声音和触摸碰撞

T奥尼·罗关于大脑混合声音和触觉的研究，开始于一次调音会上。那是2000年的春天，在德克萨斯州的休斯顿，他最近在莱斯大学建立了他的第一个实验室。这次联谊会是为学校的新教员举办的，帮助他们互相了解。罗开始和34岁的哲学家雪莉琳·罗什交谈，她告诉罗什她在科学的可靠性和不可靠性方面的工作。罗告诉她，他的研究是关于人类大脑如何整合我们看到、听到和感觉到的大量感官信息。

“我对他说，‘好吧，你应该研究一下我的大脑!’”罗什笑着回忆道。“然后我马上想，哦，该死，他可能在每个派对上都得到这个。”罗勇敢地问她，为什么她的大脑如此不同寻常。她解释说，几个月前她中风过，从那以后，她感觉身体左侧麻木。“然后他说，‘实际上，我应该研究你的大脑。’”

在接下来的几年里，罗什多次去罗的实验室进行各种行为测试和脑部扫描。在一项实验中，她坐着，双手放在椅子扶手上，每个中指上都戴着电极环。在整个实验过程中，这些戒指会向她的右手、左手、两只手或两只手都传递一个小电流，当罗什感觉到微弱的电击时，她会告诉研究人员。罗对这些数据困惑了很长时间。他说:“即使我们没有提供任何触摸刺激，她也一直说她有感觉。”“我想不出来。”

五年过去了，罗想出了一个可能的，虽然有点奇怪的解释。在实验中，每次试验开始时都会播放500毫秒的警告音。也许，他想，罗什是在回应那个声音。他匆匆地给她写了一封电子邮件。“你的手对声音有感觉吗?””他写道。罗什马上回答说:是的，事实上，她的皮肤对声音很敏感。她的朋友们有时会用吵闹声刺激她。她对圣詹姆斯上校(Colonel St. James)的清脆而拖腔的讲话反应很糟糕，他是休斯顿一个很受欢迎的电台人物。她告诉罗:“我注意到，在某些音调下，我的整个身体都会反抗。”“我得换站了。”

罗意识到，罗什的中风让她患上了联觉，这是一种神经上的感觉混乱。

人类有五种不同的感官:视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。几十年来，研究人员一直认为，每一种感觉都是在大脑皮层或大脑外层分别处理的，然后由不同的大脑区域进行整合。例如，靠近大脑后部的皮层组织保存着对视觉敏感的细胞，而耳朵上方的区域则对声音作出反应。但最近，研究人员开始质疑这种所谓的感觉处理的“单模态”模型，转而提出，皮层区域会同时对来自多个感官的信息做出反应并进行整合。

在罗什身上，罗看到了一个研究感官混合的极端案例的机会。人们对联觉的理解并不透彻，但这种情况早已被创造性的人报道过。例如，抽象画家瓦西里·康定斯基(Wassily Kandinsky)在听歌剧时，看到自己脑海中勾勒出“狂野的、近乎疯狂的线条”，并声称自己小时候在调色时听到过嘶嘶声。小说家弗拉基米尔·纳博科夫(Vladimir Nabokov)认为他名字中的V是“淡而透明的粉红色”，而N是“灰黄色的燕麦色”。物理学家理查德·费曼描述了方程的色调。直到20世纪90年代，心理学家才将这些说法视为幻觉，当时对联觉者的大脑扫描实验证实，他们的感觉大脑回路从一种感觉接收输入，并将其解释为来自另一种感觉。

在某种程度上，我们可能都有一些联觉。

罗什的“联觉”(synesthesia)，也就是她能在皮肤上感受到声音，这在科学文献中从未被报道过。罗在2007年首次发表了她的病例，并继续对她进行研究，试图弄清楚这种感觉混淆是如何在她的大脑中发生的。¹通过这项工作，RO开发了一种有趣的理论：Roush的声音和触摸的合并只是夸张的版本，所有的大脑中发生了什么。

毕竟，我们大多数人在听到指甲刮黑板时都会感到近乎疼痛的颤抖，或者在惠特尼·休斯顿(Whitney Houston)演唱高音时也会感到不寒而栗。罗说，考虑到处理声音和感觉的脑细胞之间的相似性，听觉甚至有可能是从感觉进化而来的。共同的祖先可能会使这些感觉比科学家们想象的更具有合作性。“大脑的某些区域可以相互融合，或者一个区域可以获得另一个区域，”现在纽约城市大学的罗说。“在某种程度上，我们可能都有某种联觉。”

