TWO 其實我們活在大腦創造的虛擬世界裡
先來看看你最熟悉的五種感知吧：視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。
這些你熟悉得不能再熟悉的感知聯手為你創造了一個全方位的高清虛擬實境世界，展示著外界傳遞給你的資訊。
你不信？看了這章就知道了。
昔者莊周夢為蝴蝶，栩栩然蝴蝶也。不知周也。
……不知周之夢為蝴蝶與？蝴蝶之夢為周與？
——《莊子·齊物論》
日常生活中充滿了各種各樣的資訊，光線、聲音、氣味、觸摸等等。這些資訊都必須通過大腦的分析，才能為你我所用。正是因為大腦，我們才能夠感受、理解身邊的世界，並對環境產生合理的反應。
我一直在思考，既然大腦對於我們的生活如此重要，為什麼在人類社會中，對它鮮有提及呢？為什麼大家對大腦並不是很“在意”呢？
開始學習神經科學之後，我才恍然大悟。人類對大腦所缺失的應有的“在意”並非是一個缺陷，恰好相反，這正是一條細細想來都覺的恐怖的線索——我們都，深深地，被一直所相信的“現實”困在裡面了。大腦展現給我們的這個“現實”太真實、太無瑕了，讓人很難意識到，實際上，我們一直都被困於其中。
你怎麼知道你看到的紅色就是紅色呢？你我看到的紅色是一樣的嗎？為什麼我們會給紅色賦予各種各樣的意義？我看到的純色，可能並不單純，但因為經過大腦的分析，讓我只能看到它純色的形態。而我們也只是在用一種互相能夠理解的言語在進行思考和溝通。
其實，眼見不一定為實。你所聽到的聲音也僅是聲音的一小部分而已；你所聞到的榴梿味可能和其他人聞到的並不一樣；換一個杯子，就能讓你覺得咖啡變了味道；你以為花椒的麻是一種味覺，但它實際上是一種震顫……
莊周夢蝶，是莊子提出的一個哲學論點，認為人不能確切地分清真實和虛幻。兩千年後的我們，真的能說已經能夠分清真實與虛幻了嗎？
古希臘哲學家柏拉圖在《理想國》中，有個非常有名的寓言，叫洞穴。講的是有一群囚犯從小就被關在一個洞穴裡，脖頸和手腳都綁在柱子上，不能走動、不能轉頭，只能往前看著投射到洞口牆壁上的影子。因為他們一輩子都只能看到那些影子，便深深相信這些影子便是“真實的世界”。而當有人掙脫枷鎖，走出洞口時，才發現以前看到的不過是虛影罷了。雖然這個寓言有不同的解讀方式，但在這裡，真是個絕妙的隱喻。
你看到的、聽到的、聞到的、記得的、感受的，都是大腦呈現給你的。當你質疑它時，你會尋求別人的肯定。你拿著一朵花問我，是紅色的嗎？我回答是的。你長出一口氣，原來是虛驚一場。但你忘了，我的大腦和你的大腦也沒什麼區別啊！
你我其實就是被綁在洞穴裡的人，大腦呈現給我們的世界就是牆壁上的影子。
視覺：眼見不一定為實
大腦是如何“看”到的？
難易程度
牛頓發現白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的顏色光線組成。即我們對“白色”光的感知是由整個可見光的光譜所形成的。當白色的自然光照到物體上，物體會反射某種顏色的光線，這種光線進入人的眼睛，落到視網膜上。通過視網膜上的視錐細胞和視杆細胞，物理光線被轉化為神經信號。視錐細胞負責“調查”光線的波長（對應光的顏色），視杆細胞則對明暗變化和運動較為敏感。而這，只是視覺的開始而已。
你可以把這整個流程當成一個快遞公司的送貨系統。光線所含有的資訊是一個個包裹，從外界的不同位置，送入眼球。視網膜上收集到了視覺信號，視錐細胞的工作就是分收快遞，然後按類別（即不同波長）打包，接著包裹被送入視神經。在此之後，有一小部分包裹，會被送到中腦的上丘（superior
colliculus）去，這條路線被認為和眼球運動有很大關係，也和一些反射行為有關，如當有強光，人會下意識做出舉起手或轉頭來保護眼睛的動作。而剩下90%的包裹會沿著固定的路線，經過交叉路口似的視交叉，將信號發到大腦裡一個叫外側膝狀體（lateral
geniculate nucleus）的區域。這個區域相當於一個中轉站，然後經過這裡，送往配送中心，即大腦視覺皮層（visual
cortex）。這個超大的配送中心裡分很多很多層，每層又負責不同的任務。視覺皮層位於頭的後腦勺，還記得《還珠格格 Ⅱ》裡紫薇後腦勺碰了石頭，然後盲了一段時間嗎？所以在保護眼睛的同時，也要注意保護後腦勺喲。
眼睛只是視覺神經系統的一小部分，而負責處理視覺信號的，是位於後腦勺的視覺皮層
包裹們會首先進入初級視覺皮層，先拆開包裹，然後看每個物體是原本來自哪裡的，然後分門別類地送往下一層。在下一層又會分析，每個包裹是什麼顏色的，然後再下一層又看，這一堆包裹是個什麼形狀，那一堆是什麼花紋；一層層下去，完成最基本的視覺資訊的識別，在你的大腦中畫出了看到的圖像，然後還需要根據圖像中物體和背景的關係，來進一步分析，哪裡有陰影、物體之間的位置關係等等。最後把分門別類好的視覺信號發送到大腦的不同區域，去做更複雜的任務，譬如說，閱讀、識別人臉、看電視等等。
這裡我只是非常籠統膚淺地描述了視覺信號是如何被看到的。研究這個的學科叫“視覺神經科學（Visual Neuroscience）”。雖然哲學和神經科學常常有很多聯繫，但“視覺神經的工作原理是怎樣的？”是可以單純當成生物學問題看待的。“大腦裡的神經活動是怎樣引起了視覺認知，以及視覺認知相關的行為的”即視覺神經科學目標研究的主要問題。
為什麼《還珠格格 Ⅱ》裡的紫薇撞上石塊後失明了？
難易程度
在《還珠格格Ⅱ》第34集裡，紫薇後腦勺撞上了石塊，結果失明了。1999年，才小學二年級的我，實在是太困惑了：那石頭隔空打物，從後腦勺把前面的眼睛給弄壞了嗎？
其實，眼睛是正常健康的，但視神經或是大腦的視覺皮層出現了損傷，也是會導致失明的。
在《還珠格格Ⅱ》裡，慌亂之中，紫薇的後腦勺撞上了石塊，結果醒來時已經看不見了。這可能是因為當時損傷了位於後腦勺的視覺皮層。因為之後她又恢復了視覺，我推測當時她可能只是暫時性地失去了視野（visual
field）。什麼是視野？當保持眼球不動，面向正前方注視正中央一個點時，你所看到的空間範圍，就是視野。在學術上，紫薇的這種情況叫視野缺損（visual
field loss）。
不同位置的視覺皮層損傷導致不同的視覺損傷。左列是左側大腦，大腦上紅色區域標示的是被損傷的區域。在此，為方便解釋，所有的損傷都在左側大腦。最上方表示正常情況下的左右兩眼的視野。偏盲（hemianopia）：左側視覺皮層受到損傷會導致“看不到”右側視野。值得注意的是，無論眼球如何轉動都無法看到右側視野。象限盲（quadrantanopia），意思是視覺中看不見視野中的某一個象限……（說實話我更喜歡日本的翻譯，叫“四分盲”，即四分之一盲）。還有最下方的視覺暗點（scotoma）
簡單地來說，“左腦負責看右邊，右腦負責看左邊”。上圖中的損傷都出現在左側大腦，所以視野損傷都出現在右側。在現實生活中，當出現偏盲的現象時，患者會將其形容為——“我的右眼看不見了”。實際上是整個右邊視野看不見了，但因為缺乏神經科學的知識，以為視覺僅是由眼球決定的，誤以為是右眼出了問題。
為什麼要長兩隻眼睛？
難易程度
之前我看到了同一個話題的一篇果殼文章，開頭很妙（但可惜我找不到實際的出處）。話題來自武則天，有天她問大臣們，為什麼人要長兩隻眼睛？大臣們張口結舌，都答不上來，武則天則告訴大家，是為了當一隻眼睛累了的時候，能睜一隻眼，閉一隻眼。這句話，本是武則天敲打大臣，要他們不要多管閒事，後來常被解讀為“為人需大度，莫要斤斤計較”。
唉，憂國憂民的我真是為這幫大臣的生物學知識捉急（著急）哪……
這個問題很簡單嘛，這個話題在學術上被稱為雙眼視覺（binocular vision）。
有兩隻眼睛，一方面是可以有更寬闊的視野，即使周邊的資訊不清晰，也能夠有一些警醒作用。這對於常常被捕獵者設為目標的動物們異常重要，視野越寬廣，越容易發現靠近的捕獵者。
