視力提升50倍後的世界長什麼樣?不同動物交換大腦又會怎樣?
2021年05月02日08:22

  來源:biokiwi

  科幻小說或電影里,我們常常能看到各種各樣神奇的設定,有些看起來比較離譜,但也有不少彷彿觸手可及;尤其是當以往的科幻情節,隨著時間的流逝和技術的進步逐漸照進現實,充滿奇思妙想的腦洞的重要性越發凸顯出來。本期 kiwi 說就和各位分享以下兩個腦洞:

如果把人類的視力在原有基礎上提升50倍,我們看到的世界將會變成什麼樣?

假如把某些動物的大腦交換,會發生什麼?

  如果你對這兩個問題有其它見解,歡迎在評論區分享你的看法;同樣,如果你有其它天馬行空的疑惑,也歡迎給我們留言。

  視力提升50倍,能看到什麼?

  這個問題實際理解起來可能不是那麼容易,50倍的視覺信息也是我們的大腦難以消化的。我們不妨從現有的視覺系統結構上探討這個問題,再來看看會怎麼樣。

視覺系統 | 圖源:WGray& Anatomy
視覺系統 | 圖源:WGray& Anatomy

  首先,外界光線通過我們的眼球,投射到視網膜的上億個感光感受器上面;後者通過識別紅綠藍三種不同的光譜光線,再將信息彙總到120萬跟神經軸突上。通過電信號快速傳播的方式,90%的視覺信息會被傳遞到位於大腦中間的外側膝狀體(LGN)。

  LGN 就好像是一個視覺信息處理的中轉站:信息到這會發生一個初步的處理與彙總,針對顏色和物體輪廓進行處理,之後再進一步傳遞給大腦皮層——位於枕葉的初級視覺皮層V1 區。

  除了初級視覺皮層,人類大腦還包括有 V2, V3, V4, V5(MT)幾個不同的視覺皮層,像是流水線一樣,把簡單的光線信息一步步細化,提取其中的色彩、形狀、運動信息。

視覺信息處理過程 | 圖源:Wikipedia, Clock
視覺信息處理過程 | 圖源:Wikipedia, Clock

  在這個過程你可以發現,我們的視覺系統可能不像照相機一樣,哢嚓拍下照片這麼簡單——為了處理複雜的視覺信息,除了眼睛-LGN-巨大的大腦皮層(視覺系統占大腦比例最高)之外,其實我們在進化過程中還針對這些“硬件”進行各種軟件層面的優化。

  可以舉幾個例子:

  比如我們的視網膜雖然會有很多的感光器,但它們並不是均勻分佈的,而是會分區域、分層進行分佈,通過互相作用、合作,達到最好的視覺獲取效果。視網膜上的感光器分為兩種,一種是感知顏色的視錐細胞,一種是感知光線明暗的視杆細胞。

  為了有效地得到更“高清”的畫面,人類的視網膜出現了中央凹,是一個位於視網膜中央的一個只占1%大小的小凹槽,上面密佈著視錐細胞,通過對光線明暗的感知,有著超強的解像度能力,因此50%的視覺信息都是通過只占1%的中央凹進行檢測的,實現了視覺信息的更高效處理。

底部的 Fovea 就是中央凹的區域 | 圖源:Rhcastihos
底部的 Fovea 就是中央凹的區域 | 圖源:Rhcastihos

  還有一個例子,大腦皮層在處理視覺信息時的取捨:有一個很有意思的現象,我們在較遠距離看一個物體的時候,會自動丟失掉這個物體的一些細節,這種細節我們稱之為較高的“空間頻率”。而這些細節的處理是需要依靠 V4 甚至到 V5 這樣的視覺皮層。

  上海神經研究所的研究發現,V4 在識別細節時,整個腦區並不是均勻地去識別,而是有選擇性的——有些地方會對空間頻率更高的區域起反應,有些區域則只對較低的空間頻率起反應;有的細胞比較大,可能就更偏向整體;有的細胞則比較小,就會關注於細節。這也說明面對複雜的視覺信息,大腦在處理過程中,是有一個非常細緻且複雜的分工合作的,而不是一股腦都去糾纏於細節上。

不同的 V4 腦區產生不同反應 | 圖源:Lu Y, Yin J, Chen Z, et al。
不同的 V4 腦區產生不同反應 | 圖源:Lu Y, Yin J, Chen Z, et al。

  那讓我們再回到這個問題:視力提升五十倍,我們應該怎麼定義?

