你的皮膚可以感知聲音嗎？
利維坦按：本文主人公的聯覺經歷總會讓我想起神經學家拉馬錢德蘭（Ramachandran）治療兩位截肢者時發現的現象：他們都失去了一隻腳，但生殖器似乎敏感起來了。一名患者甚至說，他的高潮會從生殖器一直延伸到他截掉的腳上（幻肢）。
皮層拓撲地形圖（Cortical topography），俗稱為小矮人/侏儒（Homunculus）
基於加拿大神經外科醫生懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield）的皮層拓撲地形圖，我們現在已經知道，類似於中國過去的「裹足」——當腳部皮層發生萎縮，生殖器神經便侵佔了腳部皮層原有的地盤。這種大腦神經的強可塑性，在本文曾罹患中風的謝里琳·勞斯身上也得到了驗證，只不過，她的「高潮」有些痛苦：當周遭出現某些聲音的時候，她的皮膚會有針刺般的感受。
本文中還有一個令人激動的假設：在人類漫長的演化過程中，觸覺和聽覺在很早以前可能是同一種，或者說，我們聽到遠方聲音的能力，可能是通過調整處理觸覺的相同機制來實現的。不管未來是否會得到印證，僅想一想就足以讓人驚奇不已了……
文/Virginia Hughes
譯/Anthony
校對/Wolibanat
原文/nautil.us/issue/10/mergers--acquisitions/sound-and-touch-collide
本文基於創作共同協議（BY-NC），由Anthony在利維坦發布
托尼·羅（Tony Ro）關於大腦對聲音和觸覺混合處理的研究，可能始於一次聚會。那是2000年春天，在德克薩斯州的休斯頓，羅剛剛在萊斯大學建立了他第一個實驗室。這次聚會是為了幫助這些新員工互相認識而舉辦的。彼時羅正在和34歲的哲學家謝里琳·勞斯（Sherrilyn Roush）交談，她告訴了羅她關於科學的可靠性和易錯性的所有工作，而羅告訴了她他所做的工作，關於人腦是如何將我們所看到、聽到和感受到的信息流綜合處理的相關研究。
「我對他說，『這樣的話，你應該來研究我的大腦！』」勞斯哈哈大笑地回憶道，「然後我立刻想到，噢，他可能在每個聚會都會談起這些。」羅興緻勃勃地問她，她的大腦有何特殊。她解釋說，幾個月前她曾中風，從那時起她的身體左側常常會感覺麻木。「然後他說，『是的，我想我應該研究你的大腦。』」
在接下來的幾年裡，勞斯曾數次前往羅的實驗室進行各種行為檢測和腦部掃描。在一次實驗中，她坐在椅子上，手臂在椅子的把手上放鬆地搭著，雙手的中指上都被套上了一個戒指狀的電極。在整個實驗過程中，電極會向右手、左手、雙手間歇地釋放電流。勞斯負責告訴研究者她何時會感到微弱的電擊。羅在很長一段時間對他所收集到的數據十分困惑，「她持續地告訴我們感受到了電流經過，即使我們並沒有施加這種刺激。」他說，「我想不明白這件事情。」
5年後，羅想到了一個可能的、也許聽起來有些奇怪的解釋。實驗的過程中，在每一次操作前都會播放一次長為500毫秒的警示音，他想，也許勞斯是對那個聲音產生了反應？他趕忙發了一封電郵給她。「當你聽到那個聲音，你的雙手有感覺嗎？」他寫道。勞斯很快回復了他：是的，實際上，她的皮膚對聲音十分敏感，在她朋友弄出噪音的時候，她常常有被針刺的感覺，這讓她非常苦惱。不僅如此，她的身體對於休斯頓的一位廣播名人清脆而緩慢的嗓音也常常產生不良的反應，「隨著廣播員的播報，我的整個身體會對某些音調產生抗拒，」她告訴羅，「我必須換台。」
羅意識到，勞斯的中風讓她產生了聯覺（synesthesia），一種神經將各種感覺混在一起的癥狀。
哲學家謝里琳·勞斯會對聲音產生「觸覺」。圖源：Ren Dodge
通常認為，人類有五種感覺：視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺。數十年來，科學家們認為，大腦皮層或是大腦外層會分別對這些感覺進行加工和處理，接著再由大腦不同的腦區進行整合。舉例來說，大腦後側皮層組織中的細胞可能與視覺有關，而耳朵上側的細胞可以對聲音做出反應。但是最近，研究者開始對感覺處理中所謂的「單模腦區」（uni-modal）模型產生懷疑，這種模型認為腦皮質區會同時對多種感覺產生響應，並將各種信息整合起來。
