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西非伐木 | 图源：source.wustl.edu撰文 | 梁希同
白眉林 | 计永胜
几年前，我在宾夕法尼亚大学生物系的布鲁斯·汉森（Bruce Carlson）副教授的生物医学实习时，生物医学里的博士后石桥常彦（Tsunehiko Kohashi）总是如此介绍他们的科学研究：“我科学研究的问题是... ...” 迷惘良久后，他接着说，“演说过程中停滞的作用 。”
我们说话的这时候经常会透过刻意停滞来吸引听众的注意力 。两个句子中间的良久迷惘仿佛在提示：“重要的部分要来了，请注意听好了！” 但是，据我所知，石桥是一位鱼种科学研究者 。他在日本读博士时科学研究金鱼，来美国之后科学研究的是一类会振动的鱼 。
难道鱼也会演说？
会振动的鱼确实，他养的蚯蚓说话，但是是透过无线电波，也就是振动，来互相沟通交流 。
说到会振动的鱼，我们一般来说会想到能把牛电晕的电鳗和电鳐 。这些可怕的鱼种透过释放几百伏电火花来捕食和防御，能说在自然现象无可匹敌 。而在生物医学科学研究的伐木则被称为弱伐木 。它释放出的电压一般来说不到沃尔彻，不具有杀伤潜能，只是用以交互自然环境和与同行业沟通交流 。
记得第一天到生物医学的这时候，汉森副教授就把我领到他们的水族箱前 。他把一根连着耳机的水管放进水族箱里 。这时耳机里就传来 “嗒嗒，嗒嗒，嗒嗒嗒嗒……” 的声音，就像谍战剧绒兰金唇的为萤声 。当水管的一头越紧邻鱼的这时候，耳机里的 “嗒嗒” 声就越响；当对准另外一条鱼的这时候，耳机里的 “嗒嗒” 声就变了一类节奏 。这是一类来自西非尼日尔河流域的象鼻鱼科鱼种（图1. A和B），它正在水中发射电信号来和同行业聊天 。
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图1. 用无线电波聊天的鱼种 | 图源：google.com随后汉森副教授又把耳机线灌注另外两个水族箱 。这时耳机里收到一类持续不断的 “嘟————” 声，而这持续的 “嘟——” 声中有些像吉他滑弦一般地音高颤动 。这是另一类用无线电波聊天的鱼 。它来自哥斯达黎加洲的刚果河（图1. C），外形和无线电波的形式和西非的伐木迥异（图2） 。
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图2. 西非伐木（左）和哥斯达黎加伐木（右）收到的电信号波形 | 图源：Encyclopedia of Animal Behavior, 2010体外合金太空船鸟类能体会自然环境的磁场，此种潜能在自然现象中并不罕见 。细鳞鱼、鲨鱼、硬骨鱼、蝾螈，甚至是哺乳鸟类里的鸭嘴兽和海豚，大部分的水生鸟类都具备此种潜能 。
每当鸟类运动的这时候，关节膨胀会伴随着关节电的造成 。因为水能极性，透过体会其他鸟类紧邻时收到的关节电，水生鸟类能发现隐蔽在黑暗中的捕食者或者捕食者 。
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图3. 能够交互自然环境磁场的鸟类类群 | 图源：评注[1]但此种被动地体会其它鸟类收到的关节波皮夫两个缺点：如果捕食者或者捕食者埋伏不动，不造成关节电，就无法观测到它 。
只好机智的西非伐木和哥斯达黎加伐木在地球的两端不约而同地进化出了一类技能：主动的造成两个磁场 。关节造成关节电本身是为了刺激其膨胀，但伐木前部的一些关节发生特殊变动，只造成关节电而不膨胀，从而变成了单纯的发电器官 。
相应的，分布在伐木身体和头部各处的磁场体会细胞核则能检测其前部收到的磁场变动 。只好，伐木就能像两个体外合金太空船一样搜索海中，当它的身边有能极性性生物的这时候，那里附近的磁场体会细胞核会感觉到更大的电阻；相反，如果那里是一块不能极性的石头，附近的磁场体会细胞核会感觉到更弱的电阻 。因此，透过体会他们造成的磁场在自然环境里被变形的状态，伐木就能在漆黑的夜里 “看” 到海中的障碍物和隐匿的捕食者 。
