atppp's Blog

鸡皮疙瘩，英语里叫 goose bumps（事实上很多鸟类和哺乳动物都有类似的反射机制，所以不同语言里会用不同动物），指的是人或动物受冷或者有强烈感情冲击时（如惊吓、肉麻）皮肤发紧并出现密密麻麻颗粒的现象……对于有体毛的动物，这种反射机制可以将皮肤收紧并竖起体毛，有助于保暖，同时也可以在对敌的时候显得大一些，应该是进化出来的一种保护自己的机制。但是一般认为，这种反射机制对人类已经没多大好处，体毛没了，但是调节的机制还在，属于进化遗留。

美国斯坦福大学附近曾经多次报道出现山狮，甚至有山狮在住宅区活动的报告，一度搞的人心惶惶。动物学家在告市民书中说到：“When encountering a mountain lion, it is advised to appear as big as possible. If attacked, fight back. ”同学们对“appear as big as possible”这一条一直津津乐道，其实和上文提到的鸡皮疙瘩的保护作用是类似的，块头越大其威摄力也越强。鄙实验室的路易每次讨论激光束大小的时候都要说“Size does matter.”，后来甚至在正式 poster 和 presentation 上也用超大字体写下这三个词作为副标题，搞的我等群众常常在一旁因为其双关甚至三关的含义而掩面淫笑。

几个月前路易给我打电话说（根据 Post ID 判断，这个电话应该是发生在二月下旬，也就是我开始写这篇文章的时间），他第二天要去医院。我接口道，哦，难道又要做睡眠测试了？路易否认，我恍然大悟道，哦，那你肯定是左脚要去换石膏了。路易休克两秒钟，尴尬的说：啊，这次是去修鼻子……路易三线并进，同时修理三样东西，被我称赞为人生效率极高，但是路易的丈母娘就不是这么想的了。侯文詠之《在生命转弯的地方》中提到：（台湾）南部人最诚实了，他跟人家做生意啊，一定先说我这个东西有什么缺点，你一定要知道缺点我才肯卖给你。路易的丈母娘因此骂道，路易你当初娶我女儿之前怎么不把问题都交待清楚，搞成现在这么个烂摊子！

路易十多年前有一次交通事故把他鼻子撞飞了，后来重建了一个鼻子。路易修鼻的第一次手术很成功，但是这种手术很难完美，所以一般六个月后还需要再做一次小手术修修补补，可惜路易当年没有做。最近检查发现，路易两个鼻孔之间有个三毫米的洞。路易恍然大悟，怪不得他睡觉鼻子会吹箫，原来那个洞就是天然的乐器。不过我却产生了很多邪恶的想法，比如原来路易就是牛鼻……另外，最近路易检查出来某几项荷尔蒙也不太正常，主治医师认为，可能也是那次事故撞的，把某个荷尔蒙控制中心撞坏了。主治医师接着就分配了荷尔蒙方面的专家给路易治疗。这个主治医师听起来很像是 Project Manager，专管分配任务……

上次睡觉记提到，路易的呼吸道比较狭窄，需要用空气面罩加压或者动大手术。这个手术（MMA）动作很大，要拓宽咽喉部的呼吸道，就需要把下巴往前移，这样的话就需要把上巴（应该叫上颚？？）也往前移，否则牙齿的咬合就会有问题。基本上这是一个比整容还整容的手术，面部有丰富的血管和神经，手术稍有不慎就有可能造成失明等严重后果。这个手术是斯坦福医院一帮人首创出来的，历来也没出过什么事，不过路易的主治医师权衡之后还是不建议路易做，而是建议一个小型的手术，在修理鼻子的同时把咽喉部的肥肉砍掉一些增加呼吸道宽度。

这两个手术虽然同时进行，但是将分别由鼻子和咽喉的专家来做不同部分的手术。这样问题就来了，没有病人的同意，即使是同一个医院的医生之间交换信息也是受到限制的（出于隐私考虑）。但是路易这个手术这两位医师必须要交流，而且还要和治疗路易左脚骨折的医师交流，比如用药需要考虑到对他另一个手术的副作用。为了同一个医院里这三位医师能够全面交流，路易足足花了一个小时来搞定所有的 paperwork。路易说，向他大爷的米国隐私制度致敬。

