从他记事起，Bryan Alvarez 就觉得他的母亲像一幅马克·罗斯科的画作。这种相似之处不仅仅是他有一天想到的一个比喻。每当他想到母亲的名字 Marla 时，他都会在脑海中看到色块，每个色块都融入下一个色块——M 是粗糙的砖红色，A 是鲜艳的血红色，R 是茄紫色，L 是李子紫色，最后的 A 又是红色。
在成长过程中，Alvarez 从未觉得字母具有内在颜色有什么不寻常。直到高中时，他才知道他的同龄人并没有像他那样感知世界。Alvarez 患有一种称为联觉的疾病，患有这种疾病的正常人在品尝食物时会感受到形状，在听到音符时会闻到气味，或者在阅读文字时会看到颜色。
历史上充斥着同样奇怪的偏离通常被认为是普通感知的记载——失明的士兵可以躲避子弹，没有眼睛的病人可以感知光线，以及可以利用声音导航障碍物的人。几个世纪以来，这些故事一直被认为是无法解释的奇事、神奇的天赋或神经异常——感知基本规则的例外。直到最近几年，神经科学家才开始怀疑我们所有人可能都共享这些情况的一些潜在机制。
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直到最近，感知在很大程度上被视为不同感官的杰作。希腊哲学家亚里士多德据称首先将著名的五种感官分类为：视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉。多年来，研究人员又在列表中添加了许多感官，包括平衡感、痛觉、时间感、温度感、肢体定位感以及感知饥饿和口渴的能力。过去二十年的脑成像研究帮助研究人员进一步划分了感官，识别了处理数字和字母、颜色、形状和面孔的神经通路。但是，这种旧的感知模型正开始改变。
“我们不能再将大脑视为一堆互不相干的专门隔间，”加州大学洛杉矶分校研究多感官感知的心理学家拉丹·沙姆斯说。神经科学家发现，我们的感觉系统比以前认为的更加相互关联，并且在大脑中分布更广。视觉不仅仅是看。听觉不仅仅是听。即使在通常情况下，我们的感官相互告知和补偿的方式也可能显得奇异甚至超人。
眼睛的秘密后门
支持感知分裂观的大多数证据来自视觉研究。科学家们早就知道，视觉信息从眼睛通过丘脑（位于脑干上方的中继站）传递到视觉皮层，在那里它被打包成我们感知为视觉的彩色、纹理化、三维场景。即便如此，研究人员现在发现，一些视觉数据被部署用于与普通视觉几乎无关的用途，例如跟踪时间和潜意识地控制运动。事实上，感觉机制可能完全不同，从视网膜中微小的、鲜为人知的光传感器开始。
自 19 世纪中期以来，解剖学家就已知眼睛中的视杆细胞和视锥细胞，近两个世纪以来，科学家们一直认为这些感光细胞是人体中唯一可以检测到光线的细胞。然而，在 1990 年代初期，一位名叫罗素·福斯特的年轻研究员（现任职于牛津大学）开始分享他的怀疑，即一种身份不明的眼睛细胞也在对光线做出反应，并向大脑发出非常不同的信息。
福斯特是一位昼夜节律神经科学家，他知道哺乳动物的大脑不仅依靠光线来形成图像，还依靠光线来设置其生物钟。例如，他知道小鼠可以调整其行为以与新的昼夜周期同步，就像人类在前往不同时区后所做的那样。然而，没有眼睛的小鼠却不能。然而，当福斯特研究缺乏视杆细胞和视锥细胞的突变小鼠时，他发现它们可以很好地重置生物钟。“一定有某种奇怪的感光器存在于眼睛中，”他说。“但那到底是什么鬼东西呢？”
当福斯特徒劳地寻找难以捉摸的感光器时，他以前的一位研究生做出了一个惊人的、看似无关的发现。伊格纳西奥·普罗文西奥（现任职于弗吉尼亚大学）发现了一种蛋白质，这种蛋白质使青蛙的一些皮肤细胞在光照下变黑。他将这种蛋白质称为黑视素。他在其他青蛙组织中寻找它，令他惊讶的是，他在视网膜细胞中发现了它。值得注意的是，这些细胞既不是视杆细胞也不是视锥细胞。“这立即点亮了一个灯泡，”普罗文西奥回忆道。“我想，啊哈！我们可能终于找到了我们十年前一直在寻找的那些神话般的感光器。”