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图4. 伐木的磁场在遇到极性体（上）和非介电质（下）的变动 | 图源：Wikipedia无线电波里的相互礼让一只伐木能愉快地收听他们释放出的无线电波在自然环境里的 “回响”，但两只伐木同时在振动的这时候问题就来了 。
每只伐木一般来说以接近但不完全相同的增益释放出无线电波，这两个无线电波就会发生干预 。干预使得每一只鱼体会到的不再只是他们收到的无线电波，而是两个增益呈周期性变动的叠加无线电波（调幅的增益等于两个点光源增益之差），而这个增益变动的振幅远大于它用以观测到身旁极性物体所以据的振幅变动，只好这个体外合金太空船就受干扰失灵了 。
这就像是不同广播电台会有他们固定的增益，如果两个电台增益太接近就会互相串台 。伐木应对此种干扰的策略是在 “频道” 上相互礼让：原本振动增益高的再稍微调高一点，原本振动增益低的再稍微调低一点 。
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图5. 干扰回避反应（Jamming Avoidance Response）| 图源：评注[1]这个相互礼让的方法听起来容易做起来难 。问题关键在于，伐木需要判断另外一只伐木的振动增益究竟是比他们高，还是比他们低 。如果这个判断错了，就像迎面开来的两辆车，一辆往左让，一辆往右让，结果就撞在一起了 。
要从业已叠加在一起的无线电波中得知对方的增益高低，伐木采用的方法是看叠加无线电波相位与增益的关系 。因为自身造成的无线电波的点光源比较近，所以增益会比较大 。如果对方的增益稍慢，叠加起来的结果是，叠加无线电波的增益变大的这时候相位会推迟；而增益变小的这时候相位会提前 。如果对方的增益稍快，增益与相位的关系的则是反过来的 。
无线电波沟通交流与主动降噪耳机伐木除了透过振动来交互自然环境之外，也能透过振动来与同行业沟通交流 。
前面我们说到，振动来交互自然环境的这时候，伐木要想办法排除来自同行业造成的无线电波的干扰 。而如果伐木透过振动来和同行业沟通交流，就要反过来要排除他们释放出无线电波对接听到对方发来的无线电波所造成的干扰 。
这其实两个神经系统非常普遍的功能，叫做交互副本（Efference copy，又称 Corollary discharge） 。我们在说话的这时候还能同时听到别人说话的声音，就是因为我们的大脑收到要说什么话的命令给咽喉的同时，也把要说的内容抄送了一份给分析处理听觉的脑区，这样听觉脑区就能知道此时哪些话是我们他们说的，哪些话是听到别人说的 。
交互副本其实渗透在我们大脑功能的方方面面，比如说我们会在坐过山车的这时候感觉到天旋地转，而如果是他们抬头看天低头看地左顾右盼，则不会觉得世界被颠倒 。这就是因为当我们他们主动转头的这时候，我们大脑也会发送一份转头之后看到的世界会怎样旋转的交互副本给我们的视觉脑区 。而如果是猝不及防被动转头的话，视觉系统没有事先收到通知，就会真的以为世界颠倒了 。
伐木 “对话” 和 “演说” 的停滞技巧回到演说话题 。西非伐木透过电信号来沟通交流，他们的 “语言” 是什么样的呢？
不同物种的伐木的电信号的波形各不相同 。同两个物种的不同个体的电信号的波形也略有不同 。所以电信号的波形是身份的标识，伐木能透过它来认出对方是谁 。
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图6. 不同物种的西非伐木的电信号波形图 | 图源：Bruce Carlson而伐木说话的内容则是透过 “嗒嗒，嗒嗒，嗒嗒嗒嗒……” 的增益变动的表达 。虽然我们还不能完全解读伐木们之间 “嗒嗒，嗒嗒嗒嗒……” 地都在说些什么，但我们是能看出他们之间是有沟通交流的，一只伐木快速的地 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒” 一通后，另外一只伐木往往也会 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒” 一通作为回应 。
