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假如视力提升50倍，我们能看到什么？

晰数塔互联网快讯
2021-04-30 18:36

本文来自微信公众号：biokiwi（ID：biokiwi），作者：无奶树，原文标题：《视力提升50倍后的世界长什么样？不同动物交换大脑会怎么样？| kiwi说》，题图来自：视觉中国

科幻小说或电影里，我们常常能看到各种各样神奇的设定，有些看起来比较离谱，但也有不少仿佛触手可及；尤其是当以往的科幻情节，随着时间的流逝和技术的进步逐渐照进现实，充满奇思妙想的脑洞的重要性越发凸显出来。本期kiwi说就和各位分享以下两个脑洞：

1. 如果把人类的视力在原有基础上提升50倍，我们看到的世界将会变成什么样？

2. 假如把某些动物的大脑交换，会发生什么？

视力提升50倍，能看到什么？

这个问题实际理解起来可能不是那么容易，50倍的视觉信息也是我们的大脑难以消化的。我们不妨从现有的视觉系统结构上探讨这个问题，再来看看会怎么样。

视觉系统 | 图源：WGray& Anatomy

首先，外界光线通过我们的眼球，投射到视网膜的上亿个感光感受器上面；后者通过识别红绿蓝三种不同的光谱光线，再将信息汇总到120万根神经轴突上。通过电信号快速传播的方式，90%的视觉信息会被传递到位于大脑中间的外侧膝状体（LGN）。

LGN 就好像是一个视觉信息处理的中转站：信息到这会发生一个初步的处理与汇总，针对颜色和物体轮廓进行处理，之后再进一步传递给大脑皮层——位于枕叶的初级视觉皮层 V1 区。

除了初级视觉皮层，人类大脑还包括有 V2、V3、V4、V5（MT）几个不同的视觉皮层，像是流水线一样，把简单的光线信息一步步细化，提取其中的色彩、形状、运动信息。

视觉信息处理过程 | 图源：Wikipedia, Clock

在这个过程你可以发现，我们的视觉系统可能不像照相机一样，咔嚓拍下照片这么简单——为了处理复杂的视觉信息，除了眼睛—LGN—巨大的大脑皮层（视觉系统占大脑比例最高）之外，其实我们在进化过程中还针对这些“硬件”进行各种软件层面的优化。

可以举几个例子：

比如我们的视网膜虽然会有很多的感光器，但它们并不是均匀分布的，而是会分区域、分层进行分布，通过互相作用、合作，达到最好的视觉获取效果。视网膜上的感光器分为两种，一种是感知颜色的视锥细胞，一种是感知光线明暗的视杆细胞。

为了有效地得到更“高清”的画面，人类的视网膜出现了中央凹，是一个位于视网膜中央的一个只占1%大小的小凹槽，上面密布着视锥细胞，通过对光线明暗的感知，有着超强的分辨率能力，因此50%的视觉信息都是通过只占1%的中央凹进行检测的，实现了视觉信息的更高效处理。

底部的 Fovea 就是中央凹的区域 | 图源：Rhcastihos

还有一个例子，大脑皮层在处理视觉信息时的取舍：有一个很有意思的现象，我们在较远距离看一个物体的时候，会自动丢失掉这个物体的一些细节，这种细节我们称之为较高的“空间频率”。而这些细节的处理是需要依靠 V4 甚至到 V5 这样的视觉皮层。

上海神经研究所的研究发现，V4 在识别细节时，整个脑区并不是均匀地去识别，而是有选择性的——有些地方会对空间频率更高的区域起反应，有些区域则只对较低的空间频率起反应；有的细胞比较大,可能就更偏向整体；有的细胞则比较小，就会关注于细节。这也说明面对复杂的视觉信息，大脑在处理过程中，是有一个非常细致且复杂的分工合作的，而不是一股脑都去纠缠于细节上。

不同的 V4 脑区产生不同反应 | 图源：Lu Y, Yin J, Chen Z, et al.

