加快，這無(wú)疑是在激活緩調(diào)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞，使其進(jìn)入最佳狀態(tài)。此時(shí)，前方的動(dòng)態(tài)圖像便在它們的大腦里生成了，它們完全是按圖索驥，任何干擾都不會(huì)影響它們的行動(dòng)。

緩調(diào)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞為什么能像畫筆一樣描繪圖像呢？原來(lái)它們各司其職，分工明確，一部分負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離的緩調(diào)回聲，一部分負(fù)責(zé)近距離的緩調(diào)回聲。緩調(diào)節(jié)神經(jīng)元中樞能根據(jù)需要隨時(shí)開啟變換這兩個(gè)功能。

史蒂文·笛卡爾說(shuō)：“這種調(diào)節(jié)功能有助于蝙蝠確定其所觀察到的物體是如何相互聯(lián)系在一起的，這種功能與用計(jì)算機(jī)分析物體的原理相同?！?/p>

詹姆斯·西蒙斯則表示，雖然還無(wú)法確定蝙蝠大腦生成圖像的所有環(huán)節(jié)，但可以肯定的是，蝙蝠真的具有為感知到的景物進(jìn)行排序編碼繪圖的本領(lǐng)，在某種意義上它甚至超越了某些高級(jí)動(dòng)物的記憶本能。

（編輯 文 墨）