【鱼如何沟通，鱼的对话和演讲技巧】我们一开始提到的石桥同学最近在《当代生物学》（Current Biology ）发表了他关于伐木 “演说” 中的停滞技巧的科学研究成果 [2] 。他发现平常伐木 “自言自语” 的这时候语速还挺快，像个连珠炮，一般来说每个电信号之间间隔10到500微秒不等 。但如果有两只伐木在一起这时候，也就是有 “听众” 的这时候，它之中偶尔有一只说着说着就停下来迷惘一两秒钟 。科学研究人员还用水里的电极人为收到电信号来模拟另外一只伐木的 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒”，然后看伐木的反应 。他们发现，当两段的快速 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒” 中间间隔个两秒以上的这时候，伐木的回话最为积极 。
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图7. 双鱼“对话”时，伐木发射电信号的停滞更多，持续时间更长 | 评注[2]更有意思的是，如果把两只伐木分别放在两个水族箱里，然后两个水族箱之间用水管连起来，这样两只伐木就能透过水管来 “打电话” 了 。然后再在他们 “聊天” 的过程中人为地掐断 “电话线” 两秒钟，伐木发现另外一边没声了，就会特别激动地 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒” 一通 。如果说两条鱼之间算是 “对话”，那么一条鱼对4条鱼能算 “演说” 了 。科学研究人员发现了相似的现象：“演说鱼” 停滞后，“聆听鱼” 组团激动地 “嗒嗒嗒嗒嗒嗒” 。
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图8. “演说”模式下停滞对伐木电信号的影响 | 评注[2]汉森副教授接受华盛顿大学媒体采访时表示，“演说鱼” 在停滞后会收到更高增益的电信号，这可能在传递重要的 “演说” 信息 [3] 。也就是说，“演说鱼” 在发布重要信息之前会 “故意” 停滞一下 。
那么，如何在神经层面上解释此种 “演说” 过程中停滞的作用呢？
科学研究人员透过记录不同级的电感觉神经发现，从第三级神经细胞核才开始对有没有停滞区别对待 。这些神经细胞核对重复刺激的反应一鼓作气，再而衰，三而竭，我们称之为神经反应的适应性 。
相比于它，电体会神经的前两级细胞核似乎更有耐心，对重复的刺激也一视同仁地做出相同的反应 。或许我们听觉神经也和伐木的电体会神经类似，对持续刺激的反应一鼓作气，再而衰，三而竭，所以如果这这时候有个停滞让它休息一下，之后它又能积极的反应了 。这就类似于课堂上老师不间断讲课，学生听得昏昏欲睡，但老师突然停滞时，学生第一反应是 “刚才讲什么了？” “是不是要划重点？” ——立马来劲了 。
很多科学研究都表明，伐木的大脑对无线电波的处理方式和人脑的对声波的处理方式有很多共通之处 。
因为它的无线电波比我们的声波更简单一些，所以科学研究它可能会更容易发现一些通用的神经算法 。比如说，如何搭建两个神经环路用以检测的小于一微秒的信号时间差，这是两个神经系统普遍需要解决问题，我们也最早在伐木中找到答案 。相信随着我们对伐木的无线电波 “语言” 的更深入解读，它还会教给我们更多有关沟通交流沟通的技巧 。
评注
1. Rose, G. J. (2004). Insights into neural mechanisms and evolution of behaviour from electric fish. Nature Reviews Neuroscience, 5(12), 943-951
2. Kohashi T, Lube AJ, Yang JH, Roberts-Gaddipati P, Carlson BA (2021) Pauses during communication release behavioral habituation through recovery from synaptic depression. Current Biology
3. https://source.wustl.edu/2021/0
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