科幻小說或電影里，我們常常能看到各種各樣神奇的設(shè)定，有些看起來比較離譜，但也有不少仿佛觸手可及；尤其是當(dāng)以往的科幻情節(jié)，隨著時間的流逝和技術(shù)的進步逐漸照進現(xiàn)實，充滿奇思妙想的腦洞的重要性越發(fā)凸顯出來。本期 kiwi 說就和各位分享以下兩個腦洞：

1. 如果把人類的視力在原有基礎(chǔ)上提升50倍，我們看到的世界將會變成什么樣？

2. 假如把某些動物的大腦交換，會發(fā)生什么？

如果你對這兩個問題有其它見解，歡迎在評論區(qū)分享你的看法；同樣，如果你有其它天馬行空的疑惑，也歡迎給我們留言。

視力提升50倍，能看到什么？

這個問題實際理解起來可能不是那么容易，50倍的視覺信息也是我們的大腦難以消化的。我們不妨從現(xiàn)有的視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上探討這個問題，再來看看會怎么樣。

首先，外界光線通過我們的眼球，投射到視網(wǎng)膜的上億個感光感受器上面；后者通過識別紅綠藍三種不同的光譜光線，再將信息匯總到120萬跟神經(jīng)軸突上。通過電信號快速傳播的方式，90%的視覺信息會被傳遞到位于大腦中間的外側(cè)膝狀體（LGN）。

LGN 就好像是一個視覺信息處理的中轉(zhuǎn)站：信息到這會發(fā)生一個初步的處理與匯總，針對顏色和物體輪廓進行處理，之后再進一步傳遞給大腦皮層——位于枕葉的初級視覺皮層?V1 區(qū)。

除了初級視覺皮層，人類大腦還包括有 V2, V3, V4, V5（MT）幾個不同的視覺皮層，像是流水線一樣，把簡單的光線信息一步步細化，提取其中的色彩、形狀、運動信息。

在這個過程你可以發(fā)現(xiàn)，我們的視覺系統(tǒng)可能不像照相機一樣，咔嚓拍下照片這么簡單——為了處理復(fù)雜的視覺信息，除了眼睛-LGN-巨大的大腦皮層（視覺系統(tǒng)占大腦比例最高）之外，其實我們在進化過程中還針對這些“硬件”進行各種軟件層面的優(yōu)化。

可以舉幾個例子：

比如我們的視網(wǎng)膜雖然會有很多的感光器，但它們并不是均勻分布的，而是會分區(qū)域、分層進行分布，通過互相作用、合作，達到最好的視覺獲取效果。視網(wǎng)膜上的感光器分為兩種，一種是感知顏色的視錐細胞，一種是感知光線明暗的視桿細胞。

為了有效地得到更“高清”的畫面，人類的視網(wǎng)膜出現(xiàn)了中央凹，是一個位于視網(wǎng)膜中央的一個只占1%大小的小凹槽，上面密布著視錐細胞，通過對光線明暗的感知，有著超強的分辨率能力，因此50%的視覺信息都是通過只占1%的中央凹進行檢測的，實現(xiàn)了視覺信息的更高效處理。

還有一個例子，大腦皮層在處理視覺信息時的取舍：有一個很有意思的現(xiàn)象，我們在較遠距離看一個物體的時候，會自動丟失掉這個物體的一些細節(jié)，這種細節(jié)我們稱之為較高的“空間頻率”。而這些細節(jié)的處理是需要依靠 V4 甚至到 V5 這樣的視覺皮層。

上海神經(jīng)研究所的研究發(fā)現(xiàn)，V4 在識別細節(jié)時,整個腦區(qū)并不是均勻地去識別，而是有選擇性的——有些地方會對空間頻率更高的區(qū)域起反應(yīng)，有些區(qū)域則只對較低的空間頻率起反應(yīng)；有的細胞比較大,可能就更偏向整體；有的細胞則比較小，就會關(guān)注于細節(jié)。這也說明面對復(fù)雜的視覺信息，大腦在處理過程中，是有一個非常細致且復(fù)雜的分工合作的，而不是一股腦都去糾纏于細節(jié)上。

那讓我們再回到這個問題：視力提升五十倍，我們應(yīng)該怎么定義？

它絕不僅僅是說我們看視力表可以看到更小的地方，因為我們的視覺系統(tǒng)在處理視覺信息時，有一套復(fù)雜而又高效的方式，如果提高到五十倍，我們可能會有很多改變：

