【第六章 别忽略其他感觉】
魔法其实不过是运用了人的全部感觉。是人类自己把这些感觉切断的。
——《炼金术士》(Alchemyst)迈克尔·司各特(Michael Scott)
水蛭一类的动物向来能感知气压的变化,在维多利亚时代,就有一位名字应景的发明家乔治·好天气(George Merryweather)妥善利用了它们的这种能力。他发明了一部预测装置叫“风暴预言机”(Tempest Prognosticator),试着用它预测暴风雨天气。这台预言机的外观像一部微型旋转木马,不过围成一圈的不是木马,而是一只只小瓶子,每只里都住着一条水蛭。在自然生境中,这些动物会躲在潮湿的庇护所内等待潮湿天气,一到下雨它们就起兴致,有雷暴时更兴奋难抑。在好天气先生的这部装置里,低压锋面会撩拨得水蛭沿玻璃瓶壁向上攀爬。这个动作又会打破机关的平衡,晃响一只铃铛,警示附近的人。这是个巧妙的主意,发明家先生也向海岸警卫队卖力推销了它,但并未成功。不过他总算是有幸在1851年的伦敦世博会上看见了它的展出。
除了水蛭,还有许多动物也对天气变化敏感。在法国部分地区,农民们一度在玻璃罐里养青蛙,正是要利用这种两栖动物在下雨前会发出一串呱呱叫声的天性。许多植物同样擅长预测天气:三叶草会在阵雨前小心地收拢叶片保护自己,万寿菊、向日葵和琉璃蘩蒌也会收起花瓣,许是为了保持花粉干燥。我们早就知道,人类也会在气压低时感觉不适,尤其是偏头痛、风湿病和慢性疼痛,似乎都会赶巧似的随气压降低而加剧。其中的原因我们还不清楚,或许是低气压使身体分泌应激激素,加剧神经活动,由此使人对疼痛更为敏感。至于这在严格意义上能否算一种“感觉”,仍是一个问题,部分是因为人体内应该说没有专门针对气压的感受器。尽管如此,我们知道至少在小鼠身上,气压变化会激起内耳的神经活动,或许人体也有类似机制。
暴风雨不仅伴随着气压波动,还会产生电气干扰。蜜蜂对此就很警觉,雷暴来临前它们会全速撤回巢内。对电场的觉察,即所谓的“电感受”(electroreception),也构成了蜜蜂觅食策略的一个环节。和其他昆虫一样,蜜蜂扇动翅膀时,体内会积累一小股静电,等它们降到一朵花上,这个电荷就会转移到植株上停留一段时间,再通过茎秆缓缓导入土壤。其他四处采蜜的蜜蜂能探测到先前的觅食者留下的电活动,它们有时会明智地避开一株带电荷的植物,因为先前的访客多半已将花蜜采走大半。
严格来说,蜜蜂对电的觉察还算不上电感受,因为它们仍是通过触觉感知电力;但许多别的动物的确有专门分辨电场的传感器。在这方面,鲨鱼是出名的好手,它们在水中巡游时会留意周围电荷的脉冲和嗡鸣。一条小鱼可以躲到鲨鱼看不见的地方,但绝对无法阻止自身发出电压微弱的神经能量进而向鲨鱼暴露位置。类似地,在哺乳动物中,海豚和卵生的单孔目也能瞄准活猎物散发的电场。在澳大利亚的溪流和死水潭中,奇妙的鸭嘴兽就是狩猎的高手。这些地方有时候水体浑浊,但这对鸭嘴兽而言并非障碍,它们的鸭嘴上布满感受器,能在浊如肉汁的水里找到可口的无脊椎猎物。
对候鸟的一项突破性研究显示,在禽类的视网膜中有一种名为“隐花色素-4”的蛋白,使它们能看见地球的磁场。无疑,这是一种视觉体验:首先是因为它们在全无光线的环境中显然无法导航;其次是当隐花色素启动时,激活的是和普通视觉相同的脑区。不过地磁场在禽类眼中到底是何模样,我们只能猜想:它们可能将其感知为额外的对比度或亮度,由此看见真北的方向。有了这个非比寻常的视觉插件,在长途飞行中导航就如儿戏一样简单。
隐花色素并非鸟类独有。这是一种古老的蛋白,在生命演化树上处处可见。实际上,它最早是从十字花科的拟南芥中分离出来的;也出现在大量动物物种体内,从昆虫到我们人类都有。对大多数物种而言,它的主要功能是通过对蓝光的检测设置体内时钟。然而在有的物种体内,它分化出了别的功能:与其他蛋白联手组成生物罗盘。可是,光有隐花色素还不足以使动物分毫不差地辨明方向。长途迁徙的候鸟有对磁场特别敏感的隐花色素罗盘;鸡和信鸽也有必要的隐花色素,但这些色素就不如其他鸟儿的那样敏感。而鸽子认路的本领又是这样广为人知,它们是否还有什么别的机制来追踪磁场呢?