手术后医生吩咐路易只能仰睡，要不然刚造好的鼻子会掉下来。我不知道路易是怎么做到的，不过据说后来拆线，他的鼻子里拉出几米长的棉带，医生说，这就是造鼻子的骨架，囧。然后又过了几天，路易的耳朵里掉出一条棉线，医生说，对啊，鼻子和耳朵通的嘛，漏过去了……最后检查，路易的鼻子还是多了一块肉，需要过半年再做一次小手术。因为属于术后的修补，所以即使路易已经不在同一个医疗保险上了，也可以直接免去费用。路易很高兴的准备过半年再杀回去开一刀。

不管怎么说，路易的咽喉-修鼻手术最后很成功，术后路易无须加压面罩睡觉，睡眠逐渐恢复正常。同时由于每天三分之一时间的睡眠期间新陈代谢正常化，路易肥胖的体型也得到了改善，一个多月就掉了三十斤（肥）肉，咽喉部的肥肉更少了，于是睡眠就更好了。这样的一个良性的正反馈导致路易越来越健康，前段时间加拿大宇航局开始招宇航员，路易兴致勃勃的报了名，据说已经过了第一轮面试。

最后，话说路易的女儿睡眠也略有问题，经检查发现呼吸道也比较狭窄，但是因为将来喉结不会侵占更多呼吸道，所以医生判断问题不是太大（路易说他就是青春期之后睡眠才变坏的）。所以：A) 生理性睡眠紊乱是遗传的？B) 怪不得男人打呼噜的多一些？

有关鼻子的一些事情：鼻子有个 Nasal Cycle（中文好象叫“鼻周期”？），说的是大脑会控制两个鼻孔内的血管组织交替工作，在大多数时候两个鼻孔的出气量并不相等，大概每过几个小时会更替一次主呼吸鼻孔。这么有趣的现象直到十九世纪末才有人正式研究，直到今天也没有完全的定论。有人认为鼻周期是促使人睡觉时翻身的主要诱因，翻身可以避免疲劳，所以鼻周期在长期自然选择过程中应该是具有进化优势的。另外，一般认为人的嗅觉是没有方向感的，但是去年有文章对此提出了质疑，当然也有人对此不以为然。不深入说了，做个摘要而已。

人眼对什么颜色的光最敏感？科学研究表明，是绿色（可见光谱中段）。这是为什么呢？大凡这类问题，包括两部分的为什么。A 部分的问题是，是什么样的生理基础导致了这样的结果？B 部分问题是，漫长的生物进化自然选择过程为什么选择了这样的生理基础？

有关人眼为什么对绿色最敏感，A 部分简单的说就是因为人眼感光细胞的光化学性质决定了人眼对绿光最容易有反应（Ref 1 2）。有关 B 部分的为什么呢，人们注意到太阳光在经过大气层选择性吸收后到达地面时是绿色光最强，所以比较流行的假说是：对绿光越敏感的生物也就越容易利用日光寻找食物躲避天敌，能够成功繁衍后代的几率也就越高，因此经过长期的进化，最高等的生物也就自然是对绿光最敏感的了。

这套理论里面，这个对绿光敏感的生理基础，必须是由基因控制的特征，这样才能通过 DNA 的完美复制机制传承下来。这样的基因，通常叫做有进化优势的基因，因为携带有这种基因的生物比较不容易在繁衍后代之前死掉，换句话说，这种基因容易在进化过程中被保留下来。

通常来说，A 部分的为什么是比较容易通过各类生理学研究获得解答的；而 B 部分则基本只能有假说，如果运气好，也有可能找到进化过程的化石证据，不过假说终究还是假说。实际上，很多时候 B 部分根本不需要解释，人的历史并不够长，生理学的特征并不一定是自然选择适者生存选择出来的，也可能纯粹是个巧合。地球生物进化史的统计样本远不够大，并不是每一种基因组合都已经出现过。人体不合理的设计太多了，进化时间太短还远没有被选择掉，智齿有啥用？盲肠有啥用？土摩托的《你以为你真的懂进化论》系列对这个有一些解释。

