蝙蝠是如何處理雜音信號的

船 舷

近年來，仿生學研發成績斐然，如將海豚體形與皮膚在水中游動時不產生紊流的原理應用到潛水艇的設計上，利用蒼蠅的靈敏嗅覺和復眼功能制造出氣味分析儀和蠅眼照相機，依照電鰻放電的原理發明了多功能伏特電池，從螢火蟲的發光器中獲得純熒光素和熒光酶而制造出熒光燈……

其中，最了不起的當屬根據蝙蝠回聲定位功能而發明的雷達與聲吶系統。

神奇的蝙蝠應了中國一句諺語：有古怪的相貌，必有古怪的能耐。早在一個多世紀前，人們就對它們精準定位的本領驚詫不已，當時有人說蝙蝠視覺超強，有人說是它們嗅覺一流。為了找出答案，科學家對此進行了兩次專門實驗。

第一次實驗時，科學家在一處密封的大型倉庫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，讓它們任意飛翔。結果蝙蝠飛了兩個鐘頭，鈴鐺一個也沒響，那么多的繩子，它們竟然一根也沒碰著。

第二次實驗時，科學家把幾只蝙蝠的耳朵塞上;把另外幾只蝙蝠的嘴封住，讓它們在黑暗的倉庫里飛。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不停……

蝙蝠的秘密被初步揭開了，它們在黑夜里飛行，靠的不是視覺與嗅覺，它們是用嘴和耳朵配合起來探路的。

直到20世紀40年代初，兩位美國科學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確捕到飛蛾，是因為它們一邊飛，一邊從嘴里發出一種聲音。這是一種頻率極高的聲波，超過了人類的聽覺范圍。它是一種天然雷達波，不過是以聲波代替電磁波，在原理方面完全相仿。兩位科學家使用一種特制的電子設備，在蝙蝠飛行時，將它們所發的高頻率聲波記錄下來。這種聲波碰到障礙物，必然折回，蝙蝠就可以根據這種返回的聲波準確定位前方的物體。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，成群行動時不致發生碰撞或混亂。

上述研究是對蝙蝠神奇功能的初步破譯，換句話說，還只是知其然而不知其所以然。

世界著名蝙蝠專家、美國布朗大學的神經心理學教授史蒂文·笛卡爾和詹姆斯·西蒙斯一直在研究，聲波是如何通過蝙蝠大腦中的某個區域進行加工的，他們想從深層機制上破解蝙蝠的回聲定位功能。

通過觀察實驗及標本解剖，他們發現在蝙蝠的大腦中專門負責處理聲波信號的聽覺皮層內有聲音主題區，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細胞。他們稱之為緩調節神經元，它是蝙蝠回聲定位功能的指揮中樞。

為了獲取更有說服力的證據，笛卡爾和西蒙斯在密閉的實驗空間內放置很多不易察覺的細金屬絲，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。

結果顯示，蝙蝠們能毫不費力地躲過金屬絲與冒充的獵物，準確捕獲蠕蟲。據此兩位科學家確信，蝙蝠的緩調節神經元不僅可以定位，而且還能描繪它們飛行路線前方物體的清晰圖像。每當蝙蝠發現潛在的獵物，它們的叫聲就會變短但頻率加快，這無疑是在激活緩調節神經元細胞，使其進入最佳狀態。此時，前方的動態圖像便在它們的大腦里生成了，它們完全是按圖索驥，任何干擾都不會影響它們的行動。

緩調節神經元細胞為什么能像畫筆一樣描繪圖像呢？原來它們各司其職，分工明確，一部分負責遠距離的緩調回聲，一部分負責近距離的緩調回聲。緩調節神經元中樞能根據需要隨時開啟變換這兩個功能。

史蒂文·笛卡爾說：“這種調節功能有助于蝙蝠確定其所觀察到的物體是如何相互聯系在一起的，這種功能與用計算機分析物體的原理相同。”

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

（編輯 文 墨）