日报标题：我们感知这个世界的方式，从一出生就决定了
Weber Wang，自强不息，Lux et veritas.
我想说的这个答案可能算不上“概念”，不过确实是神经网络结构的不同而引起的潜在功能上的不同，这些功能上的不同可能先天地造成我们用不同的方式来感知外部世界。
我想讨论的是哺乳动物（人类同理）的视觉和听觉系统迥异的神经网络结构，我这里想讨论的是神经系统传递视觉信息和听觉信息的环路结构的不同，而不是"感受器”的不同（比如视觉最初的感受器是视锥细胞和视杆细胞 Rods and cones，听觉最初的感受器是毛细胞 Hair cells，它们感受外界刺激的机理的确完全不同，但这不是我想讨论的，因为这层面仅停留在最初的感，距离知还甚远）。而即使这样这个题目还是非常大，所以更具体地我关注这两个系统的一个特定的结构特征：两个系统在表征外部世界时相应的拓扑结构是否连续。
听起来好数学，然而完全没有（笑），英文就是 continuity of retinotopic map 和 discontinuity of tonotopic map.
视觉信息传递(visual pathway)：对视觉输入的连续映射
我们睁眼就看见外面世界，感觉很自然。实际上，视网膜在接受了光的刺激后将光信号转换为可在神经元之间传导的电化学信号（这一过程可参见 Visual phototransduction），但是这些信号在我们传递到我们的大脑中又是什么“样子”呢？
这个不得不提 1982 年就由 Tootell 等人在猴子中完成的经典实验。这篇文章的实验思想有点类似于今天的功能性核磁共振 fMRI，不得不说 25 年前能完成这样的实验，真的是厉害了。文中使用放射性元素碳 14 标记的 2-deoxy-D-glucose （2DG），其逻辑简单地说就是活动强的神经元会消耗更多能量，也就会摄取更多的 glucose（葡萄糖）。而 2DG 是一种放射性的类葡糖糖分子，并不会真正被代谢，而是会在活动强的神经元中累积。下图左边是猴子接受到的视觉刺激，右边是其接受了较长时间刺激后解剖得到的 striate cortex（即 primary visual cortex 初级视皮层）的神经元活动模式。
(Adopted from Tootell et al.)
仅从这幅图来看，大脑中神经元活动的模式这完全就是真实刺激的一个映射（经过了变形和扭曲），数学上只要一个矩阵就可以完成这个变换！而且很重要的这个映射是一种连续的投影，在脑内形成与外部世界对应的 retinotopic map（姑且翻译为视拓扑图...）。也就是说对于在空间中位置发生连续变化的视觉刺激，脑内相应的神经元在编码这个信息的时候，其本身在视皮层中的位置分布也是连续变化的。
可能大家会觉得，这有啥，这似乎很正常啊。但是对比听觉系统就能发现，区别还是大大的有。
听觉信息传递（auditory pathway）：对听觉输入的阶梯映射
与视拓扑图（retinotopic map）对应，听觉系统对于编码的不同频率的声音信息进行传递的时候，也有一个特定的网络结构叫做 tonotopic map（姑且翻译为调拓扑图）
虽然至少十年前不少神经科学家还认为听觉系统在传递信息时的调拓扑图也是连续映射(Luo L et al., 2007)，然而在 1997 年 Schreiner et al. 及 2008 年 Malmierca et al. 分别在猫和大鼠中脑的 Inferior Colliculus（下丘）测出了阶梯状的调拓扑图 (纵轴神经元的最佳响应频率，横轴相对表明的深度)
(Malmierca et al., 2008)
可以发现，以最佳响应频率（某个使得神经元活动最强的声音频率，或者说神经元“最喜欢”的那个频率）来衡量，这里的神经元分布是分层的，呈现出阶段函数的模式，每一层的宽度相似（150 微米左右），层与层之间的频率跨度大约为 0.3 个 octave（0.3 个八度，差不多是 Duo 和 Mi 的频率差别，这是大鼠的实验结果，人类很可能不同）。注意，这并不代表某一层的神经元只能响应一个频率，只不过在这一层的所有神经元，其“最喜欢”的频率几乎都是一样的。实际上单个神经元可以对一定范围内的频率都产生响应，这种响应的分布叫做 frequency response areas。以上实际是从功能上来分层，而从解剖的角度来讲，下丘中的神经元分布确实也就像是一层层（lamina）叠在一起的，每一层的宽度大约在 100-200 微米（不同物种不一样）。
关于视觉系统神经活动的“连续”传递和听觉系统神经活动的“不连续”传递，其实我所在的实验室有很酷炫的视觉 - 波传递和听觉 - 固定条带模式的实验证据，这台电脑上没有，有机会再更吧~
关于这种结构具体对生物的听觉产生了什么影响，目前尚不明确。但是不妨从现有的证据进行猜想，这种结构可能说明我们的大脑对于某些特定的频率会特别的敏感，而且这些频率之间可能还会有固定的间距。这与在动物在野外识别敌友，区分不同频率信号是否有关？甚至有没有可能对人类的音乐的审美有所影响（比如对于特定音调的偏好）？这都是很有趣的问题。
反过来，如果视拓扑图是不连续的，调拓扑图是连续的，我们看到和听到的世界会有什么不同呢？
参考文献：
1. Luo, Liqun, and John G. Flanagan. "Development of continuous and discrete neural maps." Neuron 56.2 (2007): 284-300.
2. Malmierca, Manuel S., et al. "A discontinuous tonotopic organization in the inferior colliculus of the rat." Journal of Neuroscience 28.18 (2008): 4767-4776.
3. Schreiner, Christoph E., and Gerald Langner. "Laminar fine structure of frequency organization in auditory midbrain." Nature 388.6640 (1997): 383-386.
4. Tootell, Roger B., et al. "Deoxyglucose analysis of retinotopic organization in primate striate cortex." Science 218.4575 (1982): 902-904.
5. Schreiner, Christoph, and Jeffery A. Winer. The inferior colliculus. New York:: Springer, 2005.