尽管如此，很多人体结构生理学的文章出来，还是喜欢往上面套一个进化论假说。有一个现象，同宿舍女生的生理周期会逐渐趋向同步，这个问题是有人研究过的，学名叫 McClintock effect，似乎也有生理学证据支持，姑且算是把 A 部分回答了。于是就有人开始琢磨 B 部分的为什么，有一种假说是，早期人类群居，男人们结队外出打猎往往几个星期不回，这种情况下他们一起回来能让越多的女人怀孕（这需要群居女人们生理周期基本同步），那么这个种族繁衍下去的几率也就越大，因此生理周期互相影响是有进化优势的。再来看一个问题，男人为啥喜欢丰乳肥臀呢？因为这俩特征都对繁衍后代有利，所以是有进化优势的。那么，这个事情的生理学基础呢？也确实有人研究过，比如这篇论文。同一期杂志还有文章从生理和进化角度研究女人喜欢什么样的男人的问题。

进化论好可怕……

拖沓症（Procrastination），现代人特别是学生中常见，表现为把该做的事情拖到明天、后天甚至截止期前一天再做。猜测的拖沓症原因有诸如：喜欢压力、害怕失败、完美主义、缺乏自我控制、寻求刺激或者其它一些心理疾病。克服拖沓的常见建议有：设定具体目标、先做你不想做的事。相关领域著名学者 Joseph R. Ferrari 说：“Telling someone who procrastinates to buy a weekly planner is like telling someone with chronic depression to just cheer up.”拖沓症并无良方，很难一下子克服。

有关拖沓症的生理基础：如果拖沓症是由基因控制的，而且拖沓症对生存有害，那么这种拖沓基因早就被自然选择淘汰掉了。所以，要么拖沓症对人类生存是有益的，要么拖沓症完全是后天培养出来的（当然也有可能两者皆是）。关于从进化论角度看拖沓症的优越性有很多研究，确实有很多合理的解释，而且有人拿鸟做过实验证实，比如 Uncertainty and Hyperbolic Discounting 一文就有总结。有关拖沓症的解药，有人在猴子实验里发现一些线索，不过这个结果曾被别人无限放大，认为患有拖沓症的人将来也可以通过注射激素来治疗。当然这些问题的争议很大，我也不懂，这里随便做点摘要而已。

很久很久以前，我想过一个问题，人是如何调节晶状体看清楚物体的，我在笔记本上画了这么一个图：

并写道：“晶状体根据视网膜反馈调节到位”。看来我从小就是一个朴素的机械论者，可惜这个反馈过程并不正确。视网膜上成像清晰与否，必须要在大脑视觉中心去处理，视网膜是不可能直接反馈信息给晶状体的调节机构的。不过，反馈机制本身并没有错，对比一般的机械反馈控制回路：

这样的反馈控制回路在人体神经控制中无处不在，比如弹奏乐器就是一个神经反馈控制回路：

看起来反馈机制在神经控制中起着至关重要的作用。但是反馈真的如此重要吗？先来看看神经信号能走多快。科学研究表明，神经信号的传递速度基本和神经粗细成正比，最粗的神经也不过能达到 100 米/秒的速度。一个很流行的神经信号速度的说法是：

据科学家测算，神经脉冲的速度每小时只有 250 公里，而电视、无线电广播和电话所传递信息的速度则要快得多了。如果人的脚趾产生了问题，由神经脉冲传递消息，由于这段时间对人来说仍然显得很短暂，所以一般人没有丝毫的感觉。但是，假设你是一个巨人，头在阿拉斯加，脚在南非的海边，星期一的早晨鲨鱼咬了你的脚趾，你的大脑将在星期三的晚上才能知道这件事；如果你决定要把脚收回来，那么一直要等到星期六，脚才会真正行动起来，到那时，你的脚恐怕早已被鲨鱼啃得只剩下骨头了。

通常机械控制的反馈电信号以光速传播，比神经信号快几百万倍。神经信号如此之慢，导致反馈机制在很多情况下根本跟不上节奏。比如歌唱家有时候会使用颤音，其调制频率大概是 8 Hz 左右，而人耳音频反馈加反应时间基本要到 200 毫秒左右，也就是说，歌唱家的大脑其实必须早两个调制周期就给声带预送调制命令。再比如说，鼓手有时候手脚并用同时击鼓，如果大脑同时下令打鼓，由于神经传递路程不同，两个本应同时发出的鼓声就会间隔几十毫秒，造成节奏紊乱。所以鼓手大脑事实上必须先发出脚击鼓的命令，虽然熟练的鼓手根本不会意识到这个发送手脚命令的时间差。可以看到，至少在音乐控制中，依靠反馈的神经控制是跟不上速度的。