在勞斯身上，羅發現了一個很好的有關感覺混合的極端案例。人們對於聯覺所知甚少，但是長期以來，關於這種癥狀的各種報道層出不窮。例如抽象畫家瓦西里·康定斯基（Wassily Kandinsky）在聽歌劇時，腦海中就會出現「狂野的，近乎瘋狂的線條」，他曾說過這一現象自幼時就已經顯現，並且他在混合顏料時會聽見嘶嘶的雜訊。小說家弗拉基米爾·納博科夫（Vladimir Nabokov）認為他名字中的字母「V」帶著一種「蒼白，透明的粉色」，而字母「N」則是「灰黃的燕麥色」。物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）認為方程式是有顏色的。20世紀90年代前，心理學家否認了這些說法，並認為它們是幻覺，直到對聯覺者的腦部掃描證實，他們的感受腦迴路會接收來自某一種感覺的信息，並將它們解釋為來自於另一種感覺。
《構成第七號》，康定斯基。圖源：wikipedia
某種程度上，我們都有聯覺的癥狀。
勞斯獨特的聯覺症可以通過皮膚感知聲音，這種現象從未在文獻中有過報道。羅於2007年首次報道了她的案例並繼續對她進行研究，試圖找出這種感覺的混淆是如何發生在她的大腦中的。通過這些研究，羅得出了一個有趣的理論：勞斯對於聽覺和觸覺的混合只是一種發生在我們腦中相同反應的放大版。
畢竟，我們中的大多數人在聽到指甲摩擦黑板的聲音時都會痛苦的顫抖，或者在惠特尼·休斯頓（Whitney Houston）唱出高音時打個冷顫。考慮到大腦中處理聲音和觸覺的細胞的相似性，羅甚至表示聽覺有可能是由觸覺進化而來的。這些感覺細胞共同的祖先可能曾讓這兩種感覺有著廣泛的「合作」，這是科學家們所從未預料到的。「大腦的某些區域可以相互融合，或者一個區域可以將另一個區域合併，」羅說，他目前在紐約城市大學（The City University of New York）工作。「某種程度上，我們都有聯覺的癥狀。」
理論物理學家費曼認為方程式是有顏色的。圖源：Popular Mechanics
早在1960年，對猴子大腦的研究就表明，大腦皮層會將感官信息分類，並在各自的類別中按照信息的等級順序進行處理。
以研究最多的感覺系統視覺為例。當一個猴子看著某物的時候，光線彙集眼睛的後部，那裡有專門的細胞將光信號轉化為電信號。接著這些信息會由眼睛送至大腦中部的中轉中心——丘腦，從丘腦中傳出的信息會被遞送到大腦後部叫做初級視覺皮層（primary visual cortex）的區域，即V1區，這個區域的細胞對於粗糙的視覺特徵非常敏感——例如顏色和線條的空間方向。從V1區傳出的信息會進一步在V2、V3、V4、V5區進行整理和分布。例如V5區域內的細胞會將低級區域中傳遞過來的視覺信息進行整合，以幫助動物感知移動物體的速度和方向。在視覺皮層之外，處理後的信息會與來自其他感官的信息匯合。
研究者在其他的感覺系統中也找到了相同的分級結構。所有的這些研究工作都表明，初級大腦皮層的每個特定區域一次只會處理一種感覺信息，大腦並不會將不同種類的感覺信息混為一談，直到信息傳輸到更高級的區域。
這種教條認知自20世紀90年代末開始崩塌，神經學家查爾斯·施羅德（Charles Schroeder）在他犯下的一個錯誤中得到了一些意外的科學發現。那時，在紐約納單·S·克萊恩精神病研究所（Nathan S. Kline Institute for Psychiatric Research），施羅德正和同事們在猴子身上研究注意力對於聽覺的影響。在這些實驗中，他們將一個電極放在猴子的初級聽覺皮層中，並記錄下猴子在聽到喀嗒聲和嗶嗶聲時細胞發出的電信號。
紅色區域為軀體感覺皮層。圖源：Wikimedia