另一方面就是能夠對“視覺深度”的感知更加精准，換句話說就是知道一個物體離我們眼睛的距離有多遠。當我們看著一個物體時，因為兩眼之間有一定距離，所以兩眼所接收到的圖像會有不同，發送至大腦後，大腦便會分析兩幅圖像，從而更加精准地判斷眼睛與目標物體之間的距離。然而，這個優勢只有在雙眼距離較小，兩眼所接收到的圖像有一定的重疊範圍時才能發揮作用。當然，要是僅有一隻眼睛也是能夠估計這個距離的，只是不如有兩隻眼睛來得輕鬆精確。這一個視覺優勢對於捕獵者異常重要：在追逐獵物時，運動的物體與自身的距離與捕獵成敗息息相關。
要是武后興趣濃厚一些，就該問，那為什麼兩隻眼睛不放開一點？為什麼有些動物的兩隻眼睛靠得近一些，有些兩隻眼睛分在頭的兩側？
正如之前所提，雙眼的兩個優勢相互牽制：如果想要更寬闊的視野，雙眼就是分得越開越好；如果想要對一個運動的物體進行快速地跟蹤，就最好讓雙眼靠近一些，有更多的重疊範圍。所以，作為常被捕獵的“弱勢”動物們，如兔子、羊、鹿，兩隻眼睛位於身體的兩側；而作為捕食者的鷹、獅子、老虎甚至蛇的雙眼靠得都很近，且面向前方。最佳的對比例子就是鴿子和老鷹。即使在眼睛不動的狀態下，鴿子也能看到300多度的視野，而老鷹只能看到不到120度，但有近90度為兩眼視野的重疊區域。（唉，某鳥天生只有逃跑的命啊……）
冷知識：別看鴿子呆頭呆腦的，即使你站在它身後，人家也是看得到你的喲。
鴿子和老鷹的視野範圍。鴿子有將近全景的視野，而老鷹僅有120度視野。圖中圓弧顯示的是視野，深色區域為雙眼視覺（Biocular vision），即雙眼視野重疊部分；淺色區域是單眼視覺（Monocular vision），即只有一隻眼能看到的範圍
像我們人類這樣雙眼往前看的動物，（大多數，在正常狀態下）兩眼運動時是保持一致的。右眼往右看，左眼也按照相同的速度往右轉動，使得視野範圍向右平移。當然也有動物兩隻眼睛能夠分別自行運動的，譬如說擅長偽裝的變色龍，但畢竟人家是靠看環境、臉色吃飯的物種。
那為什麼不能多長幾隻眼睛，甚至放一個在後腦勺呢？對神經系統來說，眼睛是一個很昂貴的配件，不僅眼珠，連相連的神經纖維都非常精細，也佔據相當的空間，更重要的是分析視覺資訊需要佔據大腦很多的分析資源。生存，就是一路的妥協。
這一點，你可能從未意識到，但希望讀完這一章之後，你能夠理解，視覺神經系統是一個多麼精緻、設計巧妙的系統；在讀完這本書之後，希望能讓你理解，視覺僅是神經系統的諸多功能中的一個小小方面。人類的進化，一路上充滿了我們與自然環境、與其他的物種之間的爭奪和妥協。而對神經系統中的各個功能而言，相互之間，也在進行著無聲無息的競爭。
閉上眼，在視野裡漂浮的那些奇怪的東西是什麼？
難易程度
70%的讀者看到這句話就應該知道我說的是什麼，特別是在看到很亮的單色平面時（如藍天），很容易看到奇怪的半透明漂浮物，而且這些漂浮物還會緩慢向視野下方或左右兩邊滑動。還不知道我在說什麼？那你就是那剩下的30%，那東西大致長這樣：
當光線充足，仰望藍天的時候，偶爾在視野中會看到透明、蜘蛛絲一般的玩意兒飄來飄去，即使轉動眼珠，它們還是在那兒
那到底是什麼？為了展示，上圖將它的顏色加深了許多。如果你看了這張圖還是不理解，說明你從未有過這樣的體驗，建議直接跳過這篇文章。說實話，直到大三，我一直以為是我自己眼睛的問題。大三上主修課視覺神經的時候，老師說大多數人會看到這種漂浮物，叫floater（玻璃體浮游物），中文俗稱“飛蚊症”。
人的眼球中心是由一種無色透明的膠狀物體填充的，叫玻璃體，起著撐起眼球並固定視網膜的作用。而這些蜘蛛絲般的浮游物，實際上就是玻璃體裡的一些攪在一起的蛋白質所造成的陰影。
當光線很亮，穿過晶狀體時被這些蛋白質擋住，在視網膜上造成了陰影，進而看到了像上圖一般，輪廓清晰但中間透明的樣子。這些一坨一坨的蛋白質不是什麼有害物體，實際上你時時刻刻都看得到它們，不過因為不明顯，大腦也習慣了，所以你一般不會意識到它們。實際上眼內的血管也會擋住光線，但因為血管的位置是固定的，大腦習慣後，就會無視血管。另一種情況是，眼內出血會導致紅細胞進入玻璃體，也會導致飛蚊症，特別是當玻璃體將這些紅細胞推向視網膜時，會呈煙霧狀出現。
一般來說，飛蚊症只是有些煩，不會對視覺有什麼影響，但在嚴重的情況下，有時會很容易讓人分心。而且近視的人特別容易出現較為明顯的飛蚊症。老年人也更容易受到嚴重的視覺困擾，特別是在白內障手術之後。現在的年輕人因為用眼過度，也會導致飛蚊症的出現。當飛蚊症非常嚴重時，可以通過將玻璃體吸出，替換為類似的膠體來治療，但這種手術很容易有嚴重的後遺症，所以若非飛蚊症嚴重影響視覺，不會建議患者用手術治療。
如果你和我一樣，閉眼後，有光線通過眼皮都會看到漂浮物的話，要好好注意用眼衛生了。用眼衛生不僅僅對青少年很重要，對我們成年人來說也是需要注意的。
大腦騙局的洩密——裙子到底是藍黑色還是白金色？
難易程度
2015年3月初，有一條裙子，讓很多人友誼的小船翻了又翻。“你覺得這條裙子的顏色到底是藍黑還是白金？”成為很多人那兩周見面聊天的開篇話題。你要是說不知道我在說什麼，你肯定不怎麼玩朋友圈。請自行上網搜索“藍黑裙子”。
無論是看成白金還是藍黑都和色盲色弱沒關係，對一個物體的顏色的感知，不僅僅是“所見及所知”，而且是通過分析物體及周圍的環境（如背景亮暗等），是將物體與環境一起分析、雜糅而成的。把這條原本藍黑色的裙子，看成一條白金色裙子，只是一個“正常”的視覺錯覺而已。
在睜著雙眼的每一刻，大腦都會收到很多很多視覺資訊。為了能夠快速地分析這些資訊，通過多年的學習，大腦會預先設計一些捷徑，譬如說“人臉都是凸出來的”，或是“當光線暗的時候，看到的顏色和物體本身的顏色會很不一樣”。這些捷徑在大多數時候都是很管用的，幫大腦節省了大量的時間和精力，對人類的進化生存以及我們現在的日常生活有非常大的幫助。
但有時，這些預設的捷徑會幫倒忙，使得我們產生了視覺錯覺。
譬如說，在這次的“藍黑裙子”事件中，明明是藍黑色的裙子，很多人卻覺得是白金色，是因為很多人都有“白色物體在這種昏暗的光線下會看起來像藍色”的經驗。簡單地來說，就是你實際上看到了“藍黑色”，但大腦走了捷徑，將看到的視覺信號進行了分析和校正，讓你覺得它其實是白金色的。
如果把視覺系統和照相機類比一下，這個捷徑相當於攝影中的“自動白平衡”系統。
對於所看之物，我們每時每刻都在“腦補”。倒不是因為“眼見不為實”，而是“腦見不為實”。因為人的眼睛“看”到的顏色，和我們“想”的顏色是不一樣的。
我穿著藍黑色條紋的裙子分別站在黃色燈光的房間裡（左）以及燈光昏暗背光的房間裡（右）時，你看到的顏色實際上是不一樣的。只有經過“腦補”，才會知道本來的顏色
多一點顏色：藝術家最想得的精神病——四色視覺
難易程度
No offense（無意冒犯）。
不管你是不是學藝術的，看完本章你估計都會想，要充多少話費才能得這種“病”。反正我是想的。
在學視覺神經學的時候，最好玩的事就是討論每個人眼裡的顏色是不是一樣的，就像每個人聽到的聲音是否一樣。
對擁有普通視覺的人來說，蠻難想像不同情況的色盲眼中的世界是怎樣的（換句話說，看到的顏色比普通視覺的人少）。而更難想像的是，如果有人能看到更多的顏色，又是怎麼樣的呢？
每只人眼中有大約600萬到700萬個視錐細胞，這種細胞的重要特點就是在亮度高的地方有辨別顏色的能力。在普通視覺的人中，眼球中有三種視錐細胞。這三種視錐細胞能夠吸收不同波長的光線，通過測量它們對於不同的光線的吸收能力，科學家發現它們吸收最佳的光線波長分別是：紅色的長波（560納米），綠色的中波（530納米）和藍色的短波（420納米）。擁有這三種視錐細胞的人也被稱為“三色視覺者”。
