人可以回声定位吗?简单讲是可以的,因为有不少人看起来是做到了。有个叫丹尼尔·基什(Daniel Kish)的人,13个月大的时候就失明了,现已成年的他生活自如,能在林中露营,还能游泳、跳舞,这些全赖一种特殊的能力——回声定位。另有些盲人也有同样本领,能以自行车或滑板在城中漫游。不过,即使证据就在眼前,也很难相信人真能回声定位。我们多数人对此潜能一无所知,不过但凡稍加留意,生活中回声定位的例子便比比皆是。比如,建筑师敲敲墙,听声便知壁骨的位置;医生轻叩患者的腹部,便可判断内脏是否健康。
在研究回声定位机理时,早期的研究者由于缺乏总体的认知,做出的解释往往挺古怪:有人认为回声定位靠的是耳膜或面部皮肤处的气压变化,并称之为“面视觉”;另有人以为是由电磁力造成的;一名专家甚至讲皮肤上的触觉受体其实是些小眼睛,通过下意识来感受。尽管诸般见解颇具创意,却都缺乏实验证据。终于,在20世纪末,德国科学家特奥多尔·海勒(Theodor Heller)测试了盲人感知前方障碍物的能力,他宣布:受试者在距障碍物三四米处,便能察觉到脚步回声的变化。所以他认为,声音提供了关键信息,使人们行走时无需借助视觉。
在20世纪40年代早期,康奈尔大学曾首先做过回声定位的实验。研究者找来两位盲人及两个正常人,让他们在一条长长的走廊上行走,走廊或是空的,或是随机摆放了建筑复合板。为了尽量保持实验的一致性,受试者都被蒙了双眼,实验中受试者或穿鞋走在木地板上,或只穿袜子走在地毯上。当受试者感到接近走廊尽头的墙壁,或者接近复合板时,他们便先举起右手,表示已察觉到了障碍物;待到感觉快要碰到障碍物时,则举起左手。
实验结果引人注目,一如所期待的那样,视力正常的受试者初期的表现更糟一些:在首次测试中,他们有十几次都撞上了墙,还常常偏离了路线碰到了走廊的侧墙上。表现最好的是一个盲人受试者,他每一次都能在6米开外识别障碍物。当问到是如何感知障碍物时,他说乃是仰赖脸部敏锐的感觉。他特别自信地谈到,墙壁在他的前额投下了“阴影”,虽然看不到,却能感到。他还否认动用了听力。
他的解释同科学家的预测大相径庭,于是研究者调整了实验,想看看他到底还有什么本领。然而,该受试者穿上袜子在地毯上测试时,表现得却异常糟糕,这让研究者认识到他其实还是靠辨别自己的脚步声,哪里是啥脸上的幻影。为了确定声音比触觉更为关键,研究者又设计了一个实验,他们给他戴上长及胳膊的皮手套和长及胸的头套。
穿着了以上的装备,受试者虽还能听到声音,但已辨别不出3米外电风扇的风声了。不过,即使束缚如此,此人仍能辨别路上的障碍。
新信息在手,研究者在余下的测试中给受试者一律戴上了耳罩,他们的表现都打了折扣。于是证明,听力对于回声定位颇为关键。到后来,那些视力正常的受试者的实际表现已超过了其中的一位盲人。
这些初期实验很快引来了诸多效仿者,所有的实验结果都支持一个结论:回声定位是凭借听力而非空气压力。后续的实验还发现了听力感知的一些细节,比如,回声定位主要依靠声音的频率,而不是音量。有一项研究,受试者被要求弄出自己觉得最有效的动静来。于是除脚步声外,他们发出了敲击声、响指声、嘶嘶声、口哨声,甚至还有人唱出“哆来咪”。概而言之,最有效的是高频音段。
另有研究显示,如果受试者的头部可以两边转动,回声定位的成功率更高。实验中,受试者受训通过回声定位在大厅中行走,随后让他们在虚拟的同样大厅的视频里,听着相同的回声模拟行走。在一组实验中,他们可以通过扭动头与身体来对准大厅的中心;另一组则要保持身体静止,通过游戏手柄来调节头部的方向。操作游戏手柄的受试者都失败了,他们不断撞向四周的墙。这个实验显示了,头部运动对于回声定位极为重要,很可能因为耳部的朝向对于辨别声音的细微差别有很大帮助。