铁是鸽子体内的一种关键元素,当然在多数别的动物体内也是如此。铁在血红蛋白(它在血液中负责运输氧气)中有不可或缺的作用。铁还构成磁铁矿这种矿物,它在鸟的喙、蜜蜂的脑和鱼的鼻子中均有分布;其实几乎所有具备惊人导航能力的动物,脑袋里都有它。磁铁矿极为敏感,总能与地球磁场对齐——虽然它施加的力很小,只有一块冰箱磁贴的1/200左右。有趣的是,人脑的前部也富集了磁铁矿,这是否说明我们也有磁感的本领?
40年前,曼彻斯特大学的罗宾·贝克(Robin Baker)报告了几项实验,表明我们真的可以感到地球磁场的牵引。他让一群学生蒙眼坐上大巴,载着他们开到四下无人的荒野,然后要他们指出家的方向。和布尔达的那些动物对准磁线的实验一样,贝克的数据也有一些噪声,但仍有90%的志愿者指出了十分接近正确的方向。将所有猜测汇总考虑,平均误差不到5度,即低于2%。然而,当被试扯下蒙眼布重新猜测时,他们的定向能力却消失了。之前那么精准,似乎是因为他们被迫依赖了某种古老的磁感,而一旦强势的视觉加入进来,其他感觉就只有靠边站了。此外,有的被试除了蒙眼还在头上佩戴了磁铁,用以混淆他们体内的罗盘,这部分被试在猜测家的方向时就错得离谱。
这番对额外感觉的“证明”先是引起了一阵兴奋,但随后贝克的发现就引来了质疑。好几个研究组想要重复他的结果,都未能成功。另一些人则指出,虽然人类的颅内是有磁铁矿,但我们没有任何传感器来识别它如何对地球磁场做出反应。贝克的结果纯属巧合;人类没有磁感,完毕。这次经历使贝克抬不起头来,最终还逼他放弃了研究,这可悲而又充分地体现了科研有时候可以多么充满火药味和对抗气氛。
此后又出现过几条诱人的线索,显示贝克的观点或许并非全无道理。比如有人指出,像蝙蝠之类的哺乳动物的确会用磁铁矿辅助导航。另一方面,针对人脑的成像研究也得出了精彩的证据。2019年,加州理工大学的康妮·王(Connie Wang)领导一群学者考察了人类志愿者对所处磁场变化的反应。志愿者戴上测量脑活动的电极,再像虎皮鹦鹉似的坐进一只超大笼子里——那不是普通的笼子,而是一只法拉第笼,其中的磁场由实验者操控。实验的结果很明确:每次重置磁场,许多志愿者的脑部便会亮起反应。除了显示人脑的确能感知磁场外,这个实验还揭示了两件事:第一,志愿者对周围的变化没有一个表现出知情的样子;第二,人与人之间脑的区别显著,有人对磁场变化高度敏感,也有人几乎察觉不出变化。也许,我们当中那些方向感过人的成员,的确在潜意识深处得到了这种神秘感觉的辅助。
保持平衡需要各种感觉的团队协作,比如要结合眼睛输入的信息,皮肤和肌肉中的传感器,再加上前庭系统。最后这一样是内耳中由注满液体的弯管构成的精巧三件套(见第104页图)。当我们运动时,这些弯管中的液体来回晃荡,冲刷纤细的“感觉毛”,后者检测到运动后会将这一信息传入脑中。这些纤毛还有承载它们的细胞,都和隔壁耳蜗中的纤毛及毛细胞大致相同,可见我们的听觉和平衡觉在解剖上是多么接近。它们都来自远古的鱼类祖先,在那些鱼类身上这是同一种感觉。因为我们有三根半圆的弯管,每根的方向都不同于另外两根,这使得我们能在三个空间维度上识别运动。但即便如此,人的解剖结构中还有更精微的妙招:我们有一对耳石器,里面填满了名为“耳石”的微型石子,其目的是让我们知道自己正以何种方式运动。耳石的滚动向脑报告我们的垂直加速(即是否在坠落)——半规管则记录我们的水平加速。可以想象,每当我们坐过山车,或在飞机上遭遇乱流时,这两种结构都饱受操练。
一系列螺旋、环绕和囊巧妙又精简地构成了前庭系统,它使我们能敏锐地感受自己的每个动作,虽然这整套系统不过一块方糖大小,其内部盛有液体的骨管直径也才1毫米左右。想到我们的平衡与协调竟都来自这样细微的结构,就不由使人惊叹。人能直立行走并在日常活动中维持体态,全靠有这套前庭系统。我们在踉跄之后稳住身体的正位反射(righting reflex)也来自脑中某些快如闪电的计算,所基于的信息来自眼睛和内耳的输入。
而这套系统对人最有价值的裨益,是提供了所谓的“前庭眼反射”(VOR)。这是我们平时注意不到的一种反射,但没有了它,生活的乐趣将大打折扣。想了解到底会打怎样的折扣,不妨回想你上次观看业余电影人的自制影片。那经历可能不怎么舒服:镜头抖个不停,拍出的画面完全不同于我们对视觉环境的正常知觉。但说来有趣的是,这样的糟糕电影,或许反倒是对我们眼前世界更真实的反映。而我们平日里之所以能享受顺畅的视觉,即便在时时要快速摇晃头部的慢跑或跳舞等活动中也是如此,是因为有VOR替我们稳住了视野。VOR是人能做出的最快反射之一,不到1/100秒就能完成,我们的眼睛会自行快转,抵消头部的每一下运动,由此产生我们习以为常的平滑视觉体验。