早在200年前，英國物理學家Thomas Young（湯瑪斯·楊）就發現了光的三原色，即用相同比例的紅綠藍色的光相疊加就會成為白色光。根據這個生理原因，我們現在用的電子設備，都是用這個色彩模型來檢測和顯示圖像。要注意的是，這和繪畫裡用的紅黃藍三原色不同，所以相對應地，在印刷時，專業人士會用包含著洋紅色、黃色、天藍色以及黑色的CMYK顏色系統。
三色視覺者能夠看到近一百萬種顏色，但只能區分150種左右。而且如果是灰色，常人也只能分辨出大概30種灰色，所以什麼“五十度灰”（Fifty Shades of Gray 8）是不現實的啦。即使如此，一百萬種顏色聽起來也不少了吧？
冷知識：擁有普通視覺的人能夠看到近一百萬種顏色。
別驕傲，還有人能看到一億種顏色呢！
有些動物，如某些魚（家裡養的金魚）、鳥類、昆蟲，兩棲動物甚至有第四種視錐細胞，讓它們的視覺認知擴展到看得到紫外線。雖然從進化學角度來講，很久以前，估計很多哺乳動物都是四色視覺者，但隨著基因改變、環境變化，這種視錐細胞在哺乳動物中已經沒有什麼存在的必要了，所以變得非常少見。
經過20多年的尋找之後，2010年終於發現一名英國女性有四色視覺9；緊接著，一名叫Concetta Antico（康希達·安蒂可），的澳大利亞印象派畫家也被證實有四色視覺10。擁有四色視覺的人類，看到的顏色數量被認為是常人的100倍，也就是近一億種顏色。
印象主義讓Concetta表現了她眼中的世界：即使一個物體是單色的，她卻會看到如馬賽克鑲嵌般的多種色彩（想想都覺得好璀璨）。
對於人類，兩個負責視錐細胞色素的基因都位於X染色體上。因為女性的細胞裡有兩個不同的X染色體，更有可能會帶有“與眾不同”的視錐細胞色素的基因，就有可能產生四種不同的視錐細胞色素，進而有四種不同的視錐細胞11。哎，我們女性不易遺傳到紅綠色盲，又更容易有四色視覺，不得不說在這點上，上帝真是眷顧我們呀！
雖然在視網膜上有第四種視錐細胞可以讓人的雙眼獲得更多的色彩資訊，但是大部分的視覺是在大腦裡產生的。即使有了第四種視錐細胞，視覺圖像在大腦皮層裡形成的過程和步驟應該也是一樣的。Concetta的色彩辨別能力如此之強，也有可能是因為，作為一名畫家，她接受了長期的訓練，大大加強了她的辨色能力。由於已確認的有四色視覺的人太少了，得到長期訓練的人更是稀有，所以現在還無法確定。這又回到了基因學裡常討論的一個老套話題：Nature
VS Nurture（先天VS後天）。
測試四色視覺比較複雜，大多數的測試還是基於普通三色視覺的，所以現在最靠譜的確診方式是通過基因測試。雖然作為一名畫家，她非常幸運地有了第四種視錐細胞，但遺憾的是，她的女兒並沒有繼承到第四種視錐細胞，而且還已經被確診為色盲。
那到底有多少人有這種四色視覺呢？現在還不清楚。2015年上旬在職業社交網站LinkedIn（領英）上有人發帖說有25%的人有四色視覺，那完全是胡扯。整個帖子基本上每句話都有錯，科學家看到肯定會醉。我們現在還不能簡單地看些圖片來測試四色視覺，所以如果看到網上說在圖片裡能看到超過多少種顏色就是四色視覺的，都是騙人的。
天生盲人的視覺皮層怎麼辦？
難易程度
我們已經知道，視覺皮層負責人的視覺認知。自從人誕生到這個世界上，視覺系統成熟之後，睜開眼所看到的任何資訊，我們的視覺皮層都會逐漸學習。
那麼，從出生就失去視覺的盲人的視覺皮層會怎麼樣呢？
答案是，會用來處理語言。
早在1997年，就有發現天生的盲人的視覺皮層在閱讀盲文時會被啟動12（相反地，擁有正常視覺的普通人在閱讀盲文時，視覺皮層並不會被啟動），而且在聽詞句的時候，視覺皮層也會啟動。當使用經顱磁刺激（Transcranial
MagneticStimulation，簡稱TMS）干擾視覺皮層時，盲人對語言的理解能力有明顯的降低！2015年7月，來自MIT的研究人員進一步地將這些研究在年幼的天生盲童身上得到了確認13。即使還沒有學過盲文的4歲兒童，在聽“能聽懂的本國語言”“聽不懂的外國語言”或“純音樂”三種狀態下，視覺皮層也都被啟動了，且明顯對於有語言意義的語句最為活躍。當然，除了這裡關心的視覺皮層以外，相關的“正常狀態下應該啟動的區域”，如通常認為負責語言的大腦區域——外側顳葉皮層（lateral temporal cortex）——也不出意外地在盲人大腦中被啟動了。
這個結果給我們展示了大腦令人吃驚的可塑性：當一種大腦區域在長時間接收不到該有的訓練時，就會成為其他功能的“殖民地”。可到底是什麼決定了“語言”成為這片“土地”的新主人？“語言”和“視覺”之間，特別是在神經發育的過程中，又到底有怎樣不為人知的關係？這就要等待進一步跨領域合作的新的研究來解答了。
聽覺：聽不聽得到，就這個旋律
什麼是“雞尾酒會效應”？
難易程度
想像一下，我們倆坐在咖啡廳裡聊天，窗外嘩啦啦地下著雨，隔壁桌的兩位剛剛血拼歸來的妹子在激動地討論戰利品，不遠處咖啡師正在用蒸汽加熱牛奶，頭頂還放著不算太好聽的純音樂，突然某個人的手機響了，響起不自然的尖銳的鈴聲……
而在如此嘈雜的環境下，你還能夠聽清我的聲音，不是因為我的聲音比背景音大聲，或是聲音的性質完全不同，而是因為你的大腦將聽覺注意力放在了我的聲音上，並進行了過濾。在多種聲音混雜的環境中，注意傾聽某一種聲音，在聽覺神經科學上是非常重要的一個現象，叫作“雞尾酒會效應”（Cocktail
Party effect）。
為什麼這個很重要？如果人類的聽覺系統沒有這個能力，我們就無法區分不同聲音，更不可能聽得懂語言和音樂了。
但是，即使它很重要，那又怎樣呢？視覺不是也能夠區分不同的物體嗎？
這次，請想像你現在正站在一個平靜的湖邊，你的左右兩邊正好有兩道小水渠，湖水流入水渠之中。微風吹起落花，在兩道水渠中，一邊掉落了一片花瓣，一切都很寧靜，湖水靜止，像是鏡子，所以水渠中的花瓣也只是靜靜地浮在水面上。這時，不遠處有人往湖中擲入石子，打破了湖面的寧靜，一圈圈波紋散開來，也擴散到了水渠之中，花瓣隨波時起時伏。這時，通過觀察比較兩邊花瓣的起伏，可以瞭解到水波的大小和來的方向。
想想覺得不可能辦到吧？但實際上，你的聽覺就能做到：丟入湖中的石子等同于現實中製造聲音的物體，水波正如聲波，而你左右兩邊的水渠是你的耳朵耳道，水渠中的花瓣是你的耳膜，而你所站的位置、所做的觀察和分析，就是你雙耳之間的大腦時時刻刻都在做的聲音分析。
這種機制不僅精確還非常迅速，最直接的例子就是語言。在與人交談時，你不僅能夠理解聲音組合的意義（由一個小女孩所說的“蘋果”和一個中年男子所說的“蘋果”，聲音實際上是完全不一樣的，但你能夠立馬明白他們倆說的是一個東西，並聯想到蘋果的樣子），而且在語速加快、背景嘈雜的情況下也能夠理解得非常精准。
那為什麼需要知道它是怎麼工作的呢？
因為這個機制所完成的任務對現階段人類創造的人工智慧來說是一件很困難、複雜的任務，對人類聽覺多一些瞭解，有可能就會對耳機的設計、虛擬實境、語音辨識有進一步的幫助。譬如說iPhone的Siri，它現在很糟糕吧，背景稍微嘈雜一點，或是發音稍不標準，Siri就聽不清楚你在講什麼。相比之下，人對聲音的分析能力比它強太多了，如果Siri能學習一下人腦，說不定會有很大的進步，不，將會是飛躍。因為Siri現在壓根就聽不懂我們在說什麼，它只是簡單地把聲音信號變成了字而已，然後再把準備好的答案告訴你。
嘖嘖，人工智慧離真正的智慧還有很長的路要走呢。所以說，雙耳之間，正在發生令人驚歎的事情，正因如此，神經科學才如此令人著迷。
每天聽音樂超過一小時，真的會導致聽力減退嗎？
難易程度
聽覺，需要的不僅僅是耳朵，更重要的是大腦。因為對神經科學缺乏瞭解，大家一般想到聽力，都覺得聽不聽得到，主要靠耳朵。稍微瞭解一點的人會說，導致聽力減退的是脆弱的耳蝸（cochlea）。
