有没有想过,比起牵手,为什么接吻的感觉更美妙?
舌头是我们身体中令人难以置信的“工具包”,尽管由于它所处的位置而很难被研究。
但它让我们进入了美妙的味觉世界,更重要的是,它对触碰的敏感度比指尖更高。舌头可以说是人体当中功能最多的一个器官,没有它,我们无法说话、唱歌或品尝美味的饮料。
所以,在神经科学领域,不断展开对于舌头的研究和“开发”,并获得突破性成果,且具有巨大而广泛的应用潜力。
01
“感官替代”的新世界
1969年,《自然》刊发了一篇论文,详细描述了一种特别的仪器,通过“按摩”盲人的后背,能够让他们“看见”东西。
虽然精度不高,盲人只能分辨一些简单的图案,比如香蕉、电话机等等,但这项前瞻性、甚至颇具科幻色彩的实验的成功,打开了神经可塑性和感官替代真正可实施的道路。
这项研究的主要负责人是美国威斯康星大学麦迪逊分校教授Paul Bach-y-Rita,其神经可塑性理论,被称为20世纪认知科学最伟大的发现之一:即神经系统拥有为不断适应外界环境的变化而改变自身结构的能力;大脑内部的突触、神经元之间的连接可以由于学习和经验的影响建立新的连接。
PaulBach-y-Rita同时提出了感官替代理论:将一种感官的知觉形式转换成另一种感官形式的刺激,而他也被称为“感官替代之父”。
说到底,人的大脑是个核心处理器,当外界的各种感官信息输送进大脑后,无论它是光子、空气压缩波、分子浓度,还是压力、质地或温度,都会被统一转换成脑中的通用语言:电化学信号。
也就是说,如果没有大脑的加工,那么输入大脑的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等信息将毫无意义。反之,如果大脑完好,只是某种感觉丧失,大脑则会利用其他感觉信息代偿损失的功能,通过不断学习、理解新的信号,来重新组织感官知觉,“无论外界刺激通过哪个受体进入,大脑处理知觉信息的方式都是相似的。”
这种“化腐朽为神奇”的特殊天赋,正是源于人类大脑神经的灵活可塑性。这或许要归功于几百万年的生物进化,将大脑打造成了随机应变的“大咖”。
大脑神经的可塑性,被充分运用于医疗健康领域,并推动感官替代技术领域不断获得突破性成果。
“感官替代”领域是跨学科科学,它结合了心理学、神经科学、计算机科学和工程学等,来开发“感官替代设备”(SSD),将感官信息从一种感觉信号转换为另一种感觉信号。各种可穿戴的感官替代设备也应运而生。
02
舌头显示器
如何更好地帮助视神经系统遇到障碍的人?
经过不断的研究和探索,Paul Bach-y-Rita教授发现了最好的输入载体:舌头。具体实践产品,就是其研发的盲人眼镜BrainPort。
作为Wicab公司创始人和BrainPort的研发者,Paul Bach-y-Rita教授说过这么一句话:“我们是在用大脑看,而不是眼睛。”
BrainPort成为一种可以让盲人用舌头“看世界”的突破性电子装置。它小巧方便,由一副装有微型摄像机的太阳镜、一个控制器和一个舌显示器(IOD)构成。
使用的时候,需把由 400 个微小电极组成的舌显示器(形似棒棒糖的舌片)含在嘴里,摄像机拍摄到视觉信息,控制器处理之后转化成电脉冲,由舌头感知并传递到大脑的视觉区形成知觉,那感觉有点像有人在你的舌头上“画画”,也有人认为“学用舌头感觉图像信息如学骑自行车”。虽然并不是通过眼睛,但很多盲人戴上设备后说:“我看到了。”
因为我们看东西的时候靠的不仅仅是眼睛,最重要的是大脑。眼睛只负责把外部的光信号转换成电信号,大脑通过解析这些电信号构建起对外部世界的认知。
很多失明的人只是眼部受损,而大脑中的视觉神经中枢却是完好的。想要“看”见,在体外完成光电转换,再找个新的接入口替代掉眼睛,重新激活视觉神经中枢,这就是BrainPort的原理。