比如我們看到的顏色，本來可能只有光學(xué)三原色——紅綠藍；但視力提升以后，我們可能可以識別到更多的光學(xué)信息，比如現(xiàn)在看不到的紅外線和紫外線，我們眼中的世界會更加斑斕多姿；

比如我們在看遠方和近處的物體，我們可以得到更多的細節(jié)：遠處物體看起來不會模糊不清，每根毛發(fā)的細節(jié)都會清清楚楚。

其他的各種視覺信息的改變，可能會遠比我們能想象到的要精彩。

但與此同時，整個身體的結(jié)構(gòu)將會發(fā)生巨大的變化：眼睛會需要更多的感光細胞，為了得到豐富50倍的視覺信息，整個視錐視桿細胞分布可能都要重排，中央凹區(qū)域可能需要擴大，我們的眼睛將會壓力重大，苦不堪言。

同時要處理50倍的視覺信息，我們的大腦也需要進行全面的改造：要么視覺皮層擴大幾十倍，我們每個人都會像科幻片里外星人一樣的大頭娃娃；要么我們舍棄大腦其他功能，比如情感、記憶、意識、學(xué)習(xí)、語言能力，全面為視覺服務(wù)——我們從此成為一個擁有超強視覺，但毫無意識情感的“低等人類”。

從這個角度來想，我們沒有進化出50倍的視力，也是一個合情合理的結(jié)局了。

互換動物大腦，會怎么樣？

類似的問題其實是很多科幻小說電影的主題：人的大腦互換了，會怎么樣？或者說我們能不能把大腦意識抽取出來？

但是動物的大腦互換——這種跨物種的操作其實會更難：大腦可能是不同物種間差異最大的器官之一了，不同的動物大腦幾乎都不一樣?？梢耘e幾個例子：

比如人和黑猩猩，我們知道人類和黑猩猩是近親關(guān)系，但是人的大腦大概是黑猩猩的兩三倍大，而且具有更復(fù)雜的溝回結(jié)構(gòu)，大腦的形態(tài)也是完全不同。

而即使我們把這個距離拉近，比如已經(jīng)滅絕的一種古人類——尼安德特人。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，他們的腦容量大約比現(xiàn)代人大100-200cc，而且現(xiàn)代人的大腦更偏向球形，而古人類的大腦卻更偏向橢圓，要換的話估計也有不小的難度。

當(dāng)然我們也可以再舉個例子，比如新喀鴉，是烏鴉的一種，非常聰明，可以使用工具，具有邏輯推理能力。而研究通過和其他鳥類的比較，發(fā)現(xiàn)新喀鴉確實大腦大很多，而且其中皮質(zhì)（mesopallium）顯得比較突出，這一區(qū)域也是一個復(fù)雜的腦區(qū)，可能和行為有關(guān)。

例子還有很多，動物大腦的差異可能比我們想象的還要復(fù)雜，而這也是科學(xué)家正在逐步研究探究的問題之一。

剛剛我們也提到大腦和行為上的關(guān)系，所以這個問題的關(guān)鍵在于：要是真的使勁硬塞，把大腦給換了，那會發(fā)生什么？

其實意識對于大多數(shù)動物是一種相對次要的功能，運動、感覺（視覺、嗅覺、聽覺、味覺……）這些才是動物生存的關(guān)鍵。要是貓和狗換了，直接的影響顯然是感覺上的差異和各個器官出現(xiàn)不匹配，比如狗的嗅覺需要靈敏的鼻子，但是換上貓的腦袋，可能處理嗅覺信息時就會有大問題；貓的夜間視覺很好，但也要取決于眼睛瞳孔可以發(fā)生放大縮小的改變，但是狗的腦袋進來了，在處理這樣的視覺信息時想必也會不對勁。

這些從進化的角度來看，其實就是各個器官的一種協(xié)同作用：不可能說出現(xiàn)一個超大的腦袋，但是卻很原始的五官。大腦的神經(jīng)連接和五官、四肢都是相互呼應(yīng)的，比如動物的運動皮層發(fā)達，可以理解它們可以進行高速運動或者精細操作（比如人類的運動皮層很大一部分是決定手的操作的）。

而且神經(jīng)的連接也不是一個可以簡單更換的過程，大腦是和全身都有連接。那本來對應(yīng)四肢的連接，換了一個腦袋能不能連上呢？這應(yīng)該也是要考慮的問題。

不過我們只能做一個簡單的暢想，畢竟暫時來看好像還沒什么人愿意花這個經(jīng)歷去嘗試做這種實驗。

參考資料：

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

• 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.