果然，普罗文西奥在小鼠和人类的视网膜中观察到，一小部分神经节细胞（通常将来自视杆细胞和视锥细胞的信号沿着视神经传递到大脑）含有黑视素。其他实验室对这些奇怪的神经元很感兴趣，并做了许多实验来验证它们在设置小鼠和大鼠昼夜节律周期中的作用。然后在 2007 年，福斯特遇到了一位患有罕见遗传疾病的女性，这种疾病破坏了她的视杆细胞和视锥细胞，但使她的神经节细胞完好无损。他发现，像他的实验小鼠一样，她可以调整她的睡眠模式，甚至可以感觉到房间是明亮还是黑暗，尽管她声称她看不到任何光源。证据是显而易见的：我们眼睛中隐藏的探测器引导着我们的生物钟——并且可能做得更多。
通过追踪细胞向大脑传递信息的路线，其他研究小组了解到，它们的信号不仅会发散到负责我们昼夜节律的芝麻大小的神经元团块（称为视交叉上核），还会发散到扩张瞳孔、转移视线甚至调节恐惧和疼痛的大脑中心。波士顿贝斯以色列女执事医疗中心（哈佛大学附属教学医院）的研究人员在 2010 年的一项研究中发现，对于患有偏头痛的盲人患者，只有当他们的神经节神经元健康时，光线才会加剧疼痛。
“越来越清楚的是，我们视觉系统的许多方面都在您可能称之为反射性、自动或潜意识的水平上发生，”布朗大学神经科学家大卫·M·伯森说。伯森称之为“有趣的神经节细胞”只是大脑偷偷收集视觉线索以在我们不知情的情况下引导我们行为的一种方式。
无意识的视觉
视觉可以通过另一种甚至更奇怪的方式绕过有意识的感知。这种现象最容易在原发性视觉皮层（大脑的主要图像处理中心）受损的人身上观察到。例如，在 2002 年春天，一位名叫戈登·达顿的苏格兰眼科医生接待了一位年轻的秘书，这位秘书失去了她的整个原发性视觉皮层，导致她完全失明。当达顿护送她进入他的办公室时，他注意到她转弯避开了走廊里的一排椅子。
“你绕过了那些椅子，”他评论道。“什么椅子？”她困惑地回答。“我知道你看不到它们，”达顿安慰她说，“但你能再绕过它们一次吗？”她照做了，但仍然感到困惑，承认说：“我不知道我是怎么做到的。”达顿笑了笑说：“那是因为你无意识的视觉大脑为你做了这件事。”
达顿确信这位秘书患有所谓的“盲视”。他读过许多可以追溯到 1970 年代早期的记载，这些记载描述了皮质损伤患者无法识别其视野部分或全部中的物体。然而，当心理学家要求他们要么瞥一眼他们声称看不到的物体，要么伸出手触摸它，要么猜测它的形状或颜色时，许多受试者的正确率远远高于偶然[参见苏珊娜·马丁内斯-孔德的“潜意识视觉”；大众科学，2008 年 4 月/5 月]。
今天的研究人员将盲视解释为皮质受损大脑中的一种信息绕道。对于普通视觉，视网膜上的图像首先映射到位于头骨后部的原发性视觉皮层中的神经元。从那里，信号分为两个不同的通道。一条路径利用记忆来识别物体和形状。另一条路径通向大脑中更古老的进化部分，其中一些部分控制着反射运动，例如接住快速球或躲避拳头。
但是，当原发性视觉皮层受损时，最近对猴子和人类进行的成像研究证实，一些视觉信息可以采取替代路线。它到达大脑的运动中心，而无需经过皮层中参与记忆和意识的部分。“这解释了为什么有些患者无法告诉您一条线是水平的还是垂直的，但他们可以调整手的方向并调整握力，以便刚好握住您手中的铅笔，”西安大略大学神经科学家梅尔文·A·古德尔说。