耳朵只是聽覺神經系統的第一階段，外耳收集聲音，中耳把聲音轉化為耳膜二維的前後振動，內耳的耳蝸將聲音的機械運動轉化為神經信號。左右兩耳收集到不同的聲音信號，沿著腦幹分別送到右左兩邊的聽覺皮層（位於顳葉，即大腦兩側），再通過這片大腦的不同區域的合作分工，一層層分析聽到的聲音的物理特徵，包括頻率、聲強（注意，音量是個主觀的心理量度，與聲音的頻率也是有關係的）等等。若是有意義的聲音，然後還要把聲音信號解析發送給語言和音樂中心，進行更加高級複雜的認知功能。
等等，什麼是“聽力減退”？
“聽力減退”是個非常概括的描述。如果直接提問：每天聽音樂一小時還是兩小時，每過20分鐘休息一下、音量正常、音樂並不過多使用高頻聲音、使用舒適的耳機或是用音箱的話，會不會對聽力有什麼特別的傷害？但你也看到了，我加了很多條件。
因為，即使是在美好的工業時代之前，沒有工地噪音、沒有天天聽音樂，人的聽覺也是隨著年齡增長每一刻都在衰退。
其主要原因，就是耳蝸裡的毛細胞（hair cell）逐漸死掉。下面我要解釋一下背景耳蝸和其毛細胞的重要性。
在聽覺的第一個階段（耳朵中）耳蝸是最重要的。耳蝸是一個長得像蝸牛殼的內耳結構。
耳蝸是聽覺轉導器官，負責將來自中耳的聲音信號轉換為相應的神經電信號，交送腦的中樞聽覺系統接受進一步處理，最終實現聽覺知覺。
——維琪百科
耳蝸有像花卷一樣的結構，裡面是一個連通的管道。而我們就是通過這個結構來感知聲音中不同的頻率的。沒有耳蝸，耳朵就失效了。而這個像蝸牛的組織，有什麼特別之處呢？
冷知識：人的耳蝸轉了兩圈半，小白鼠的則是半圈。
我們知道，人類能聽到的聲音頻率範圍很窄，只有20到20，000赫茲，而且這個算是正常人的極限，很多人就算很年輕的時候都只能聽到15，000赫茲。實際上，人比較敏感的頻率區間只有1000到4000。原因很簡單，我們的聽力是用來交流和發現危機的，與我們生活相關的自然聲大多只在這個區間。
冷知識：聲音也可以通過骨頭傳遞到中耳，從而被聽到。這就是“骨傳導”（bonecouduction）。
耳蝸的牆壁上，密密麻麻地排著一種很特殊的細胞，叫毛細胞。你看它的樣子就知道為什麼叫這個名字了。
聲音導致耳鼓振動時，會使得耳蝸內壁上的這些毛細胞的毛也“搖曳”起來。每根毛的頭頂都有根類似於舊式燈的拉繩開關的線，這根線連接著旁邊的毛側面上的離子通道。每當這些毛左右搖曳時，短毛就會帶動這個線，進而將旁邊的長毛上的離子通道拉開。這時毛周圍液體中的鈣離子和鉀離子便會從這個離子通道一擁而入，啟動這些毛的所屬毛細胞。
小雞的內耳毛細胞。每個毛細胞（橘色部分）大概10微米寬，藍色部分為“毛”。每一個毛細胞旁邊有6個輔助它生存和工作的其他細胞（綠色部分）。請注意，這裡的顏色並非細胞本身的顏色，僅是為了示意不同的細胞和細胞機構
耳蝸是將聲音中的不同頻率解碼為神經信號的重要結構。把卷著的耳蝸拉直，位於耳蝸根部（就是更粗大的那一部分）的毛細胞負責高頻率聲音的轉化，而另一頭的毛細胞，就是本來裹在耳蝸中間的那個尖尖，負責低頻率。從某種程度上來講，負責最高頻的毛細胞的數量是要少於負責中頻率區間的。所以聽力的衰退是從對高頻聲音變遲鈍開始的。
現在你應該知道毛細胞有多麼重要了吧？沒有它們，或者它們的數量過量減少，我們的聽力肯定會出大問題。要命的是，毛細胞是不能再生的。（至少在自然的狀態下，人類耳朵的毛細胞是不能再生的。雖然我們在實驗室中再生毛細胞的工作已經有很大的進展了，但到廣泛的臨床引用還有很長的一段路要走。）
冷知識：鳥的毛細胞在日常情況下也是可以再生的哦。
殘酷的現實是，隨著年齡增長，每一天，我們的毛細胞數量都在減少，當年齡過了35歲時，已經很明顯地不能與青少年那樣聽到很多高頻聲音了。有個英國大叔非常討厭社區裡老是在他家門口玩耍的小孩，就製作了一個會不間斷發出高頻聲音的音響，放在他家門口。因為他已經聽不到了，所以對他無影響，但小孩靠近時，就會聽到那些煩人的高頻噪音，然後逃跑。
大多數年輕人，只要不是因為耳朵受到嚴重的物理損傷或患過精神疾病，不是一天到晚、一周七天、幾十年如一日都在那種分貝很高的環境下生活工作，基本上我們不認為會有什麼嚴重的聽力問題。當然，某些特殊的職業可能難以避免，譬如說，專業錄音師就比同齡人的聽力要差一些。
當要做專門針對老年的聽覺的實驗時，年齡超過50歲的志願者均需要提前做一系列聽覺測試，讓我們掌握其聽覺能力的情況。實際上，像是研究正常人類聽覺的，參加我的實驗的志願者不能超過35歲，過了35歲的聽覺能力已經不在最好的狀態了，衰退最明顯的就是高頻方面。
不過不要太擔心，這都是自然和正常的。毛細胞就是這樣的消耗品。手機使用都會有損壞，人類衰老更是無法避免的。但如果你過度地不正常使用毛細胞，譬如在過於吵鬧的環境下生活，肯定會導致它更快速地消耗。
隨著年齡增長，聽力衰退極為正常。
但也不要因為年齡增長而過於難過，時間帶來的不僅僅是衰老，還有日復一日而得到的寶貴經驗。在第一章節中的“關於大腦的十大流言”中已經提到，雖然隨著年齡的增長，有些大腦認知功能可能會因為一些疾病出現問題，但大多數的認知功能會隨著年齡的增長而變得更加熟練。對於聽力，年長者比年輕人的聽覺注意力更加集中，換句話說，兩者都能聽到的範圍之內，年長者因更熟練地控制注意力，聽覺反而更加靈敏和準確。換言之，可能耳蝸沒有年輕的時候靈敏了，有些區間的聲音聽不到了，但由於大腦處理聲音的能力相較年輕時更強大，彌補了“硬體”的不足。
那從小學樂器的人聽力會比常人衰弱嗎？對於從小接受音樂訓練的人，抱歉，你們的毛細胞肯定是比正常人衰弱得更快的，倒算不上損傷啦。但是！但是！你們的聽覺皮層絕對比小時候沒有接受過音樂訓練的人更加優秀。絕對不要小看聽覺皮層。你可以這麼想，雖然我用的照相機不是特別好，但要是Photoshop技術不錯，稍微調一下，照片說不定要比用更好更新的照相機的人拍的照片還要出彩。
有人在嘈雜的環境中聽別人說話的能力更差，雖然耳朵是好的，這很有可能就是因為聽覺注意力差于常人。而接受過長期專業音樂訓練的人，聽覺注意力一定是優於常人的，因為在學習樂譜以及彈奏樂器時，一定會不斷集中注意力在聲音上。同時，會音樂的人的聽覺工作記憶（簡單來說就是短時間記住一些節奏、聲音的特徵等等）也會明顯比普通人好很多。
長期聽音量過大的激烈的音樂，肯定會對耳蝸裡的毛細胞造成不可逆轉的消耗。但是，只要正常聽音樂、上課、與人交流，正常人過了20歲，毛細胞就會很自然地減少，然後35歲會開始明顯逐漸聽不見高頻的聲音。
衰老對於聽力來說，是很明顯的，也極為正常。但是一般來說，要到50歲以後才會逐漸發覺，因為平時交流和欣賞音樂並不需要那麼高頻的聽覺能力。
但是，我的意思並不是說，請每天兩三小時不間斷地去聽死亡金屬吧！
大家都知道要“衛生用眼”，其實“衛生用耳”也是極為重要的。因為老花眼，戴眼鏡就好了，耳朵老化了，醫生也很難幫助你。你想早早地戴助聽器，甚至做手術裝昂貴的人工耳蝸嗎？
雖然助聽器的發展已經很迅速，價格也越來越能夠讓人接受，但還是很不便宜（悄悄話：助聽器在歐洲是暴利產業），而且戴著也很顯眼。
現在大家覺得戴眼鏡是很正常的，實際上這個概念就不正常。人的感知器官都非常脆弱，返廠重修的總是不如原裝的好。不能因為醫學和科技的發展，而放縱自己或自己的小孩哦。
聽莫札特的音樂，小孩更聰明？
難易程度
要想考得好，音樂要趁早，7歲分水嶺，學了錯不了。
——趙思家
有一個非常有名的理論叫“莫札特效應”，指的是如果胎兒或幼兒常聽莫札特的曲子，就會變得更聰明。這個理論提出之後，1998年美國喬治亞州州長Zell Miller（澤爾·米勒）甚至提議，每年財政預算劃撥105，000美元給每一個在喬治亞州出生的小孩提供免費的莫札特磁帶或者CD。當然，1993年原本的那篇論文14，並沒有說莫札特會讓小孩變得更聰明，而是說音樂能夠使人的精神意象（mentalimage）和時間排序的能力變得更好。