  它絕不僅僅是說我們看視力表可以看到更小的地方,因為我們的視覺系統在處理視覺信息時,有一套複雜而又高效的方式,如果提高到五十倍,我們可能會有很多改變:

  比如我們看到的顏色,本來可能只有光學三原色——紅綠藍;但視力提升以後,我們可能可以識別到更多的光學信息,比如現在看不到的紅外線和紫外線,我們眼中的世界會更加斑斕多姿;

  比如我們在看遠方和近處的物體,我們可以得到更多的細節:遠處物體看起來不會模糊不清,每根毛髮的細節都會清清楚楚。

  其他的各種視覺信息的改變,可能會遠比我們能想像到的要精彩。

  但與此同時,整個身體的結構將會發生巨大的變化:眼睛會需要更多的感光細胞,為了得到豐富50倍的視覺信息,整個視錐視杆細胞分佈可能都要重排,中央凹區域可能需要擴大,我們的眼睛將會壓力重大,苦不堪言。

  同時要處理50倍的視覺信息,我們的大腦也需要進行全面的改造:要麼視覺皮層擴大幾十倍,我們每個人都會像科幻片裡外星人一樣的大頭娃娃;要麼我們捨棄大腦其他功能,比如情感、記憶、意識、學習、語言能力,全面為視覺服務——我們從此成為一個擁有超強視覺,但毫無意識情感的“低等人類”。

  從這個角度來想,我們沒有進化出50倍的視力,也是一個合情合理的結局了。

  互換動物大腦,會怎麼樣?

  類似的問題其實是很多科幻小說電影的主題:人的大腦互換了,會怎麼樣?或者說我們能不能把大腦意識抽取出來?

  但是動物的大腦互換——這種跨物種的操作其實會更難:大腦可能是不同物種間差異最大的器官之一了,不同的動物大腦幾乎都不一樣。可以舉幾個例子:

  比如人和黑猩猩,我們知道人類和黑猩猩是近親關係,但是人的大腦大概是黑猩猩的兩三倍大,而且具有更複雜的溝回結構,大腦的形態也是完全不同。

黑猩猩大腦 vs 人類大腦
黑猩猩大腦 vs 人類大腦

  而即使我們把這個距離拉近,比如已經滅絕的一種古人類——尼安德特人。根據考古發現,他們的腦容量大約比現代人大100-200cc,而且現代人的大腦更偏向球形,而古人類的大腦卻更偏向橢圓,要換的話估計也有不小的難度。

  當然我們也可以再舉個例子,比如新喀鴉,是烏鴉的一種,非常聰明,可以使用工具,具有邏輯推理能力。而研究通過和其他鳥類的比較,發現新喀鴉確實大腦大很多,而且其中皮質(mesopallium)顯得比較突出,這一區域也是一個複雜的腦區,可能和行為有關。

  例子還有很多,動物大腦的差異可能比我們想像的還要複雜,而這也是科學家正在逐步研究探究的問題之一。

 不同動物的大腦
 不同動物的大腦

  剛剛我們也提到大腦和行為上的關係,所以這個問題的關鍵在於:要是真的使勁硬塞,把大腦給換了,那會發生什麼?

  其實意識對於大多數動物是一種相對次要的功能,運動、感覺(視覺、嗅覺、聽覺、味覺……)這些才是動物生存的關鍵。要是貓和狗換了,直接的影響顯然是感覺上的差異和各個器官出現不匹配,比如狗的嗅覺需要靈敏的鼻子,但是換上貓的腦袋,可能處理嗅覺信息時就會有大問題;貓的夜間視覺很好,但也要取決於眼睛瞳孔可以發生放大縮小的改變,但是狗的腦袋進來了,在處理這樣的視覺信息時想必也會不對勁。

  這些從進化的角度來看,其實就是各個器官的一種協同作用:不可能說出現一個超大的腦袋,但是卻很原始的五官。大腦的神經連接和五官、四肢都是相互呼應的,比如動物的運動皮層發達,可以理解它們可以進行高速運動或者精細操作(比如人類的運動皮層很大一部分是決定手的操作的)。

  而且神經的連接也不是一個可以簡單更換的過程,大腦是和全身都有連接。那本來對應四肢的連接,換了一個腦袋能不能連上呢?這應該也是要考慮的問題。

  不過我們只能做一個簡單的暢想,畢竟暫時來看好像還沒什麼人願意花這個經曆去嚐試做這種實驗。

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