猫头鹰,只凭一双耳朵就能绘制3D地图

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猫头鹰，夜行捕猎高手。

一双威风凛凛的大眼睛，夜色中闪闪发光。

无障碍旋转的脖子，站在树上只要扭扭头就能扫视全场，不留一处死角。

自由转动的脖子，不仅能帮助眼睛扩展视野，还能帮助耳朵全方位地收集声音，确定声音来源。暗夜捕猎的猫头鹰，耳朵比眼睛还要管用，只凭一双耳朵就能听音辨位，捉到躲在障碍物后面的老鼠。

你的脑袋里存着一张周边环境的形状地貌图，地图存在视觉皮层上，图上物件的位置与视网膜上的等效位置对应，也就是说，你的地图是通过眼睛记录在脑袋里。猫头鹰脑袋里有张跟你不一样的地图，图上物件的位置不是来自视线，而是来源于声音，它能通过耳朵绘制地图。

解析耳朵听音辨位之前，我们先来看看帮助耳朵收集声音的脖子。猫头鹰左旋右拧的强韧颈椎，全面碾压了其他动物的脆弱脖颈，包括人类。

猫头鹰的颈椎

头直接架在肩膀上，看上去没有脖子的猫头鹰有14节颈椎，而拥有优美脖颈曲线的你只有7节颈椎。多节颈椎方便猫头鹰大幅度多方向地旋转脑袋，它不仅在颈椎数量上超过我们，颈椎内的动脉血管也比我们强韧太多。

我们的颈动脉很脆弱，稍微加一点儿外力，比如刹车时的冲撞，或是手法错误的按摩，就会伤害颈动脉，撕裂血管内层。相比之下，猫头鹰成天把头扭来扭去，俯冲急停，再猛的动作都不会损伤到颈椎内血管，而且无论猫头鹰的脑袋歪到什么角度，也不会出现脑部供血不足，眩晕昏厥的现象。为什么它的颈椎动脉比我们强悍那么多？两点不同，一是它有缓存血库，二是它有活动空间。

美国约翰·霍普金斯大学团队，把显影剂注射到猫头鹰的动脉里，模拟血液流动。团队震惊地发现：当猫头鹰扭动脑袋时，下巴底部的血管变得越来越粗，储存了更多的血液。这个现象跟我们完全相反，当你扭动脑袋时，颈椎动脉血管只会越来越细，绝对不会在脑袋偏离原位时变得更粗。

猫头鹰再怎么扭头都不会出现脑缺血的原因找到了，它下巴上有缓存血库，存储着大脑需要的血液。遇到极端扭头造成颈椎动脉暂时缺血的情况时，缓存血库能及时为脑袋供血。

同样是动脉血管，你的血管紧贴着颈椎骨的管腔，血管在管腔内活动空间有限。而猫头鹰的颈椎管腔直径是血管的10倍，富裕的空间给血管提供了缓冲气垫，以及充分的活动场所。当猫头鹰大角度扭头时，动脉血管在宽大管腔内不会被骨头摩擦压迫。

灵活的颈椎，自由移动的颈椎动脉，有储备的血库，支持猫头鹰在范围内不受限制地扭转脑袋。

猫头鹰的耳朵藏在羽毛下面，不像其它动物，有外耳收集声音。没有外耳的猫头鹰，全靠灵活转动的脖子，帮助耳朵收集各个方位的声音，捕捉猎物。

解释一句：上图猫头鹰脑袋上的是羽毛，不是耳朵。[百家号-法兰西is培根-未经授权请勿转载]

猫头鹰的耳朵

在明亮光线下活动的我们，白天有阳光，夜晚有灯光，早就习惯于依赖眼睛接收信息，忽略了耳朵的优势。

实际上，跟视觉相比，听觉覆盖的范围更广。当光线被一堵墙遮挡，我们看不到墙后的动静，可依然能听到墙后猫咪的呼噜声。声波既能通过固体的墙传播，又能绕过墙体传进我们的耳朵，而光线做不到。

