三条感觉通路,两条守着同一套规矩:先去丘脑报到,再上皮层,路上还得铺一张地图。第三条什么规矩都不守——它直接闯进情绪和记忆的地盘。
感觉信号进脑,通常有个固定套路:先在外周被转成电信号,在脑干转几次车,进丘脑——脑中央那个总接待处——然后才被放行到皮层。→ 视觉通路 走的就是这条路。听觉和体感也一样。只有嗅觉是例外:
耳朵里最关键的零件是耳蜗——一个蜗牛壳形状的螺旋管,里面有一条软薄膜(基底膜)。这条膜的妙处在于它一头硬一头软:高频的声音只能让靠近入口的硬端振起来,低频的要走到深处的软端才振得动。于是"声音"这个混在一起的震动,进耳朵第一步就被按频率摊开成了一条线——高音在这头,低音在那头。
这个"位置代表频率"的排布叫频率拓扑(tonotopy),而且它一路保留到皮层:A1 上相邻的神经元,偏好的音高也相邻。跟视觉的"相邻位置在皮层上也相邻"是同一种设计。
另一件值得知道的事:听觉在脑干里要转的车比视觉多得多,因为它要就地算一件很急的事——声音从哪儿来。脑干的上橄榄核比较两只耳朵收到同一个声音的时间差,人能分辨的差别小到十万分之一秒左右。这件事必须在最底层做完,因为再往上就来不及了。
顺带一个后果:从脑干开始,两边的听觉信号就大量交叉混合了。所以一侧听皮层坏掉很少导致那只耳朵聋——信息早就两边都有备份。
"摸到"其实不是一种感觉,是好几种挤在一个词里:轻触、振动、关节位置(本体感觉)、痛、温度、痒。它们在脊髓里走的根本不是同一条路:
两路最后都汇进丘脑,再送到中央沟后面那条S1。S1 上同样铺着一张地图,但这张地图是严重变形的:手、嘴唇、舌头占掉极大面积,后背和大腿挤在窄窄一条里。分配依据不是身体部位有多大,而是那儿有多少感受器、需要多细的分辨率。你可以直接摸出来:指尖能分辨相隔两三毫米的两个点,后背上要隔四厘米才能分清是两个点。
那张著名的"皮层小人"卡通图是个方便的简化。近年更精细的测量发现,S1 和运动皮层里并不是一条干净的身体排序,而是身体部位区和另一类跟全身协调有关的区交替排布——地图比卡通复杂。
鼻腔顶上有一小片嗅上皮,上面的神经元每个只表达一种气味受体,人类大约有 400 种能用的受体基因(Linda Buck 和 Richard Axel 因为发现这套系统拿了 2004 年诺奖)。
400 种受体怎么够闻遍世界?靠组合。一个气味分子会同时惹动好几种受体,一种受体也会对好几种分子有反应——所以每种气味对应的不是"哪一个受体亮了",而是哪一组受体以什么强度一起亮。就像用有限的字母拼出无限的词。
然后是这条路真正特别的地方,两点:
一,它不去丘脑。嗅球出来的纤维直接进梨状皮层,同时直接分给杏仁核和内嗅皮层——分别是情绪和记忆的门口。别的感觉都要在丘脑排队、被门控、被过滤,嗅觉是径直进屋的。(严格说,还有一条经丘脑背内侧核到眶额皮层的路,跟有意识地辨别、给气味归类有关;但主路确实绕开了丘脑。)
二,它没有"地图"。听觉按频率排、体感按身体排、视觉按位置排——嗅觉不行,因为气味没有一个天然的顺序。柠檬和汽油之间没有"中间气味",你没法把气味摊在一条线上。所以在梨状皮层里,一种气味激活的是一片散落在各处的神经元,位置本身不带含义。
2014 年有篇论文估算人类能分辨超过一万亿种气味,被广泛转载。但这个数字随后遭到多位研究者从数学上的严厉批评:它是从很少的实验点外推出来的,换一套同样合理的假设,结果能差好几个数量级。今天可靠的说法只是"比过去以为的一万种多得多,但具体多少不知道"。看到惊人的整数时值得多问一句它是怎么算出来的。
"闻到某个味道,一瞬间回到十几年前"这种体验,比看到照片、听到旋律都来得更突然、更不受控。这不是玄学,是接线问题:视觉和听觉要先经丘脑、再进各自的初级皮层、层层加工之后才辗转到杏仁核和海马;而嗅觉信号从嗅球出来,只隔一两个突触就同时到了梨状皮层、杏仁核和内嗅皮层——内嗅皮层正是海马的正门。
换句话说,别的感觉是"先认出来,再产生感受";嗅觉是感受和辨认几乎同时到达,而且辨认那一路还更慢——这就是为什么你常常先被一个气味击中,几秒钟之后才想起来它是什么味。→ 杏仁核 → 海马与内嗅 → 丘脑
Topic 1 感知即推断 · Topic 2 注意 · Topic 7 语言的大脑 · Topic 8 情绪的建构 · Topic 35 神经编码
频率拓扑 Tonotopy · von Békésy · 基底膜行波(诺奖) · 背柱—内侧丘系通路 · 皮层小人 Homunculus · Buck & Axel · 气味受体家族(诺奖) · 梨状皮层