如果前庭系统出错,人就会如坠噩梦,连最基本的动作都再难做出。比如新英格兰有一位医生约翰·克劳福德(John Crawford),因为疑似得了结核病而长期服用抗菌的链霉素。这种药物虽然成功抵御了结核,却也产生了破坏前庭功能的负面效果。经过几周链霉素治疗之后,他描述眼前的医院房间似乎整个转了起来,搞得他晕眩难当。就连阅读这样简单的动作,他也非得把脑袋卡在床头的金属栏杆之间才能办到,因为任何轻微的动荡,即使只来自心脏的搏动,也会引得字在书页上乱跳,令他作呕。他形容当他努力在一条走廊上行走时,脚下的地面都摇晃起来,仿佛变成了风暴中的船只甲板。他停用抗生素后马上开始恢复,但即便如此仍必须用极端手段保持身体平衡,尤其是在无法用视觉调节运动的夜里。他回忆道,一次他从一场夜晚酒会离开走入夜色,一路只能跪地爬行;出于自尊,他一口咬定是鸡尾酒效力太强,决不承认是用药的缘故。
对于大多数人,眼睛和身体的输入与前庭系统报告给我们的信息是相谐的。可是一旦这套系统的各成员发出彼此矛盾的信息,比如我们坐在汽车里阅读或者在海面翻腾时登船,就会感到很不舒服。这是为什么?毕竟人类原本就是经常运动的动物,我们的平衡感已经演化得足以应付生活中的常规运动。然而,现代交通却给人脑带来了不常规的新体验。身处车船中的我们仿佛薛定谔的乘客——既在运动,又没在运动——这时问题就来了。坐车时,肌肉中的传感器告诉脑部我们是相对静止的,而前庭系统却检测到了运动和加速,我们的眼睛则报告我们时而静止时而疾行——取决于我们看的是车内还是车外。总之就是一团纷乱。这些互不匹配的消息给脑出了难题:在我们漫长的演化史上,大部分时间都没有汽车这东西,因此也缺少恰当的参照系。于是脑的疑点就落在最常造成这类感觉失调的一个原因上:中毒。脑还知道,排除毒素有一个简单的应急方法,于是指挥你呕吐起来。
在德国的康斯坦茨,马克斯普朗克动物行为研究所的所长马丁·维克尔斯基(Martin Wikelski)认为可以做到。在他的科研生涯中,他开发了一套周详备至的系统,能追踪全球不同物种的运动。其中的每一只动物身上都有一块最先进的追踪器将详尽的信息发送出来,包括它们的速度、加速度、活动、方位等,由国际空间站的精密天线收集后传回地球。该项目名为“伊卡洛斯”(Icarus),主要目标之一是研究动物的长途迁徙,并考察动物如何与周边生态环境、与彼此互动,最终实现有针对性的动物保护。不过,这些空前丰富和优质的信息也可以用来捕捉动物行为,建立一套自然灾害早期预警系统,马丁给这项研究起名叫“利用自然开展灾害预警调解”(Disaster Alert Mediation using Nature,DAMN)。
数年前,马丁曾和几名同事前往西西里,去面对岛上那座长年困扰居民的埃特纳火山。这座火山的侧坡郁郁葱葱,营养丰富的火山土中长出了大量植被,山羊在这里心满意足地吃草。马丁他们打算采集山羊对当地的“知识”,于是给其中几只安上了电子追踪器,远程监测它们的行为。他们没等太久,因为埃特纳火山几周后就喷发了。事后马丁追查了山羊在喷发前的行为,发现它们提前约六小时出现了明确反应,变得异常活跃。
不过从科学上讲,“异常活跃”还算不得什么有效的度量。因此下一步还要建立精准的行为参数,以证明山羊确实感应到了埃特纳火山即将喷发。如果能做到这一点,接着就可以让这套“羊力预警系统”自动运行,每当山羊行为的某些方面超出某一阈值,就自动触发警报。在之后的两年里,这些无畏的山羊成功探测了近30次火山扰动,其中7次构成显著威胁。这本身已经很了不起,但更精彩的还在后头。埃特纳火山的周围分布着一圈监测站,靠机器的传感器预测火山活动,然而论表现还是山羊表现更好,它们抢在这些科技小发明之前很久就能感应到埃特纳的扰动。不仅如此,山羊还能预感到将要发生的喷发可能是什么强度,而这一点众所周知是很难靠科学仪器做到的。马丁将最先进的技术和动物在演化中形成的“超级感觉”焊接到一起,将21世纪的严谨视角代入了历史悠久的文化习俗,这有望为一个困扰全球的难题给出一个物美价廉的解决方案。