精神意象是指長期記憶中具備的感知資訊。譬如說對我來說最特別的視覺意象是很小很小的時候，有一年秋天外婆和媽媽帶我去人民公園，我現在都還記得外婆牽著我的手，因為還很矮，我的手舉得高高的。畫面的中央是媽媽拿著小鏟子和小口袋走在前面撿桂花，路的兩邊種滿了桂花樹，風一吹，金黃色的桂花跟下雨似的落在地上，鋪得滿地都是。可能因為是極其美麗的畫面，那個年齡的其他東西我一丁點都不記得了，但就這個畫面記憶如新。
還有一種精神意象，譬如說你某日傍晚回家路上經過小廣場，第一次聽了一遍《小蘋果》，過了一個月，你坐在令人緊張的英語聽力考場中，腦中回蕩著“你是我的小呀小蘋果/怎麼愛你都不嫌多……點亮我生命的火/火火火火火/你是我的小呀小蘋果……”。
咱們回到1993年的那篇原論文來，精神意象和時間排序的能力增強後，在某個IQ測試中的空間推理部分得分就會變高。但現在的IQ測試只能反映一小部分的大腦能力，而且談不上精確。所以不能片面地說，一個IQ測試中的某一個部分得分增高，智商就增高了。但當時一傳十，十傳百，到大眾嘴邊時，已經快變成“多聽莫札特，智商爆雙百”。一時間，洛陽紙貴，莫札特碟片稀。
雖然後來一系列的研究並沒有發現聽莫札特或者聽其他古典音樂，會對人的認知能力有什麼長期幫助（至少現在的研究還沒有發現）。但是，與此同時，科學家也發現，在兒時經過系統並長期的音樂訓練，會在某些方面，幫助小孩發展認知能力。
音樂訓練説明認知發展。2005年的一個實驗發現，小時候參加正統的音樂訓練會讓孩子對音樂的情感加強，換句話說，更能理解音樂所傳遞的情緒和情感，雖然是個很小的大腦變化，但是是長期的。
數個實驗發現，若兒時至少會一種以上的樂器，通過專業訓練所得到的一些認知優勢會持續存在到成人時期。有幫助的認知功能包括推理、在多重任務之間相互切換、工作記憶、計畫能力和解決問題的能力15。而且，通過統計顯示（當然這個很有地域性），長時間學習樂器的小孩，會在學校裡在語言（特別是學新語言）和數學上表現更優秀16。
這些發現實際上也並不令人驚訝，畢竟練樂器會鍛煉小孩的動態感知信號（視覺和聽覺）以及運動信號（手指、手腕、手臂，有些樂器還需要嘴唇的精確控制，如笛子、簫），這些高級認知能力的長期、強化訓練必然會對學習和記憶帶來好的影響。
通過比較很早就開始學樂器的音樂家和稍晚才開始學習音樂的音樂家的大腦成像發現17，早學樂器的人胼胝體（corpus callosum，即左右腦之間相連的部分）的白質含量明顯更多，而胼胝體是人類大腦中最大的白質帶。白質的區域相當於彙聚大腦中的“電線”的部分，起著説明位於大腦區域的神經細胞相互溝通、共同合作的作用。片面一點說，白質更多，大腦不同區域的連接就更多，溝通更有效，高級的感知認知功能就會更好（做需要多種感知的高難度工作，如聽寫英語單詞）。這個研究的結論是，7歲，是一個音樂學習的分水嶺。兒童學習音樂對認知能力影響的最重要的時期為7歲之前。
胼胝體——最偉大的協調者。胼胝體是連接大腦左右兩個半球的重要部分。兩個半球之間的溝通大多都得通過胼胝體。譬如，有研究發現音樂家的胼胝體前部要比普通人大一些
哇，這個結論是不是很有實用價值？有小孩的，或者在考慮要小孩的，這個是此文的高潮哦！7歲！7歲！有小孩的，別拖拖拉拉，7歲前務必要學啊（我怎麼聽起來像是個賣碟片的）。我是3歲開始彈鋼琴，小學畢業前就結束了短暫但極其辛苦的音樂學習生涯。不過，我自認為雖然現在不會彈了，對音樂沒什麼天賦，智商也不高，但在做各種各樣的聽覺感知任務，做得都還不錯。
音樂，讓人變得更聰明？從一定程度上來說，這句話是對的，而且對大腦發育的好的影響肯定比我們現在所知的更多。至少能讓聰明人更聰明。但也有很多局限性，譬如說，必須要系統專業的長期音樂訓練，而且也要在年歲很小的時候就開始堅持訓練。對神經科學來說，這個命題實在很難，因為長期的人類實驗是非常難以控制和精確測量的。不過，管他是聰明了一分還是兩分，有好處，為什麼不讓小孩去學？
我想，這點對家長來說務必需要考慮，同時也希望制定教育政策以及分配教育資源的人或者是以後有這樣權力的人，也要更加重視藝術在兒童教育中的比例和地位。
為什麼下雨天裡的睡眠品質特別好？
難易程度
我非常非常喜歡下雨天。因為我覺得落雨的聲音極其令人心情平和，而且每逢雨夜，我的睡眠品質都特別好。這可能有很多種原因，但作為專門研究聽覺神經科學的博士生，我有一番自己的解釋。
視覺有眼瞼作為開關，但聽覺是沒有開關的（除非用耳塞死死堵住）。聽覺系統像是一個全年無休的安保警報系統，即使你在睡覺時它也一直監控著身邊的環境。這毫無疑問對人類的生存有著絕對的優勢，使得我們即使在睡覺這種無意識狀態下，還能夠警覺地發現危險，並及時地採取行動。
但這也有些壞處。譬如說你因為室友的打鼾聲而無法入眠，好不容易入睡後，又被隔壁小孩的吵鬧聲吵醒。但實際上，並不是噪音本身把你吵醒了，而是突然間的變化或反差吸引到了你的注意力，讓大腦下意識地警醒。
什麼叫突然間的變化呢？打個比方，在一間漆黑無光和一間有些光的房間裡，你突然打開手電筒，在哪個房間裡手電筒的光線才更明顯呢？當然是在漆黑無光的房間裡。如果房間裡本來就有光，那些原有的光好似“遮蔽”了來自手電筒發出的新的光線。這被稱為遮蔽效應（masking
effect）。相同的道理，把光換成聲音，相比一間長時間有雜音的房間，在一個寂靜無聲的房間裡，突然響起來的手機鈴聲會更加引人注意，即使手機鈴聲本身是一樣的。
自然界的聲音自然而然會使人感到放鬆。這大概是因為自然界的聲音往往有一定的重複性，而大腦對於重複性的資訊，很快就會適應，所以即使雨聲本身是多餘的噪音，也能讓你伴著它聲睡著。
而類似于噪音的雨聲就是給熟睡的你製造了一個遮蔽效應，使得一些原本在寂靜的夜晚會影響到睡眠的外界聲音變化被遮蔽了。換言之，雨聲減少了臥室裡的信噪比（SIGNAL-NOISE
RATIO，簡稱SNR或S/N。指一個電子設備或者電子系統中信號與雜訊的比例），達到了一定的噪音消除作用。
利用這類原理，有人還專門在辦公區域製造一些類似于雨聲的白噪音、粉色噪音，用來隔絕聲音，起著一定的隱私保護和減少干擾的作用。
在獨自工作時，我就不太喜歡完全寂靜的環境，所以我會放一些混合著壁爐燒著木頭劈啪作響，或是有些低語聲的背景音。如果你也喜歡這樣，強烈推薦一個背景聲合成網站：Ambient
Mixer（www.ambient-mixer.com）。在夏天，我最喜歡用模擬斯萊特林公共休息室的背景聲，因為它是一間位於霍格沃茲城堡的湖底的半透明房間，所以偶爾會聽到水的聲音。而在看書的時候，我更喜歡用聲音模擬拉文克勞公共休息室，因為位於城堡的高處，風聲颯颯，吹起拱形窗戶旁掛著的藍色絲綢窗簾，又因為房間是圓形的，人踩在木地板上的聲音產生的迴響又有些不同……
“哢嚓”聲讓脆皮冰淇淋變得更好吃？
難易程度
我一直認為，聲音是被忽視的味道。通過聲音，你可以瞭解很多食物的質感——如薯片一般薄脆、如炸花生米那般的“嘎嘣脆”，或是咬開小籠包的薄皮時，自己發出吸湯汁的“咻咻”聲音。
特別是對於中國人，可能是因為食物的“色香味”實在是做得太好，實在顯得太霸道了，吃飯時發出聲音也是不雅，所以對美食所產生的聲音更是忽視。這一點從語言就能看出來，中文中形容薯片，叫脆；形容花生米，叫脆；形容吃新鮮生菜，也叫脆。而在英語裡，下意識就會用“crispy”“crackly”和“crunchy”分別形容這三種食感。
“脆”這個食感，在文明開始之前，對於人類生存異常重要，因為它代表著水果、蔬菜的新鮮程度。在醫療還算發達的今天，因著處理食物的不同方法，脆已經不僅僅存在於新鮮蔬果，也可以存在於炸得香噴噴的雞皮、新鮮的油條等等。