事实正是如此，不少情况下，神经控制并无直接反馈，按照控制论的说法，闭环控制（closed-loop control）成了开环控制（open-loop control），而大脑可以直接发出控制命令以达到预期目的（anticipatory control）。那么大脑是如何学会开环控制的呢？这就是人学习的过程，所谓熟能生巧，说的就是人通过反馈机制和闭环控制逐渐调节开环控制机构（adaptive control 的过程），直到最后完全抛弃反馈机制建立开环控制。这个开环控制的建立，需要无数神经元细胞的协调合作，难怪学精一样乐器需要好多年的时间了。

由此可见，反馈机制在学习过程中仍旧非常重要。人和其他的一些高等动物为什么能有如此精巧的反馈机制呢？有不少人给了进化论的解释，发明中听不中用的 Shepard Tone 的大牛 Roger Shepard 在 Music, Cognition, and Computerized Sound 一书中提到：

There is a long chain of processes between the physical events going on in the world and the perceptual registration of those events by a human observer. The processes include … … Presumably, the end result is the formation of a representation in the brain of what is going on in the external world. The brain has been shaped by natural selection; only those organisms that were able to interpret correctly what goes on in the external world and to behave accordingly have survived to reproduce.

这类进化论解释看起来自圆其说，却很难证明或证伪，有人（比如我）就常常把它们和人择原理划归为伪科学一类，或者好听点，叫信仰。人择原理，简单的说就是因为人存在，所以宇宙是这个样子的。乍一看，这整个儿一唯心主义嘛。不过我懒得展开写了，博客李淼上有些关于人择原理的，比如这里。

一个 forward link: 表演运动的魅力

推荐 Paul Davies 的文章：Taking Science on Faith。

李淼对此的评论和一些别的评论的链接：科学和信仰。

另引用一下我 1997 年一片土鳖文章的土鳖观点：

……人们还认为“逻辑上唯一可行的理论即是自然的终极理论” 。这难道不是反映了人的高傲本性么？“逻辑上唯一”？是否有唯一？逻辑已经是完备的了？逻辑是万能的吗？人总是有这样一种高姿态，想从纯粹的思维上去把握实在，这的确是一种美的追求（简单性、和谐性），Einstein 也这样说过。但是这是一个长期的发展过程，逻辑与自然理论都尚需作进一步发展，至少在现在，纯粹的思维是难以把握实在的。

另引用霍金《时间简史》 第一章末的观点：

Now, if you believe that the universe is not arbitrary, but is governed by definite laws, you ultimately have to combine the partial theories into a complete unified theory that will describe everything in the universe. But there is a fundamental paradox in the search for such a complete unified theory. The ideas about scientific theories outlined above assume we are rational beings who are free to observe the universe as we want and to draw logical deductions from what we see. In such a scheme it is reasonable to suppose that we might progress ever closer toward the laws that govern our universe. Yet if there really is a complete unified theory, it would also presumably determine our actions. And so the theory itself would determine the outcome of our search for it! And why should it determine that we come to the right conclusions from the evidence? Might it not equally well determine that we draw the wrong conclusion? Or no conclusion at all?

The only answer that I can give to this problem is based on Darwin’s principle of natural selection. The idea is that in any population of self-reproducing organisms, there will be variations in the genetic material and upbringing that different individuals have. These differences will mean that some individuals are better able than others to draw the right conclusions about the world around them and to act accordingly. These individuals will be more likely to survive and reproduce and so their pattern of behavior and thought will come to dominate. It has certainly been true in the past that what we call intelligence and scientific discovery have conveyed a survival advantage. It is not so clear that this is still the case: our scientific discoveries may well destroy us all, and even if they don’t, a complete unified theory may not make much difference to our chances of survival. However, provided the universe has evolved in a regular way, we might expect that the reasoning abilities that natural selection has given us would be valid also in our search for a complete unified theory, and so would not lead us to the wrong conclusions.