盲视似乎也在情绪识别和情绪触发中发挥作用。在 1999 年开始的一系列研究中，荷兰蒂尔堡大学的比阿特丽斯·德·格尔德表明，一些受影响的患者可以准确地猜测一张脸是高兴还是生气。此外，他们可以感觉到身体姿势何时具有威胁性，甚至会收缩面部肌肉并扩张瞳孔作为回应——德·格尔德说，这证明无意识的视觉处理“正在将患者带入真实的情绪状态”。[要了解我们的感官如何与情绪互动，请参阅 Janina Seubert 和 Christina Regenbogen 在第 54 页撰写的“我知道你的感受”。]
没有人能肯定地说，盲视的潜在通路是否也存在于完全有视力的人身上。德·格尔德认为它们确实存在，尽管它们可能不太活跃。在一项目前正在印刷中的研究中，她和她在意大利都灵大学的同事马可·塔米埃托比较了一名有视力的人和一名仅有一个半球受损的部分盲视患者的脑部扫描。她发现，在两个人中，眼睛和大脑的情绪中心之间存在相同的神经元连接。然而，盲视半球的连接要强得多。
“我们倾向于将脑损伤视为功能的丧失，”德·格尔德说。“但我们也必须从获得以前被某些大脑区域抑制的功能的角度来考虑它。人脑就像一个非常非常大的三角洲：如果主要路线上有一座水坝，那么水就会沿着次要路线流动，而这些次要路线将变得更宽、功能更强。”
古德尔和达顿也认同这种大脑观点。他们将盲视视为任何精神或身体禀赋——一种可以训练并在需要时加以利用的技能。例如，他们最近一起工作，教盲视秘书阅读印在纸上的大字母。虽然她没有有意识地感知字母，但她可以用手指描绘它们的轮廓（或想象描绘它们），并识别她在空中绘制的形状。“她就是这样阅读《泰晤士报》的头条新闻的，”达顿说。“当然，非常慢。”
声波视觉
除了重新路由来自眼睛的信息外，大脑也非常擅长用一种感觉输入代替另一种感觉输入，甚至使用耳朵来构建非常像视觉的世界图像。通过检查已经发展出这种能力的人，科学家们开始意识到视觉系统可能毕竟不仅仅是视觉。
通过声音看世界的最受科学研究的人是一位名叫丹尼尔·基什的美国男子。他一岁时因癌症失去了眼睛。当他还是个蹒跚学步的孩子时，他发现如果他用舌头发出尖锐、快速的咔哒声并听取它们的回声，他就可以在他家附近很好地走动。真的很好，事实上。今天，他去跳舞、在黑暗中远足，并且经常在城市交通中骑自行车。
科学家们将基什所做的事情称为人类回声定位，尽管基什将其描述为“有点像在昏暗的光线下看世界”。他描述的场景具有形状、纹理、深度和连续性，但它们是无色的，并且它们的分辨率仅限于“大约垒球的大小”。
基什经常使用视觉词汇来描述他的回声定位，而他的大脑扫描表明这并非偶然。在 2011 年由当时在西安大略大学古德尔实验室的研究员洛尔·塔勒领导的一项研究中，科学家们扫描了基什以及另一位盲人回声定位者（以及两名对照组受试者）的大脑，同时他们听取了咔哒声及其回声的录音。塔勒还让受试者在没有回声的情况下听录音。通过比较图像，她发现视觉皮层仅在回声定位者中活跃，并且仅当他们听取回声而不是其他背景声音时才活跃。与此同时，听觉皮层似乎在将回声转化为图像方面没有发挥特殊作用。
众所周知，当眼睛丢失或受损时，大脑中的视觉中心会被征用用于其他任务，例如阅读盲文。当盲人使用感觉替代设备（例如，将图像转换为声音或传递到皮肤的微小电针刺的头戴式摄像机）时，视觉皮层也很活跃。但诸如塔勒的研究表明，视觉大脑并非仅仅因为其可用就出租其废弃的神经房地产。相反，它可能会学习使用新的感觉输入来执行其通常的任务：计算空间关系和构成场景。
“我们不得不重新思考视觉系统的真正用途是什么，”贝斯以色列女执事医疗中心和哈佛医学院的阿尔瓦罗·帕斯库尔-莱昂说。他说，即使对于有视力的人来说，视觉大脑也可能被连接起来以使用来自耳朵和皮肤的信号。例如，在一项研究中，他蒙住志愿者的眼睛五天，并定期扫描他们的大脑，因为他们解决了涉及听觉或触觉的难题。到第五天，他可以观察到某些视觉中心变得更加活跃，并且志愿者在某些任务中的表现有所提高。帕斯库尔-莱昂对变化发生的速度之快感到惊讶。五天不足以让大脑长出新的回路。然而，足够的时间来加强旧的连接并加以利用。