想像吃下一口薯片，要完全不發聲音地吃掉它們，這是個不可能完成的任務。當然你要是一直含著，用口水把它們弄軟，我也無話可說。但實際上，“脆”的這個食感，很大程度上靠聽。
這個很好測試。給蒙著眼的受試者喂薯片，完全隔音的耳機裡播放不同脆度的薯片咀嚼的聲音，然後給這片薯片的脆度打分。吃同樣一片薯片，如果聽著軟乎乎的聲音，與聽著“哢喀哢喀”薄脆的聲音相比，後者會明顯感覺更脆一些。
我從牛津大學的著名認知神經科學家Charles Spence（查理·斯彭斯）教授那裡聽到過一個令人印象深刻的例子。幾年前，聯合利華仔細詢問了一些忠實的消費者關於夢龍霜淇淋的意見。很多回饋說當咬這種有著巧克力脆皮的冰淇淋時，會有巧克力皮掉在地上或是落在衣服上，非常令人困擾。於是夢龍的食品開發團隊便通過調節配方，使得巧克力皮能更好地黏在裡面的冰淇淋上。當這個改良新產品上市後，銷量不增反降。開發團隊百思不得其解，不是解決了消費者最大的困擾嗎？難道那些提供回饋資訊的是組團來砸場子的？當然不是，故事到此也強調了主觀意見的局限性。
通過更加全方位的客觀分析，夢龍團隊發現，原來是因為調整了脆皮和冰淇淋之間的黏度，之前那非常醒目的巧克力脆皮裂開發出的“哢嚓”聲消失了。這個“哢嚓”聲是夢龍霜淇淋的標誌性特徵，增強了對巧克力脆皮的感覺，即使消費者本身並沒有注意到這一點，也沒有告訴市場研究人員。如此，夢龍把配方調整回去，以確保這“哢嚓”聲清脆響亮。
夢龍霜淇淋現在每年在全球賣二十億根。2014年在全世界各地宣傳它的創立25周年，雖然每個國家都會有風味不同的甜美風廣告，但無論是哪個國家，廣告中不斷強調的那巧克力脆皮咬裂時的“哢嚓”聲（明明是那麼簡單一個裂開的聲音），讓我這個不喜歡吃冷也不喜歡吃甜的人，偶爾也有一些去買一根試試的衝動。這就是為什麼零食製造巨頭們，已經開始通過認知神經科學來嚴謹地測試食物帶來的各種感官體驗。
嗅覺：別動，這是什麼味道？
憑什麼狗鼻子那麼靈？人類的嗅覺是退化了嗎？
難易程度
吃貨，是順應人類進化的新一代。
從進化角度來講，嗅覺是最古老，在自然界存活最要緊的一個感覺。
嗅覺最原始、基本的作用是聞到食物或者感受到周圍環境的狀況，甚至是危險的靠近。為了不餓肚子，聞到喜歡的味道便可以找到更多更好的食物果腹；為了避開危險，任何有危險信號的氣味，都會激起不愉快的感知，讓我們“不喜歡”。譬如說腐敗的味道，讓你覺得不想吃。因為進化的結果是，不喜歡吃有腐敗味道的動物，或者說能分辨什麼能吃什麼不能吃的動物，才能減少得病的概率，才有更多生存的可能。
隨著人類進化和人類生存環境的變化，嗅覺的作用貌似在逐漸減弱。這麼說似乎有些道理。
首先，要先理解嗅覺的兩個路徑：
1.鼻前嗅覺（orthonasal route）：鼻孔直接吸入。
2.鼻後嗅覺（retronasalroute）：在進食時，口腔內的食物味道反向進入鼻腔裡。
注意，常說的食物的味道，不僅僅是味覺，也有通過鼻後嗅覺這個路徑而感受到的食物氣味。所以，我們吃飯時嘗到的味道=味覺+口腔到鼻腔的氣味，而非一個單一的感知。
冷知識：吃飯時嘗到的味道=舌上的味覺感知+口腔到鼻腔的氣味嗅覺
說到鼻後嗅覺，我突然想到了冰鎮葡萄酒。冰鎮後的葡萄酒，氣味會淡很多，但實際上只是鼻前嗅覺所聞到的變淡了，但喝到嘴裡時，口腔溫度會讓液體升溫，進而讓香氣散發出來，從口腔後方進入鼻腔（鼻後嗅覺），反而會加強香氣的感受。
先來看看嗅覺最牛×的常見動物——狗狗。它的鼻子構造就是最大化的強化第一個路徑的嗅覺功能的。
·鼻孔很大：有更多含有氣味分子的空氣能進入鼻腔。
·鼻孔很靠前，比嘴還要往前凸：能夠更近距離地接觸發出氣味的物體。
·鼻腔又窄而且是橫向的：這樣的鼻腔讓吸氣時空氣流動更快速，並更直接更全面地接觸鼻腔尾部的感受器。
狗的兩個嗅覺路徑
咱們再來看看今天的人類鼻子構造（下圖），非常明顯地更適合第二種嗅覺路徑。也就是說，對品味食物更加精確了。
·鼻孔相對較小：因為不需要吸入那麼多氣味。
·鼻孔斜著朝著嘴前，也沒有很突出，像是藏在了鼻尖之後：相對於吸入更多環境中的氣味，主要用於吸近處食物的味道。
·鼻腔非常高，更縱向：這樣讓吃飯時食物到鼻腔的氣味路徑更長，更容易從口腔吸進鼻腔內，到達感受器。
人的兩個嗅覺路徑
猿人和咱們臉部最大不同在哪裡？不准說毛多！配合一點，請說“鼻子塌”。鼻子又塌，鼻孔又大。所以，人類嗅覺沒有退化，準確地講，在進化的過程中，嗅覺用於生存的作用（即鼻前嗅覺）減弱了，而用來配合味覺感受更多美食的高級技能（即鼻後嗅覺）被強化了。
所以——鏘鏘鏘鏘——吃貨，是順應人類進化的新一代！
嗅覺是怎麼工作的呢？
難易程度
簡單地來講，嗅覺的基本機制為鎖-鑰匙機制（lock-key
mechanism）。不同的味道是由空氣中的各種氣味分子（odorant
molecule）按照不同濃度而組成的。鼻子內壁有很多很多的化學感受器（receptor，可以想像成一個鎖）。這些感受器連接著不同的細胞，進而連接著大腦裡嗅覺皮層內的不同神經細胞。不同的神經細胞被喚醒，代表著對應的氣味分子被聞到了。
鎖對應的是在鼻腔裡的嗅覺感受器，氣味分子就是打開這些鎖的鑰匙。但要注意的是，感受器和氣味分子之間並不是一一對應的，而是集群相應：一種氣味分子可以啟動多個感受器，某個感受器也可能對多種相似的氣味分子產生反應。這樣的神經機制有多種優勢，譬如它比其他的神經編碼機制反應更加迅速，而且還能增加所展現的組合。
大家對嗅覺有個廣泛的誤解：“嗅覺並不重要。”實際上除了前面提到嗅覺在享受美食、擇偶過程中有重要的作用以外，喪失嗅覺往往是一些嚴重的精神疾病的前兆（如帕金森病、阿爾茨海默病、腦腫瘤、癲癇、營養不良和內分泌失調）。
彷徨的榴梿：為什麼有人覺得臭，有人覺得香？
難易程度
同一種氣味，每個人聞起來都是不一樣的20。每個人有400個基因專門負責不同的嗅覺感受器，而根據人類基因組計畫，這些基因又有超過90萬種不同的變化。美國杜克大學的Hiroaki Matsunami（博明松南）實驗室通過對比不同人的基因，發現任何兩個人鼻內大約30%的嗅覺感受器都是不同的。感受器不同，也就是說感知是不同的。
而且，對氣味的敏感度也是因人而異。不僅如此，人類嗅覺的辨別能力並非與生俱來，是通過發育逐漸獲得的。不過也有實驗發現剛出生的嬰兒會對母乳的味道非常敏感，僅僅靠嗅覺就能找到母親的乳頭。但嬰兒對母乳明顯的敏感性並不廣泛存在於其他味道，而且嗅覺也是五覺中最受年齡影響的感知：3歲之後對氣味的喜歡或厭惡與成人類似；9歲後就能具備辨別氣味的能力，但針對一些特殊的氣味，如藿香，9歲兒童還是不如青春期後的人靈敏。
什麼是“喜好（preference）”呢？心理學中，喜好是指個人對一組物體在做決定時表現出的態度，或說，個人決定喜歡物件與否的判斷。從這個定義中不難看出兩個關鍵字，“個人”和“決定”。所以，這一定與個體差異和決策有關係。從個體差異上來講，之前提到了，每個人30%的嗅覺感受器都是不同的。那麼相同氣味，不同人聞著是不一樣的。另一方面，大腦的決策系統肯定在嗅覺喜好上有決定性的影響。有數個大腦區域與此相關，見下圖。
與決策相關的三個主要大腦區域：前扣帶皮層（anterior
cingulate cortex，常縮寫為ACC）、眼窩前額皮層（或稱眶額皮層，orbitofrontal cortex）以及腹內側前額皮層（ventromedial prefrontal cortex）。左右兩圖都是展現的大腦橫切面示意圖，本示意圖即是順著大腦的兩個半球之間縫隙切開後，看右半腦的內側
所以這兩點同時影響了我們對同一種氣味的不同評價。這在我們尋找配偶時，也是有明顯的影響。
味覺：舌尖上的神經科學
老師教你的舌頭味覺地圖是錯的！
難易程度
民以食為天。