一个早在20世纪60年代，对猴子大脑的研究就表明，大脑皮层以离散块的形式处理感觉信息，并在这些块中按等级顺序进行处理。

以视觉为例，这是研究最多的感觉系统。当猴子看东西时，光线照射到它的眼睛后部，在那里有专门的细胞将光线转换成电信号。这些信息然后从眼睛转移到丘脑，丘脑是位于大脑中央的一个中继中心。信息从丘脑传递到大脑后部的一个区域，称为初级视觉皮层，或V1。这个区域的细胞对粗糙的视觉特征很敏感，比如颜色和线条的空间方向。到达V1后，信息被进一步处理并分发到称为V2、V3、V4和V5的区域。例如，V5中的细胞集成了来自较低区域的视觉信号，以帮助动物感知移动物体的速度和方向。在视觉皮层之外，经过处理的信息与来自其他感官的输入混合在一起。

研究人员已经为其他感官系统绘制了同样的层次结构。所有这些工作表明，初级皮层的每个专门区域一次只处理一种感觉，大脑不会混合不同类型的感觉信息，直到它到达更高层次的区域。

上世纪90年代末，神经学家查尔斯·施罗德(Charles Schroeder)犯了一个错误，这个错误后来演变成了科学上的意外发现。在纽约内森·s·克莱恩精神病学研究所工作的施罗德和他的同事们用猴子来研究注意力是如何影响对声音的感知的。在这些实验中，他们将一个电极放置在猴子的初级听觉皮层，并记录当猴子听到滴答声和哔哔声时细胞发出的电流。

主要听觉皮层位于躯体感应型皮层以下，这通常响应触摸（兄弟啊这个词来自希腊语中身体的意思)。有一天，研究人员将电极放在一块细胞中，当猴子被触摸时，细胞就会强烈地放电，所以他们假设电极位于躯体感觉皮层。然而，他们很快就意识到，这种反应比他们想象的要深，在听觉皮层，这意味着该区域同时对声音和触觉做出反应。施罗德回忆说:“我们说，天哪，我们必须研究这个问题。在最初的发现之后，他的团队进一步研究了这两个区域之间的联系，最终发现部分躯体感觉皮层也会对声音做出反应。“这些系统确实紧密相连，”他说。

大约在同一时间，其他实验室也开始报告说，感觉皮层处理不止一种感觉。例如，在大脑扫描中，当研究参与者同时看字母时，他们的听觉皮层对语音的反应是不同的，而他们的主要嗅觉皮层，即处理气味的区域，在看到描述气味的单词时被激活，比如“肉桂”或“大蒜”。

感觉合并在一些不寻常的病人身上表现得最为显著，这些病人的大脑在失去感觉输入后重新组织。例如，一份报告描述了一个叫做PH的病人，他在童年时开始失明，到40岁时完全失明。²两年后，PH开发了一种联觉，在这种联觉中，用手阅读盲文会产生“侵入性视觉感受”，包括在他的脑海中移动的彩色点。当研究人员在实验室轻敲他的手指时，他的视野经历了戏剧性的“跳跃”和“旋转”。

思考这些罕见的患者和施罗德的猴子，RO决定调查Roush的中风是否重新加快了她的感官电路。ro扫描她的大脑，而她听取动物电话，电动工具，纯音和其他声音。2008年，他报告说，声音不仅被激活了Roush的主要听觉皮质，而且它们也发表了她的躯体感觉皮质。^3.当然，她已经知道，这听起来有时会引发她的手臂和手的皮肤奇怪的感觉。但扫描给出了神经系统证明，即她的大脑将声音解释为触摸。

年代OME研究人员认为，像Roush这样的真实仇格可能是单模感觉规则的例外，而不是在每个人中发生的多模态感测的放大例子。墨西哥全国自治大学的神经科学家Ranulfo Romo已发现证据支持传统的感官加工模型。他和他的同事训练了猴子，以区分两个不同的声音频率（低与高），并且在两个不同的触控频率（慢速与快速脉冲）之间交付到它们的指尖结束之间。猴子的听觉皮质中的神经元产生了两个不同的声音的明显的烧制模式，而是显示出没有这样的触控频率的编码。同样，躯体感觉皮层中的神经元选择性地响应不同的触摸刺激，而不是声音。⁴

基于这些数据，Romo准备摒弃初级感觉皮质是多感觉的观点。他说，其他的研究可能会注意到发生在其他区域的轻微刺激，但它们并不表明这些区域实际上是交叉处理感官信息的。“我的观点是:视觉皮层非常视觉化，听觉皮层只处理听觉信息，体感皮层只处理体感输入，”他说。

当参与者看到描述一种气味的词时，比如“肉桂”或“大蒜”，他们的主要嗅觉皮层(处理气味的区域)就会被激活。

施罗德提出了一个中间立场:初级皮质确实专门用于一种感觉，但来自其他感觉的输入具有科学家所说的“调节效应”，意思是它们微妙地调整来自初级感觉的信号。施罗德解释说，这就像在嘈杂的鸡尾酒会上和某人交谈一样，读他们的唇语可以帮助你理解他们的语言。他最近的一项研究表明，在口语对话中唇读可以调节听觉皮层活动的节奏。“这并不是说听觉皮层本身在看东西，”他说。“它具有增强视觉感知的调节作用。”