一项 2011 年发表的研究表明，有视力的人可以自学回声定位。在其中，受试者使用咔哒声在简单的实验室环境中找到塑料盘子，在某些情况下几乎与基什一样好。“仅仅因为我们有视力，并不意味着我们没有使用回声定位的某些组成部分，”帕斯库尔-莱昂说。“当我们看到时，我们不仅仅是在看。我们的视觉受到包括声音输入在内的其他因素的影响。”
嗯……听起来像咖啡
当然，回声定位并不是感官之间合作的唯一例子。如果您曾经在鼻子不通气的情况下吃过饭，或者看过腹语表演者发出声音，您就会亲身体验到感官会相互告知。事实上，我们的感知系统比我们可能意识到的更频繁地协同工作，其方式远非显而易见。
“大脑不断地复用信息，”范德比尔特大学神经科学家爱德华·M·哈伯德说。经典研究表明，例如，观看嘴唇运动会改变您听到单词的方式——这种现象称为麦格克效应——并且您的平衡感可以改变您所看到的内容。（如果您在转圈后看一条直线，这条直线看起来会倾斜。）同样，感知加速度的变化会使物体看起来比实际位置更高或更低。这种感觉在飞机驾驶员中很常见，他们认为飞机起飞时的机头抬升速度比实际速度更快。
嗅觉也与多种感官密切相关。“即使是最好的品酒师，如果将白葡萄酒染成红色，他们训练有素的鼻子也会被迷惑，”凯斯西储大学神经科学家丹尼尔·W·韦森说，他最近发现了声音-气味或“声味”感官的证据。在 2010 年的一项研究中，他表明小鼠嗅觉系统中的神经元会对音调和气味发出电脉冲。更值得注意的是，一些神经元在某些声音存在的情况下对气味的反应更强或更弱，这表明声音可以微调嗅觉的感知。[要了解气味如何与记忆互动，请参阅玛丽娜·康尼科娃在第 58 页撰写的“闻起来像旧时光”。]对于某些人来说，感官是如此紧密地交织在一起，以至于体验一种感官可以引发另一种感官，就像联觉的情况一样。对于联觉者来说，一口薄荷茶可能具有玻璃柱的质地，或者升 F 调音符可能听起来明显是绿色的。最常见的形式——Bryan Alvarez 所拥有的那种——被称为字形-颜色联觉，在这种联觉中，人们会感知到特定字母或数字的特定颜色。这种情况的大多数实例很可能是由大脑区域的交叉连接引起的，这些区域彼此靠近，但通常不会相互作用。然而，为什么这些相互作用存在于如此多的人身上，仍然是一个谜。
一种理论建立在我们所有人出生时都拥有比成年后最终拥有的神经元连接多得多的观察之上。随着我们大脑的发育，我们使用的连接会变得更强更活跃，而其余的连接会减弱并可能完全消失。因此，婴儿可能会像联觉者一样感知世界。例如，在 2011 年的一项研究中，加州大学圣地亚哥分校的心理学家凯蒂·瓦格纳和凯伦·R·多布金斯发现，两到四个月大的婴儿会在某些颜色和形状之间建立联系。然而，八个月大的婴儿却没有，这表明他们已经摆脱了颜色和形状处理中心之间的联系。由于这种情况在家族中遗传，因此遗传成分可能决定了谁保留了一些连接。
还有证据表明，尽管大多数人没有有意识地看到，例如，在阅读姓名时看到罗斯科画作的颜色，但他们仍然倾向于像联觉者那样做出类似的联想。例如，大多数人倾向于将高音与浅色、甜味或尖锐的东西配对，并将低音与深色、酸味和圆形物品配对。
“我们认为我们是单独体验感官的，”加州大学河滨分校的心理学家劳伦斯·罗森布鲁姆说。实际上，大脑以我们无法有意识地观察到的方式链接和同步来自多个来源的感觉信息，从而赋予我们感知世界的前所未有的天赋，而我们从未意识到我们拥有这些天赋。