那让我们再回到这个问题：视力提升五十倍，我们应该怎么定义？

它绝不仅仅是说我们看视力表可以看到更小的地方，因为我们的视觉系统在处理视觉信息时，有一套复杂而又高效的方式，如果提高到五十倍，我们可能会有很多改变：

比如我们看到的颜色，本来可能只有光学三原色——红绿蓝；但视力提升以后，我们可能可以识别到更多的光学信息，比如现在看不到的红外线和紫外线，我们眼中的世界会更加斑斓多姿；

比如我们在看远方和近处的物体，我们可以得到更多的细节：远处物体看起来不会模糊不清，每根毛发的细节都会清清楚楚。

其他的各种视觉信息的改变，可能会远比我们能想象到的要精彩。

但与此同时，整个身体的结构将会发生巨大的变化：眼睛会需要更多的感光细胞，为了得到丰富50倍的视觉信息，整个视锥视杆细胞分布可能都要重排，中央凹区域可能需要扩大，我们的眼睛将会压力重大，苦不堪言。

同时要处理50倍的视觉信息，我们的大脑也需要进行全面的改造：要么视觉皮层扩大几十倍，我们每个人都会像科幻片里外星人一样的大头娃娃；要么我们舍弃大脑其他功能，比如情感、记忆、意识、学习、语言能力，全面为视觉服务——我们从此成为一个拥有超强视觉，但毫无意识情感的“低等人类”。

从这个角度来想，我们没有进化出50倍的视力，也是一个合情合理的结局了。

互换动物大脑，会怎么样？

类似的问题其实是很多科幻小说电影的主题：人的大脑互换了，会怎么样？或者说我们能不能把大脑意识抽取出来？

但是动物的大脑互换——这种跨物种的操作其实会更难：大脑可能是不同物种间差异最大的器官之一了，不同的动物大脑几乎都不一样。可以举几个例子：

比如人和黑猩猩，我们知道人类和黑猩猩是近亲关系，但是人的大脑大概是黑猩猩的两三倍大，而且具有更复杂的沟回结构，大脑的形态也是完全不同。

黑猩猩大脑 vs 人类大脑

而即使我们把这个距离拉近，比如已经灭绝的一种古人类——尼安德特人。根据考古发现，他们的脑容量大约比现代人大100cc~200cc，而且现代人的大脑更偏向球形，而古人类的大脑却更偏向椭圆，要换的话估计也有不小的难度。

当然我们也可以再举个例子，比如新喀鸦，是乌鸦的一种，非常聪明，可以使用工具，具有逻辑推理能力。而研究通过和其他鸟类的比较，发现新喀鸦确实大脑大很多，而且其中皮质（mesopallium）显得比较突出，这一区域也是一个复杂的脑区，可能和行为有关。

例子还有很多，动物大脑的差异可能比我们想象的还要复杂，而这也是科学家正在逐步研究探究的问题之一。

不同动物的大脑｜图源：Defelipe J.

刚刚我们也提到大脑和行为上的关系，所以这个问题的关键在于：要是真的使劲硬塞，把大脑给换了，那会发生什么？

其实意识对于大多数动物是一种相对次要的功能，运动、感觉（视觉、嗅觉、听觉、味觉……）这些才是动物生存的关键。要是猫和狗换了，直接的影响显然是感觉上的差异和各个器官出现不匹配，比如狗的嗅觉需要灵敏的鼻子，但是换上猫的脑袋，可能处理嗅觉信息时就会有大问题；猫的夜间视觉很好，但也要取决于眼睛瞳孔可以发生放大缩小的改变，但是狗的脑袋进来了，在处理这样的视觉信息时想必也会不对劲。

这些从进化的角度来看，其实就是各个器官的一种协同作用：不可能说出现一个超大的脑袋，但是却很原始的五官。大脑的神经连接和五官、四肢都是相互呼应的，比如动物的运动皮层发达，可以理解它们可以进行高速运动或者精细操作（比如人类的运动皮层很大一部分是决定手的操作的）。

而且神经的连接也不是一个可以简单更换的过程，大脑是和全身都有连接。那本来对应四肢的连接，换了一个脑袋能不能连上呢？这应该也是要考虑的问题。

不过我们只能做一个简单的畅想，毕竟暂时来看好像还没什么人愿意花这个经历去尝试做这种实验。

参考资料：

1. Krantz J H. Chapter 3: The stimulus and anatomy of the visual system[J]. Experiencing Sensation and Perception, Pearson Education, 2012.

2. Lu Y, Yin J, Chen Z, et al. Revealing detail along the visual hierarchy: neural clustering preserves acuity from V1 to V4[J]. Neuron, 2018, 98(2): 417-428. e3.

3. Defelipe J. The evolution of the brain, the human nature of cortical circuits, and intellectual creativity. Front Neuroanat. 2011 May 16;5:29. doi: 10.3389/fnana.2011.00029. Erratum in: Front Neuroanat. 2013;7:10. PMID: 21647212; PMCID: PMC3098448.

本文来自微信公众号：biokiwi（ID：biokiwi），作者：无奶树