试一试:举起一只手,伸直胳膊,掌心冲脸。嘴里发出嘶嘶声,慢慢移动手掌靠近嘴部,便可以注意到声音有所不同了。变化是由于发出的声音受到了回声的干扰。你可能很难相信这同回声有什么关系(正如康奈尔大学的实验中,受试者宁愿相信空气压力而非回声一样),但事实是回声引起了某些变化。
关于回声定位,一个最饶有兴趣的发现已成为当代的经典,它揭示了回声定位时的大脑反应。迈尔·古德尔(Mel Goodale)的团队在加拿大西安大略大学做过一个实验,他们找来两个回声定位的行家(能打篮球、骑山地车的盲人),为其做了核磁扫描,得到了他们在受到回声刺激时的大脑扫描图。研究发现:在听到回声后,受试者大脑的听觉区域并没有更多的活跃,反而负责视觉的区域却活跃了起来。当人们越来越依靠回声定位来感知周遭的环境时,他们明显地放弃了大脑的听觉区而调动其视觉区。具体到实验中的二位,一位失明得比较晚,视觉区的反应还不那么强,说明信息流的转向需要一定的时间。这样精细复杂的生物功能是任何机器都难以比拟的,而且,无论是否依赖视觉,人都能通过自我训练提高自己的相应能力。再有,那些回声定位者并不局限于给物体定位,他们还能准确判断物体的形状与运动状态。有经验的回声定位者能区分一米外两个相距仅仅2.5厘米的物体,有些人甚至能通过回声区分出天鹅绒与牛仔布。与之形成鲜明对照的是,潜艇的声呐系统经常将敌舰与鲸搞混,错误地对鲸鱼发起攻击。多数人对自己诸般与生俱来的神器并不知晓,这倒也没啥奇怪的,又有几人有理由想起它们,或有必要试一下呢?
当然,在回声定位方面,无论多么牛的人都和蝙蝠没法比,它们才是魁首(紧随其后的是海豚和鲸)。蝙蝠的天然声呐器具有神奇的魔力,有趣的是,发现这一奥秘的是两个背景迥异的人。一位是拉扎罗·斯帕拉捷(Lazzaro Spallanzani),他由于体外繁殖青蛙的研究而广为人知,乃进行体外受精实验的第一人。他在1790年发现了蝙蝠能够不用视觉导航,令人遗憾的是,为了证明自己的发现,他将蝙蝠的眼睛剜出,让没了双眼的蝙蝠任意飞翔。
另一位是海勒姆·马克沁(Hiram Maxim),机枪的发明者,他提出蝙蝠能发出人听不到的低频声波并接收回声,但他并没有设计实验证实自己的看法。他说对了一件事,人们听不到蝙蝠的声音。但他搞错的是,那不是低频声波,而是超声波。顺便提一下,1912年泰坦尼克号沉没后,马克沁曾建议,回声定位法可以帮助船只发现远处的冰山。
这最终成了常识:蝙蝠发出超声波用以侦查、捕捉飞虫。这听起来很简单,却绝对是“黑科技”。试想,一只蝙蝠在树木、灌木或建筑物旁捕猎,必须能分辨所有物体的回声,它还必须从乱作一团的噪声中辨别出飞虫扇动翅膀的声音。为了做到这些,蝙蝠要不断改变发声的频次。当蝙蝠侦查周围环境时,它以每秒20次的频率发出喀哒声;当它在回声中发现目标时,它将发声的速度提高到每秒200次,这样便能聚焦方位、锁定猎物了。
有些种类的飞蛾在听到蝙蝠的喀哒声时,便迅速收紧双翅,直线下坠,避免遭捕杀的厄运。而蝙蝠也还以颜色,演练出一套调节发声方式的招数,扩大搜索面,即使急坠的昆虫也不漏网。一计不成,有些飞蛾再生二计,它们在翅膀后部长出长尾翼,飞翔时尾翼翩翩舞动,以分散蝙蝠的注意力,使蝙蝠产生听觉偏移。而且这些尾翼可以脱落,一旦蝙蝠咬住它们,飞蛾便金蝉脱壳,逃脱超生。猎手与猎物的较量永无尽头,蝙蝠终会找到一种方法,让其无与伦比的回声定位能力更上一层楼。不过结果怎样,还是走着瞧吧。