猫头鹰脸部怎么会有心形图案（只凭一双耳朵就能绘制3D地图）

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。

270º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。

上图是斑雕鸮（非洲斑点猫头鹰）骨骼，拨开羽毛看真相，猫头鹰有根长脖子。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270º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。[头条-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]

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（Aegolius funereus）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343m/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300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=1000毫秒，1毫秒=1000微秒）。300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，左右耳朵听到不同的声音，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1000～9000赫（Hz)的频率范围内，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1000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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#这很科学#

参考资料：

1： “Adaptations of the Owl's Cervical & Cephalic Arteries in Relation to Extreme Neck Rotation”，by Fabian de Kok-Mercado etc. Feb.2013，Science

2：“The representation of sound localization cues in the barn owl’s inferior colliculus”，by Singheiser, M., etc. Frontiers in Neural Circuits

3：“How the owl tracks its prey – II"，by Takahashi, T.T. Journal of Experimental Biology

4：“Auditory spatial acuity approximates the resolving power of space‐specific neurons“，by Bala, A.D.S., etc. PLoS One 2

5：“Visual modulation of auditory responses in the owl inferior colliculus”，by Bergan, J.F. etc. Journal of Neurophysiology

6：“Variability reduction in interaural time difference tuning in the barn owl”，by Fischer, B.J., etc. Journal of Neurophysiology

7：“Instructed learning in the auditory localization pathway of the barn owl”， by Knudsen, E.I., Nature

附：今天更新自然界里的秘密系列文章，这是第9篇：鸟的听力。

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