初級聽覺皮層位於軀體感覺皮層（somatosensory cortex）的正下方，通常對於觸摸有反應（somato來源於希臘語中的「身體」一詞）。一天，研究者將一個電極放在一片特殊的細胞區中，這片細胞區在猴子被觸碰時就會劇烈放電，由此他們推測軀體感覺皮層正是位於這裡。然而，他們很快意識到，這比他們原先認為的聽覺皮層位置更深，這意味著這一區域可以同時對聽覺和觸覺產生反應。「我們說，我的天吶，我們必須研究這個，」施羅德回憶道。在最初的發現之後，他的團隊開始深入研究這兩個區域之間的聯繫，最終發現部分的軀體感覺皮層也可以對聲音產生反應。「這些系統密切相關。」他說。
大約在同一時期，其他實驗室也開始報道感覺皮層對於多種感覺的處理。例如，在腦部掃描中實驗發現，當受試者一邊看著文字一邊聽講時，他們的聽覺皮層會做出不同的回應，而他們的初級嗅覺皮層（primary olfactory cortex）——大腦中處理嗅覺的區域，在他們看到描述氣味的單詞時會被激活，例如「肉桂」或者「大蒜」。
這種感覺的合併，似乎在那些由於失去感覺輸入而導致大腦重構的病人身上格外獨特。例如，在一份報告中描述了一個代號為PH的病人，他自童年起就開始逐漸失去視力，直到40歲雙目已經完全失明。兩年後，PH身上出現一種奇妙的聯覺——當他在用手閱讀盲文時，會產生一種「侵入性的視覺感受」，包括在他的腦海中會出現移動著的、彩色的斑點。當研究人員在實驗室中敲擊他的手指時，他的視野中會產生「跳躍」和「旋轉」的體驗。
考慮到那些特殊的病例和施羅德的猴子實驗，羅決定去研究勞斯的中風是否導致了她感覺迴路的重構，羅在她聽動物叫聲、電動工具的聲音、純音樂和其他一些聲音時檢測了她的大腦，2008年，他在報告中表示，那些聲音不僅激活了勞斯的初級聽覺皮層，而且還對她的軀體感覺皮層產生了作用。她當然早已知道，這些聲音有時會在她的胳膊以及手部的皮膚上引起奇怪的感覺。但是對她大腦的掃描給出了神經學上的證據，她的大腦會將聲音解釋為觸覺。
圖源：Virginia Hughes
一些研究者認為像勞斯這樣的聯覺可能是單模感知規則中的例外，而不是每個人都有的多模感知的放大，墨西哥城的墨西哥國立自治大學神經科學家拉努爾夫·羅莫（Ranulfo Romo）發現了傳統模式下感覺處理的證據。他和他的同事們訓練猴子區分傳送到它們指尖的，兩種不同的聲音頻率（低頻與高頻）以及兩種不同的觸摸頻率（慢速與快速脈衝）之間的區別。猴子聽覺皮層中的神經元對兩種不同的聲音產生了不同的放電模式，但是對於兩種觸摸頻率就沒有產生這種現象。類似地，軀體感覺皮層中的神經元選擇性地對不同的觸摸刺激做出響應，但是對聲音卻沒有這種區分。
基於這些實驗數據，羅莫準備否定初級神經皮層可以對多種感覺產生響應的觀點。研究表明，其他地區可能會出現輕度刺激，但這並不表明這些地區在交叉處理這些感覺信息，「我認為，視覺皮層只屬於視覺，聽覺皮層只處理聽覺信息，軀體感覺皮層只處理體感輸入，」他說。
受試者的初級嗅覺皮層——大腦中處理嗅覺的區域，在他們看到描述氣味的單詞時會被激活，例如「肉桂」或者「大蒜」。
施羅德提出了一個折中的觀點：初級皮層確實只處理一種感覺，但是來自其他感官輸入的信息會產生一種被科學家們稱作「調節效應」的作用，這意味著它們會對來自於初級感覺皮層的信息進行細微的調節。這與在嘈雜的雞尾酒會上與某人交談相似，閱讀他們的嘴唇形狀可以幫助你們理解他們在說些什麼，施羅德解釋道。正如他最近的一項研究所表明的那樣，交談中對唇形的閱讀會調節聽覺皮層的活動節奏。「這並不意味著聽覺皮層本身可以看見什麼，而是它具有提升視覺感知能力的調節作用。」
圖源：Amino Apps
在正常人群中，這種感覺的融合可能較為輕微。但是如果一個感覺皮層因為中風或者其他腦部創傷而受損，羅懷疑在癒合過程中，受損部位與其他區域之間的神經聯繫可能會有所增加。也許這就是發生在勞斯中風之後的事，中風破壞了她右側丘腦中的腦細胞。在之後的一年半里，她的左半邊身體失去了很多感覺（因為我們的感覺神經的連接方式，右側丘腦會對左側身體產生影響）。但她的觸感並沒有完全消失，只是如果有什麼東西敲擊她的左側身體，她的感覺要比中風前輕微得多。