猫头鹰不仅能在没有一点儿光线的黑夜捉鼠，还能抓到躲藏在雪地下面的老鼠，全靠耳朵定位。

你或许有怀疑，猫头鹰可以通过嗅觉，或是温度感知去捕捉猎物，说不定它的眼睛还能看见红外线，不能确定地说猫头鹰全靠耳朵定位。那来看一个经典实验，足以打消你的疑虑。

漆黑屋子里，给老鼠尾巴上拴上一张纸。老鼠拖着纸跑来跑去，纸张摩擦地板发出沙沙响声。猫头鹰准确地扑向移动的纸张，而不是老鼠。在漆黑屋子里，猫头鹰左右转动脑袋时，不是为了看老鼠，而是为了听老鼠，它用耳朵来找老鼠。

依赖声音就能准确定位的猫头鹰，有一双跟我们不一样的耳朵。

上图是最常见的猫头鹰--鬼鸮（Aegoliusfunereus）的头骨。外貌端正的猫头鹰，藏在羽毛下的头骨却有明显不对称的结构，两只耳朵，一高一低，开口形状各有不同。右耳开口朝上，左耳开口朝下。当猫头鹰从高处俯冲向地面猎物时，从正前方传来的声音，在右耳里会比左耳里更响。当猫头鹰呆在树上时，从正下方传来的声音，在左耳里会比右耳里更响。

如果声音不是从正前方或正下方传来，而是来自侧边，到达左右耳朵时，除了强度不同之外，还有时间差别。声音在空气中的传播速度是m/s，如果耳朵之间的距离是10厘米的话，靠近声音的近侧耳朵先听到声音，过了微秒（μs）后，远侧耳朵听到声音。耳朵距离由脑袋大小决定，小脑袋的动物听觉时间差更短。

我们的神经系统传递信号有段延时反应时间，通常认为是1毫秒（ms，1秒=毫秒，1毫秒=微秒）。微秒太短了，我们的神经机制无法分辨出其中的时间差别。但是，包括猫头鹰在内的许多动物都能用分辨出声音里这短暂的微秒差别。

上图是猫头鹰听音捕猎示意，左图是听觉强度差，右图是听觉时间差。它听到声音时，左右耳听到不同的声音，区别是来自同一声源不同的强度差和时间差。正是两个不同，让它准确定位目标。

猫头鹰根据声音的时间差和强度差，计算声源在两个方向的位置，一是水平方向，二是垂直方向，这两步计算在不同的大脑回路中进行。猫头鹰用时间差来确定声音的水平位置，用强度差来确定垂直位置。如果它右耳收到的声音比左耳收到的响，它判断声音来自上方。

在水平方向上，猫头鹰确定位置的精确度跟你差不多，但在垂直方向上，它的精准度比你高出3倍。

上图是猫头鹰的听力实验结果，图中坐标是方位角坐标（地平经度）。左图是不同时间差下的听音辨位，右图是分别堵住左右耳朵后的听音辨位。中点蓝色圆点是实际声源位置，红色圆点是堵住左耳时，猫头鹰判断的声源位置。绿色三角是堵住右耳时，猫头鹰判断的声源位置。

对于单一声源的声音，高频声音的强度差比低频声音更大，因为高频声音的波长短，绕过脑袋时，能减少声音弯曲，并加强反射。但是低频声音的时间差比高频声音更大。

猫头鹰能听到的声音频率跟你听到的差不多，比你能听到的声音范围更窄一点儿。但是在～赫（Hz)的频率范围，猫头鹰的听音灵敏度是你的10倍。它能在一组复杂声音中，分辨出频率不同的组合。

上图是猫头鹰听音定位绘制地图的示意图，声源投影到水平方向上，有一张二维平面图；声源投影到垂直位置上，另一张平面图。两个方向的地图组合起来，形成一张3D空间地图。

声音绘制的空间地图储存在猫头鹰大脑里，位于中脑的一个叫下丘外核的地方，不同的声音位置对应不同的神经元，来自正前方的声音激活下丘外核前边缘的神经元，侧面的声音激活相对靠后的神经元。

猫头鹰有优秀的听力能够绘制出地图，它还有毫不逊色的夜视视力。视觉接受到的信息能够增强并校准它的听力地图。

既有一副好耳朵，又有一双大眼睛的猫头鹰，定位能力有多强？看个数字：1只谷仓猫头鹰，1年内捕获老鼠数量超过只。在微弱的月色中，谷仓猫头鹰猎杀老鼠的成功率高达90%。

优秀的听力和夜视视力，两强联手，让猫头鹰成为夜晚出色的捕猎高手。

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