雖然因食材和烹飪方式的不同搭配，我們能夠嘗到的味道實在是千變萬化，但總的來說，都能夠歸納成五種最基本的味道：酸、甜、苦、鹹和鮮（Umami）。Umami是發現它的日本化學家池田菊苗根據日語“美味的”umai（うまい）和mi（味）的結合創造的新詞。味精（MSG）是這個味道的最佳代表，但實際上醬油和番茄中也富含umami的成分。我認為這就是為什麼歐洲吃貨之國義大利，那麼喜歡給食物里加點番茄。原來有著醬油的作用啊！（歪理）
說到味覺，最廣為人知的心理學研究大概就是“舌頭味覺地圖”了。這個理論說，舌頭上有特定的區域專門負責特定的一種味覺：舌尖對甜最敏感，舌根對應苦味，舌頭兩側靠前一點是鹹味，靠後則是酸味。
舌頭上的味覺地圖。最廣為傳播的味覺地圖（上）實際上也只是一個誤傳。其實舌頭上對每個味覺最為靈敏的區域都差不多，主要集中在舌尖
可惜的是，這個理論是錯的。這個流言最開始來自一個世紀以前一名德國科學家做的一個小實驗21，其發現舌頭邊緣對不同味道的靈敏度有些差異。考慮到當時的實驗環境，他的研究本身沒有太大的問題。但問題是，40年後，一位哈佛的心理學教授Edwin Boring（愛德溫·波林）首次在一本書中翻譯了這篇論文，卻下了武斷的結論：每種味道在舌頭上都有專屬的區域。導致之後以他的書為教科書的人都對味覺產生了誤解。
在1974年，美國匹茲堡大學的心理學家22嘗試用更精確的方法來重新複製這個百年以前的實驗。科學家用了不同濃度的蔗糖（甜味）、氯化鈉（鹹味）、檸檬酸（酸味）、尿素和奎寧23（均為苦味）來看人分辨出不同味道的最低濃度是多少。結果發現不同區域的敏感度有些不同。不過，最近也有實驗發現這個結果也可能站不住腳24。不過，可以確定的是，即使不同區域有些不同，這個區別也極其微小，且涉及的舌頭區域也相互重疊，更沒有如流言中“舌尖負責甜，舌根負責苦”這樣的“地圖”。
的確，舌尖是對味道相對敏感的區域，因為越靠近舌尖，味蕾數量越多。沒人的時候，你可以照鏡子把自己的舌頭伸出來好好觀察一下，舌頭的表面是不平滑的，上面有很多小包包，在舌尖的小包包要小一些，越往根部越大。這些小包包並不是味蕾哦！味蕾在這些小包包的表面，每個小包包有一到幾百個味蕾。在人的舌頭這麼小的區域上就大約有2000到5000個味蕾25。但是，不同味覺並不是在舌頭的不同位置上被感受到的，實際上，所有的味蕾都可以識別所有的味道，每個味蕾都是全面發展的優秀“人才”。
看到這裡，你可能還是有些不信，甚至自己去找不同味道的食物來做實驗，最後還是覺得“舌尖更甜，舌根更苦”。這也是可以理解的，味覺是個非常主觀的感知，且不說每個人的舌頭和大腦都有很多區別，在你對本文保持質疑，想證明本文是一派胡言時，你的感知或多或少都被蒙上主觀的想法。
味覺是怎麼產生的呢？
難易程度
這要先看到底是什麼化學物質引起了不同的味覺。大多數的酸（acids，譬如鹽酸HCl）嘗起來是酸的，大多數的鹽（salt，譬如食鹽的主要成分氯化鈉NaCl）嘗起來是鹹的。甜的東西有不少，譬如從簡單的糖（sngar，譬如蜂蜜、水果裡的果糖fructose）到各種各樣的蛋白質（proteins，譬如新型蛋白質甜味劑，甜蛋白monellin，其甜度是蔗糖的4000倍，且熱量低）。而苦味則是一些單離子（如K+，所以氯化鉀KCl嘗起來往往又苦又鹹）或是一些有機分子，譬如咖啡因、奎寧。相比其他的味道，人對會帶來苦味的化學物質特別敏感。非常明顯，這是一個生存優勢，因為很多有毒的物質是苦的。而鮮味則是由構成蛋白質的基本單位——氨基酸（amino acid）——引起的。
而直接負責“接待”這些化學物質，並將這些化學物質所帶來的資訊，變成大腦能聽懂的語言的“工作人員”是味受體細胞（taste-receptor
cells）。每個味蕾裡包含50到150個這樣的味受體細胞。
這些味受體細胞上又有很多很多接收不同信號的感受器。你可以姑且把它們想成不同類型的門，不同的化學物質可以打開各自對應的門，進而啟動細胞，發生一連串的變化。
因為對應鹹味和酸味的化學物質溶于水中時，往往是以正負離子形態存在的，所以這兩種味道是通過一種識別細胞兩側的溶液濃度的離子通道來識別的。而甜味、苦味和鹹味的情況更為複雜，一般相對應的化學物質不能直接進入這些細胞，但是它們可以通過觸碰一種叫“G蛋白偶聯受體”的蛋白質來告知味受體細胞這些化學物質的存在。
但到此故事才剛剛開始。舌頭只是負責檢測化學物質的，只有大腦才能給這些化學物質賦予真正的意義。
當這些位於舌頭上的細胞將化學物質所帶來的資訊，轉換成了大腦能讀懂的信號後，這些信號便會沿著三條腦神經26（第7、第9和第10對）上傳到腦幹裡的延髓（medulla），然後沿著腦幹直達大腦正中央位置——丘腦，最後才從中央往外，將信號發送到大腦兩側處理味覺信號的味覺皮層（primary
gustatory cortex）。從大腦的側面來看，它正好位於大腦的中央位置。
不同顏色的杯子會影響咖啡的味道？
難易程度
不知讀者中有沒有杯子發燒友？反正我是。喝不同的飲料，我一定要用專門的杯子。如果不給我正確的杯子，我老是覺得味道沒對。
2014年11月，來自專門講食物相關的生理學雜誌《味道》（Flavour）上的文章《馬克杯的顏色會影響咖啡的味道嗎？》27，這真是非常有趣的研究。實驗的靈感來自論文作者Van Doorn（凡·多倫）常去的咖啡廳裡的咖啡師。有一天，咖啡師說，一樣的咖啡，在白色的陶瓷馬克杯裡喝會比放在一個透明的玻璃杯裡嘗起來更苦。在澳大利亞，這兩種馬克杯在咖啡廳和餐廳裡算是最常見的。科學家嘛，你懂的，聽到這種有趣的“流言”，最喜歡的就是去檢驗它是不是真的。
以前也有不少針對顏色和味道的相關性研究，但沒有專門針對杯子顏色以及它背後機理的。來自牛津大學的科學家們就曾發現，粉紅色的草莓慕斯放在白色盤子上會比放在黑色盤子上甜10%、風味好15%28。雖然不清楚這個資料是怎麼得來的、有多靠譜，但以個人來講，的確，草莓蛋糕、草莓慕斯，就是要放在白色盤子上才好。可是，為什麼會這樣呢？
冷知識：科學家發現，用白色盤子裝草莓慕斯蛋糕，會讓蛋糕味道更好。
Van Doorn認為這很有可能和顏色的對比度有關係。棕色會令人聯想起苦味，或者說，給人相反於甜味的感覺。當咖啡放在白色的杯子裡時，色差會讓人覺得棕色更棕了。也就是說，顏色的聯想影響了味覺。那麼，用天藍色杯子裝上棕色醇香加了牛奶的咖啡，會讓人感覺咖啡的味道更濃。因為天藍色是棕色的互補色29。
但荷蘭社會心理學家Ap Dijksterhuis（雅普·狄克斯特霍伊斯）提出了一個很好的點，因為廣告和非專業人士的詞語誤用，在喝咖啡時，飲用者會將咖啡的“濃度”和“苦”混淆，或是在描述時引起程度上的混淆。在Van
Doorn的這個研究中，他們也發現了苦味和濃度有非常相似的趨勢，也就是說，很有可能不少飲用者並不能將濃度和苦度區分開來。
這個小小的研究，提醒了咖啡店老闆們，要仔細選擇咖啡杯的顏色。小小的區別，可能就會影響下一個顧客會不會成為你家的回頭客。
之前我自己也做過類似的小實驗，我帶了一些自製的粉紅色小餅乾到實驗室，同事們吃了之後以為是草莓或者是櫻桃味的。其實我只是在普通的牛油小餅乾裡放了些紅色的食用色素罷了。實際上，更換食物本身的顏色，和更換食物周圍的顏色（更換容器）都是一個道理。
雖然不是個啥了不得的研究，但這樣的小實驗真是有趣。神經科學和心理學最吸引人的不就是生活中這些有趣的細節嗎？
今天想喝苦點的咖啡？試試換個不同顏色的杯子吧！
觸覺：來試試觸摸的新姿勢
來一口花椒，體驗50赫茲的震顫感？
難易程度
花椒所帶來的“麻”的感覺，是一種觸覺，等同於50赫茲的震顫。
精准地來說，是由花椒所含有的羥基甲位山椒醇（hydroxy-alpha-sanshool, sansho就是山椒，日語裡的花椒）30啟動了皮膚下的神經纖維RA1，而RA1纖維正好負責中等區間的振動頻率（10～80赫茲），包括50赫茲31。
