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詹姆斯·霍尔曼（James Holman，1786～1857）上尉原来在英国海军服役，但是1812年他25岁时，由于健康不佳不得不退役。他不仅患有痛风，眼睛也瞎了。复员之后，上级本来给他安排了份轻松的工作，但是他不习惯这种枯燥乏味的生活，竟然醉心探险。他身穿一身旧军装，手持一根金属包尖的山核桃木手杖，靠着每年84英镑的年金，就这样上路了。霍尔曼居然依靠手杖探路走遍世界，甚至还翻山越岭。有人说，他的双足几乎踏遍全球，但是他的目光却没有落到过任何一处地方。

一位盲人怎么能独自周游世界？确实，除了毅力之外，他也想了很多办法，最主要的就是他的手杖。他不断以杖击地，声波从附近的物体上反射回来，到达他的双耳时有一点时间差。在经过一段时间的实践以后，他的脑就学会了检测出这种时间差，并由此觉察他所面临的场景。根据这种回声他甚至还能知道事物的大小、形状和质地。手杖的敲击声成了他的“目光”。

霍尔曼并不是唯一的一位以耳代目的人，有许多盲人依靠敲击手杖、以脚顿地、口发咔哒声等来识别物体、自由行走。因为他们就像蝙蝠那样靠回声定位来行动，所以人们戏称他们为“蝙蝠侠”。下面我们就来介绍这样一位依然健在的美国奇人丹尼尔·基什（Daniel Kish）。

基什出生于1966年。当他还只有13个月大的时候，由于视网膜癌而摘除了双眼。2岁时，他无师自通地学会了用舌头发出咔哒声来进行回声定位。最初他甚至拒绝用导盲杖，因为那会使人觉得他是残疾人，而他却并不认为自己残疾。不过他现在也使用一根白色手杖，使自己的行动更方便。通过回声定位，他甚至能知道面前的篱笆是金属的还是木制的。他说道：“对一位有经验的人来说，感觉到的图像非常丰富。从声音或是回声中就可以知道对象是丰富多彩还是单调乏味或是其他。”他甚至教盲童远足、爬山和怎样在全新的环境里安全行动。基什在美国安赫莱斯国家森林公园里买了一栋12英尺见方的小屋，经常独居其中，在林中小径漫步，踏着光滑的石块穿过小溪。不过他也因此经常受伤，有一次还因为烟囱问题造成火灾，半夜惊醒，好不容易才逃出来。他把这一切都称作“为获得自由所付出的代价。”

图1.利用回声定位骑自行车的丹尼尔·基什  图/Thatcher Cook/PopTech

如果说蝙蝠依靠听觉生存是进化的结果，那么为什么人也能用听觉来替代视觉呢？这是因为绝大多数的盲人之所以看不到，并不是由于脑中的视觉中枢受到了损伤，而只是由于接受外界光刺激的光感受器或是眼睛受损，不能把外界信息传送到脑。现在人们认识到，人脑（即使是成人的脑）具有相当强的可塑性。在脑中的各个感觉中枢之间原来就存在着一些通路或者反馈回路。比如说，当我们在吃苹果的时候，大脑自然地把苹果的味道、香气、咬苹果时的嘎吱声和苹果的颜色等信息都整合在一起，形成一个完整的认识。所以听觉信号最后进入到了视觉区也并非不可想象。

感觉刺激虽然最初是进入相应的感官，不过在那里主要只是把外界的物理刺激转换成神经电信号，而最后使我们产生相应知觉的是脑，并不是感官。因此，所有的感觉输入一旦离开感官而进入神经之后，在形式上就变得非常相似：都不过是一些化学物质或者电脉冲罢了。关键在于，它们最终到达了脑的哪个部位。如果听觉信号最后到达了视觉中枢，那么脑就会把听觉信号所带的信息当作图像来理解。事实上，有一种病症叫做“凝视性耳鸣”（gaze tinnitus），当病人朝前看时，什么问题也没有；但是如果朝左或朝右看，他就会听到打铃一样的声音。为什么会这样？原来这种病人的听神经损坏了，所以脑干中的听觉核团接收不到来自耳朵的信号，“闲置”的脑组织就会被派做别的用场。由于这些核团正好和支配眼动的动眼神经核相邻，这样来自眼动中枢的轴突就会侵入到现在失去了正常作用的听觉核团。这样，当大脑命令眼睛运动的时候，这个运动命令也被“抄送”到了听神经核团，而在那里被错误地“理解”成了铃声。

脑成像实验直观地证实了脑的这种可塑性。科学家对有回声定位能力的盲人进行了研究。他们在盲人的耳朵里安放微型微音器，记录他们在室外听到的回声，然后在实验室里重放这些录音，同时进行脑功能磁共振成像。结果发现，这些盲人听到那些回声时也有身临其境的感觉，而且此时在脑中被激活的是初级视皮层而不是听觉皮层。如果把这些回声放给正常人听，就没有这样的现象（右图）。这表明人脑有很大的可塑性，这些有回声定位功能的盲人是利用初级视皮层而非听觉皮层来实现识别任务的。更有意思的是，正常人经过一段时间的训练以后也能学会回声定位，但是此时他们脑中的激活区却并非是初级视皮层，这似乎说明，只有当盲人的视皮层已经失去了它的正常功能之后才被移作他用。

盲人的回声定位告诉我们，人也可以用一种感觉替代另一种感觉。于是就有些科学家希望能方便地、不必通过长期训练就让病人学会用一种感觉替代另一种感觉。这种方法是把病人无法感受的刺激（对于盲人来说就是光刺激）转换成另一种依然完好的感官（例如触觉感受器）所能感受的适宜刺激（例如触觉），通过这种感官的感觉通路（例如触觉通路）把信息传送到脑。由于脑的可塑性，在经过一段训练之后，这些信号会最终到达原来的感觉中枢（例如视觉中枢），而使病人产生一种类似的感觉（例如视觉）。这被称为“感觉替代”（sensory substitution）。

图2. 有回声定位功能的盲人在听到探测回声时的脑活动  图/Alan Thistle

感觉替代系统一般由三部分组成：传感器、耦合系统和刺激器。传感器采集外界信号，在耦合系统中进行分析处理，然后送到刺激器产生对依然完好的某种感官的刺激。病人在经过一段时间的训练之后，就能学会通过这种刺激体验到他们已经久违了的类似知觉。例如让丧失了手指触觉的麻风病人带上特制的手套，在手套上安置了触觉传感器，用传感器的信号控制刺激器刺激病人尚存感觉的前额，而病人最终感到的触觉刺激似乎依然来自指尖而非前额。

（本文发表于《科学世界》2016年第11期）