在正常人中，这些合并可能是轻微的。但是，如果一个感觉皮层因中风或其他脑损伤而受损，Ro怀疑它和其他区域之间的神经连接可能会在愈合过程中增强。也许这就是罗什中风后右脑丘体(我们感觉器官和大脑皮层之间的中继中心)的脑细胞被清除后发生的事情。在发病后的头一年半时间里，她的左侧身体失去了很多感觉(因为我们的感觉神经是如何连接的，右丘脑影响身体的左侧)。她的触觉并没有完全消失，但如果有什么东西轻拍她，她会觉得比中风前轻多了。

她丘脑的受损部分，RO的原因，必须负责将触摸信息传送到躯体感应型皮质。随着该地区突然安静，似乎它的下门邻居是主要听觉皮质，接管了神经房地产。过了一会儿，听觉输入开始在躯体感应型皮层中致电，导致她奇怪的触感。去年，RO与Roush大脑的另一个成像研究备份了他的理论。他使用了一种称为扩散张量成像的脑成像，其追踪连接大脑各个区域的神经束。他发现了她的听觉皮层和躯体感应综合皮层之间的强大联系，支持后者已经获得了前者的想法。⁵

但问题是:Ro的研究还发现了17个正常对照组中这些区域之间的联系。这些联系没有他在罗什大脑中看到的那么强烈，但它们都是一样的。他说:“现在似乎有越来越多的证据表明，感官之间是紧密相连的。”

我如果感官确实是相连的，那么下一个问题就是它们之间的相互影响是否平等。各种各样的研究——不仅来自神经科学，而且来自进化生物学和电子工程——表明声音和触摸有着深刻的联系。这两种系统的生物支架非常相似，特别是与其他感官相比。视觉依赖于对光敏感的眼细胞，而我们的味蕾和鼻子则能检测化学物质。相反，听觉和触觉依赖于细胞的机械调整。在内耳中，所谓的“毛细胞”有纤细的手指，它们会对声波做出反应。皮肤细胞中含有类似的“机械感受器”，可以对物理压力作出反应。

关于鱼的演化的一些研究表明，毛细胞从检测周围水中振动的感官器官中的细胞进化。因为人类和其他哺乳动物从鱼类的生物中演变出来，这些早期振动传感器可能导致我们目前的声音感。RO推测，在数百万年内，“我们通过调整过程触摸的相同机制，我们可以通过遥测信息的能力来实现。”

她的触觉并没有完全消失，但如果有什么东西轻拍她，她会觉得比中风前轻多了。

尽管只是推测，但科学家们现在所解释的声音和触觉的结合可能实际上是一种早期状态的反映，当时这两种感觉合二为一。然而，今天处理这些感觉的大脑区域是如何相互作用的，仍然有些神秘。这可能是因为我们称为听觉皮层的区域本身并不解释声音，而是解释任何类型的频率信息，无论是来自声音还是振动。

为了支持这一想法，剑桥麻省理工学院的声学工程师路易斯·布雷达(Louis Braida)和夏洛特·里德(Charlotte Reed)进行了一系列实验，他们向志愿者传递同时发出的声音和手指脉冲。当声音和触摸频率匹配时，志愿者听到的声音在没有额外脉冲的试验中是听不见的。但是这种整合在大脑中是如何工作的才刚刚开始被理解。

听觉和体感皮质之间的关系的一个好处是，受伤后两者之间发展的联系可能会帮助患者恢复触觉或听力，尽管方式略有改变。Roush中风已经过去了14年，她的联觉大脑继续以令人沮丧和充实的方式适应。大约五年前，她开始对声音极度敏感。即使在她安静的公寓里，有时为了集中注意力，她也会整天戴着耳塞。但积极的一面是，作为一名舞者，罗什对音乐的节奏更加敏感。她说:“我能更强烈地感受它，欣赏更多同步的节奏。”

她将这一切归因于她的大脑热切地试图利用声音从世界上获得尽可能多的触觉信息，因为她的左侧身体仍然感觉不足。她说，有时这种神经补偿感觉就像“试图用牙刷刷洗地板”。“但实际上，尽管这种感觉通常不是那么强烈，但它们足以告诉我我的胳膊、头和腿在哪里。我想这就是重点。”

弗吉尼亚休斯是布鲁克林的一名科学记者

参考文献

1. RO T.et al。安神经62, 433 - 441(2007)。PubMed:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17893864

2.Armel kcet al。编号5, 293 - 296(1999)。文摘:http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/13554799908411982#.Uul1tmRdWm0

3.比彻姆和罗特。J. Neurosci.28, 13696 - 13702(2008)。PubMed:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19074042

4.Lemus L。et al。神经元67, 335 - 348(2010)。PubMed:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20670839.

5.Ro T。et al。Cereb。皮质23, 1724 - 1730(2013)。PubMed:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22693344

本文最初发表于2014年2月的《并购》杂志。