她丘腦中的受損部分，羅推論道，一定是負責將觸覺信息傳輸到軀體感覺皮層。這一區域受損而不再發揮作用後，似乎它的隔壁鄰居——初級聽覺皮層，接管了感覺皮層原先的工作。一段時間後，聽覺皮層開始支配她的軀體感覺皮層，進而導致了她產生奇怪的觸感。去年，羅在勞斯大腦的另一個影像學研究中找到了支持他理論的證據，他使用了一種叫做彌散張量成像（diffusion tensor imaging）的大腦成像技術，這種技術可以對於連接不同腦區的神經束進行示蹤。他發現了勞斯聽覺皮層和軀體感覺皮層之間有著緊密的聯繫，這一現象同樣表明她的軀體感覺皮層已經獲得了傳輸聽覺信息的功能。
但這是一個難題：在17個正常對照實驗中，羅同樣可以發現這些區域之間的聯繫。這些聯繫並不像他在勞斯腦中觀察到的那般緊密，但是它們同樣存在。「現在越來越多的證據表明，感官之間是相互關聯的。」他說。
如果感官真的連接在一起，那麼下一個問題就是它們之間的連接是否平等。大量的研究表明——不僅是來自神經科學的研究，還有來自於進化生物學和電子工程的研究——都表明聽覺和觸覺共享深層次的聯繫。比起其他的感受系統，這兩個系統的生物學框架非常相似，視力取決於對光敏感的視細胞，而味蕾和鼻子可以檢測化學物質。相比之下，聽覺和觸覺取決於細胞的機械調整。在內耳中，「毛細胞」（hair cells）的纖毛會對聲波產生響應。皮膚細胞中有著類似的「機械感受器」（mechanoreceptors）可以感應身體壓力。
一些關於魚類進化的研究表明，毛細胞是從可以檢測周圍水中振動的感知器官中的細胞進化而來。而且由於人類和其他哺乳動物都是從魚類生物進化而來，很可能這些原始的振動感受器讓我們進化出了目前的聽覺。羅推測道，在數百萬年的進化過程中，「我們聽到遠方聲音的能力，可能是通過調整處理觸覺的相同機制來實現的。」
她的觸覺並沒有完全消失，但是如果她被什麼敲擊了，她的感覺要比中風前輕得多。
圖源：Amino Apps
儘管是推測性的，但目前科學家們認為這種聽覺和觸覺的融合很可能反映了一種早期的狀態，很久前這兩種感覺很可能是一種。然而，如今處理這些感覺的腦區之間如何相互作用，仍有很多未知。很可能我們稱作聽覺皮層的區域本身不能解釋聲音，而是頻率或是其他形式的信息，無論這些信息是來自於聲音還是振動。
為了支持這一想法，麻省理工學院的聲學工程師路易斯·布拉伊達（Louis Braida）和夏洛特·里德（Charlotte Reed）進行了一系列實驗，他們同時向受試者發出聲音信號和指尖脈衝。當聲音和觸覺頻率達到一致時，受試者聽到了本應在沒有施加脈衝時聽不見的聲音，但是想要發現大腦是如何將這兩種信號整合的，還有很長的路要走。
聽覺皮層和軀體感覺皮層之間關係的這種聯繫也是有益的，其中之一的益處就是，那些受傷的病人可以依靠這種聯繫重獲觸覺或是聽力，儘管是以一種稍顯不同的方式。勞斯中風後已經過去了14年，她那時常會產生聯覺的大腦仍在以一種又令人沮喪又豐富多彩的方式進行著調整。大約5年前，她開始對聲音表現出高度的敏感，即使是在安靜的公寓中，她仍然需要整天戴著耳塞來保持精力集中。但從積極的角度來看，勞斯，作為一名舞者的勞斯對音樂的節奏更加敏感了。「我可以更加強烈地感受到它們，也可以同時欣賞到更多的節奏。」
她將這一切歸功於她的大腦，試圖在用聲音從外界環境中獲得更多的觸覺信息。由於中風，她左側身體的感覺能力仍處於較低的水平。有時，這種神經的補償方式常常讓她覺得像「試圖用牙膏擦洗地板一樣」，她說道。「但實際上，儘管這種感覺並不總是那麼強烈，但是也已經足夠強烈了，它可以告訴我，我的胳膊、頭部和腿部在哪兒。我想這才是重點。」
參考文獻：
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5. Ro T. et al. Cereb. Cortex 23, 1724-1730 (2013). PubMed: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22693344
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