BrainPort需要大概10个小时的训练之后才会产生实际帮助,佩戴时间越长、训练越多帮助会越大,实际效果也因人而异,或跟个人学习能力、接受新事物的程度相关。
通过在不到一天的时间里,识别出物体的大小和形状,甚至形成立体的感知,从没睁开眼的人就能“看”到这个世界了。
2015年,美国食品和药物管理局(FDA)批准将其用作视力障碍者的辅助工具。曾经备受关注的山西儿童被挖眼惨剧的主角小斌斌,在医生的帮助下佩戴的“义眼”就是BrainPort设备。
03
舌头上的注意力
不过,巴斯大学心理学助教Mike Richardson认为,虽然 BrainPort 已经存在多年,但它在现实世界中的应用并不多,尽管它的成本仅是视网膜植入物的1/10。
日前,Mike Richardson通过研究使用 BrainPort测试人的注意力如何作用于舌头表面,以确定感知差异是否可能是造成这种情况的原因。
在心理学研究中,有一种著名的测试注意力的方法,称为Posner Cueing (波斯纳提示范式),以美国心理学家迈克·波斯纳 (Mike Posner) 的名字命名,他在1980年代开发了这种方法来测量视觉注意力。
注意力是指将环境中的事物带入我们意识的一系列过程。波斯纳发现,我们的注意力可以通过视觉刺激引导。
如果我们短暂地看到有东西从视野里移出,注意力就会集中在那个区域。人类进化出这种反应方式,或许是为了适应潜伏在角落和视野边缘的危险。
这个过程也发生在感官之间。如果一只耳旁传来可怕的黄蜂的嗡嗡声,人的注意力很快就会被吸引到身体的那一侧。大脑会借助声音捕捉黄蜂的大致位置,以便可以快速分配视觉注意力,并通过触觉注意力快速扑击或者躲避。这就是“跨模式”注意力(视觉是一种感觉模式,听觉是另一种模式)。
MikeRichardson和同事开发了Posner Cueing 范式的变体,用于分析大脑是否可以像手或其他注意力模式一样在舌头表面分配触觉注意力。
我们知道大量关于视觉注意力的内容,以及手和其他身体部位的触觉注意力,但不知道这些知识是否对舌头适用。
这一点很重要,因为 BrainPort 的设计、制造和销售旨在帮助人们通过舌头“看”。但是我们需要了解用舌头“看”是否与用眼睛看是一样的,这些问题的答案,就像生活中的几乎所有事情一样,是复杂的。
尽管舌头具有令人难以置信的敏感性,但与其他感官相比,注意力有点有限。过度刺激舌头很容易导致感觉超负荷,很难再注意到正在发生的事。
MikeRichardson的研究还发现舌头上的注意力过程会受到声音的影响。例如,如果 BrainPort 用户听到左侧的声音,他们可以更轻松地识别舌头左侧的信息。如果与听觉接口配对,这可以帮助引导注意力并减少BrainPort 的感官过载。
单独使用BrainPort可能因刺激过度,而无法提供可靠的信息。
巴斯大学的团队正利用这些发现开发一种新设备,比如,帮助有视力障碍的攀岩者产生替代视觉感官。
为了防止信息过载,他们使用机器学习来识别攀登点并过滤掉不太相关的信息,且还在探索使用声音来提示下一个握点位置,然后使用舌头上的反馈来精确定位握点位置。
通过调整,这项技术最终可能成为帮助盲人、聋哑人导航的可靠工具,甚至可以帮助无法使用双手的截瘫患者。
科技投资人,海银资本创始合伙人王煜全曾表示,盲人眼镜最具里程碑意义的,是它的舌片,这可能是“体外万能感官”的开始。在拥有了舌片的未来,我们可能拥有“五感”外的第几十感,因为在舌片这一个平台上就可以承载N多个感官了。
希望基于“舌头”的研究,可以为更多人打开一扇窗,造福人类。