當時找了28個被試者，讓他們在下唇上塗抹一些花椒的提取物，然後一根手指放在一個可以產生特定頻率震顫的小儀器上（見下圖），讓被試者自己去感知兩者的震顫是否頻率相同。
在測試花椒所帶來的震顫感的實驗中，被試者被要求在嘴唇上塗一些花椒的提取物，然後將一根手指放在一個振動器上感知不同頻率的振動，並報告嘴唇上和手指上所感知的振動頻率是不是一樣的。被試者也會被要求將振動器放在嘴唇上，然後感知它的振動頻率。實驗發現，花椒的振動頻率為50赫茲。本圖系根據自羽倉信巨集（Hagura Nobuhiro）的原論文（Hagura, Barber, Haggard 2013）中的實驗設計示意圖重新繪製
非常巧的是，我也是最近才發現做這個實驗的羽倉信宏博士，恰好和給我提供獎學金的日本公司也有合作，所以2016年年初，在日本開會時恰好見到過他。他看起來特別年輕，不說我還以為他是博士生。而這個研究當年也是在我所在的學校倫敦大學學院（UCL）做的，當時他在UCL當觸覺大神Patrick
Haggard（派翠克·哈格德）教授的博士後。
當時聽到他的這個實驗的時候，我跟他說，實在慚愧，我在四川長大，算是吃花椒長大的，但我從來沒有想過這個問題。
雖然在設計這樣的實驗時，起初估計只是對花椒好奇，但這個研究成果並不僅僅是為了滿足饕餮食客們的好奇心。有一些深受神經性疼痛困擾的患者，有時也會有“刺痛”的現象，這有可能和RA1有關，所以從不同方面來瞭解它的機理是很有必要的。
當然對我來說，主要還是因為花椒是個很重要的調味品嘛。下次吃到花椒的時候，記得體會一下“50赫茲的震顫感”喲！
冷暖自知：為什麼薄荷嘗起來涼颼颼？
難易程度
夏天到了。除了吃霜淇淋以外，薄荷也是棒棒噠！為什麼含有薄荷的牙膏或沐浴露使用後會給人清涼感呢？
薄荷或含有薄荷的洗漱用品或者食物，即使是在常溫甚至高溫時，都會給人帶來涼颼颼的感覺，譬如摩洛哥常喝的薄荷茶，那麼燙，而且有時要加很多很多糖，但還是會有涼涼的味道。這種涼涼的感知是因為薄荷裡的薄荷醇（menthol）。
實際上想一下“涼”這種感知是很有趣的。如果你一口悶了一個冰塊，包在嘴巴裡，你舌頭和嘴巴立馬就木了，一直包著不動，不一會兒就會覺得很痛。吃含有薄荷醇的東西，舌頭也會覺得涼颼颼的，但一直放在嘴裡面就不會痛。
人之所以會感受到溫度的變化，熱的還是涼的，是因為在所有負責感受和傳遞冷熱的神經細胞裡有一種叫TRPM8的感受器。
TRPM8是一個電壓控制離子通道蛋白。用人話說，這玩意兒是個蛋白質，作用是在神經細胞膜上當一個上了鎖的小門（離子通道），當溫度變低時，這個門就會被打開，允許鈣離子Ca2+進入細胞。當陽離子Ca2+進入細胞後，形成電流，然後會沿著神經細胞傳遞到下一個神經細胞，不過這個中間過程就複雜了，在此不提。
但外界溫度的改變不是能讓TRPM8開門的唯一因素。薄荷醇也可以在常溫下啟動它。薄荷醇碰上這個蛋白質之後，這個蛋白質做的門會變形，導致門打開，然後鈣離子就可以進去了。實際上，科學家是先發現薄荷醇，然後發現這個蛋白質對薄荷醇有反應，才發現這個蛋白質在涼的感知上的作用的。這樣，在吃薄荷時，薄荷醇將舌頭上的相關神經細胞啟動，所以產生了涼的感知。
實際上感知熱（溫度升高）也一樣有相對應的門（離子通道），叫TRP-V1，也是通過讓鈣離子通過來傳遞資訊的，但是鈣離子是從裡面往外流，而不是從外往細胞裡面流。辣椒裡的辣椒素（capsaicin，又名辣椒堿）就是靠直接與TRP-V1作用，產生“熱”的感覺。
最後，薄荷醇還對炎症有作用，這個想必很多人都深有體會，特別是喜歡用茶樹精油來祛痘的女生。實際上痘痘除了有髒東西在裡面，還有就是旁邊會有一圈紅紅的，甚至會產生炎症惡化。學過基礎醫學就會知道，發炎（inflammation）有五個主要跡象：熱、紅、腫、痛和功能障礙。而薄荷醇至少可以舒緩“熱”這個跡象，進而可以舒緩炎症。當然咯，沒有薄荷醇，直接來個冰袋來冰敷也是可以的。
發炎的五個主要跡象：熱（heat）、紅（redness）、腫（swelling）、痛（pain）和功能障礙（loss of
function）。
風吹過，會感到涼爽，是因為風帶走了皮膚上的熱，並加快了皮膚上水分的蒸發。蒸發便會吸熱，所以皮膚會感到涼。所以，薄荷醇所帶來的涼颼颼的感覺的原理和吹風帶來的涼爽是不一樣的。
早在20年前，研究人員就發現，即使喪失了嗅覺的病人，還是能夠“聞”到薄荷味，這是因為薄荷味並不是通過嗅覺感受器聞到的，而是通過鼻腔內的感知冷熱的神經細胞而感受到的。感知冷暖實際上不該屬於傳統五種感知的任何一種（如嗅覺、味覺或是觸覺），而是專門屬於冷暖感知。
在此想強調，五覺之間的界限可能沒有你感覺到的那樣涇渭分明：嘗到的不一定都是“味道”，還有“溫度”。
我癢，我撓，故我在
難易程度
我癢，我撓，故我在。
——陳宙鋒
癢是一種疼痛嗎？
不是。以前我們以為癢是一種輕微的疼痛，但現在我們認為癢是有別於疼痛的一種感知。
癢覺領域的領軍人物陳宙峰教授所帶領的團隊，早在2007年就在小白鼠的脊椎裡首次發現了專門負責癢的受體——胃泌素釋放肽受體（gastrin-releasing peptide receptor，簡稱GRPR）。當時他們發現，當給小白鼠注射胃泌素釋放肽後，小白鼠會抓撓自己，說明這有可能和癢有關。在兩年後《科學》（Science）雜誌的一篇文章中，他們敲除了負責產生這種受體的基因，發現小白鼠不癢了，然而依舊可以感應到疼痛，這說明癢和痛是不同的34。
癢是怎麼產生的？
人會覺得皮膚癢，有多種原因：皮膚乾燥、疾病、髒、蚊蟲叮咬或者寄生蟲（像是蝨子），甚至有可能是心理原因。普遍認為，這種感知是用來教會我們避免接觸帶有刺激性的物體以及保護皮膚健康的。
從陳宙峰教授的一系列實驗中已經知道，癢是獨立於疼痛之外的，有自己的傳遞信號的系統。那到底有哪些神經傳導物質（neurotransmitters）在大腦中負責傳遞癢的信號呢？
除了上面提到的胃泌素釋放肽，還有鈉前體肽B（natriuritic
precursor peptide B，簡稱NPPB）和神經介素B（neuromedin B，簡稱NMB）——這三種神經肽在大腦感知瘙癢的過程中起著重要作用35。
雖然有時候撓癢癢能讓人有強烈的滿足感，但很多時候卻會讓我們過度瘙癢，以致損壞皮膚，甚至導致更加嚴重的後果。所以，如果我們能對癢的產生以及傳遞癢的信號通路更為瞭解，以後就有可能開發出準確止癢的藥物，讓患有各種慢性皮膚病的患者得到有效的治療。
是誰讓你想撓癢癢了？
發癢的認知機制是什麼，到現在也是一個未解之謎。它不是一個簡單的觸覺或痛覺的感知。而且一旦哪裡感覺癢，你就會特別想去撓，即使你知道撓了也無濟於事，甚至會抓破皮膚，使得問題更加嚴重。
經過長時間的研究，科學家終於找到了獨立於疼痛之外，只負責癢的神經細胞。這些癢癢神經比疼痛神經傳導速度慢很多，而且它每一個末梢所能感應的面積是疼痛神經覆蓋面積的600多倍！這也解釋了為什麼我們好像對癢更加敏感，但癢的感覺產生卻要比疼痛慢，消失的速度也更慢。
雖然疼痛也是一種令人不愉快的感知，但如果我驚叫一聲：“啊！你的肩上有一隻碗口大的蜘蛛！”即使你知道我只是逗你的，可還是會感覺到莫名的瘙癢，甚至頭皮發麻——這比被熱水稍微燙一下更讓人煩躁。而且，癢還會帶來難以控制的撓癢的衝動，一秒鐘不去撓，就會覺得那一秒變得好長——即使沒有真的緩解，心裡也要好受一些。
對我來說，這正是“癢”這種感知最有趣的地方。你的反應並不一定對應於真實的體驗——你下意識地去撓脖子，隨之感到痛快——但那裡可能什麼都沒有。
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