本文參加百家號科學#了不起的動物植物#系列徵文
貓頭鷹，夜行捕獵高手。
一雙威風凜凜的大眼睛，夜色中閃閃發光。
270無障礙旋轉的脖子，站在樹上只要扭扭頭就能掃視全場，不留一處死角。
自由轉動的脖子，不僅能幫助眼睛擴展視野，還能幫助耳朵全方位地收集聲音，確定聲音來源。暗夜捕獵的貓頭鷹，耳朵比眼睛還要管用，只憑一雙耳朵就能聽音辨位，捉到躲在障礙物後面的老鼠。
你的腦袋裡存著一張周邊環境的形狀地貌圖，地圖存在視覺皮層上，圖上物件的位置與視網膜上的等效位置對應，也就是說，你的地圖是通過眼睛記錄在腦袋裡。貓頭鷹腦袋裡有張跟你不一樣的地圖，圖上物件的位置不是來自視線，而是來源於聲音，它能通過耳朵繪製地圖。
解析耳朵聽音辨位之前，我們先來看看幫助耳朵收集聲音的脖子。貓頭鷹左旋右擰的強韌頸椎，全面碾壓了其他動物的脆弱脖頸，包括人類。
貓頭鷹的頸椎
頭直接架在肩膀上，看上去沒有脖子的貓頭鷹有14節頸椎，而擁有優美脖頸曲線的你只有7節頸椎。多節頸椎方便貓頭鷹大幅度多方向地旋轉腦袋，它不僅在頸椎數量上超過我們，頸椎內的動脈血管也比我們強韌太多。
我們的頸動脈很脆弱，稍微加一點兒外力，比如剎車時的衝撞，或是手法錯誤的按摩，就會傷害頸動脈，撕裂血管內層。相比之下，貓頭鷹成天把頭扭來扭去，俯衝急停，再猛的動作都不會損傷到頸椎內血管，而且無論貓頭鷹的腦袋歪到什麼角度，也不會出現腦部供血不足，眩暈昏厥的現象。為什麼它的頸椎動脈比我們強悍那麼多？兩點不同，一是它有緩存血庫，二是它有活動空間。
美國約翰·霍普金斯大學團隊，把顯影劑注射到貓頭鷹的動脈裡，模擬血液流動。團隊震驚地發現：當貓頭鷹扭動腦袋時，下巴底部的血管變得越來越粗，儲存了更多的血液。這個現象跟我們完全相反，當你扭動腦袋時，頸椎動脈血管只會越來越細，絕對不會在腦袋偏離原位時變得更粗。
貓頭鷹再怎麼扭頭都不會出現腦缺血的原因找到了，它下巴上有緩存血庫，存儲著大腦需要的血液。遇到極端扭頭造成頸椎動脈暫時缺血的情況時，緩存血庫能及時為腦袋供血。
同樣是動脈血管，你的血管緊貼著頸椎骨的管腔，血管在管腔內活動空間有限。而貓頭鷹的頸椎管腔直徑是血管的10倍，富裕的空間給血管提供了緩衝氣墊，以及充分的活動場所。當貓頭鷹大角度扭頭時，動脈血管在寬大管腔內不會被骨頭摩擦壓迫。
靈活的頸椎，自由移動的頸椎動脈，有儲備的血庫，支持貓頭鷹在270範圍內不受限制地扭轉腦袋。
貓頭鷹的耳朵藏在羽毛下面，不像其它動物，有外耳收集聲音。沒有外耳的貓頭鷹，全靠靈活轉動的脖子，幫助耳朵收集各個方位的聲音，捕捉獵物。
解釋一句：上圖貓頭鷹腦袋上的是羽毛，不是耳朵。[百家號-法蘭西is培根-未經授權請勿轉載]
貓頭鷹的耳朵
在明亮光線下活動的我們，白天有陽光，夜晚有燈光，早就習慣於依賴眼睛接收信息，忽略了耳朵的優勢。
實際上，跟視覺相比，聽覺覆蓋的範圍更廣。當光線被一堵牆遮擋，我們看不到牆後的動靜，可依然能聽到牆後貓咪的呼嚕聲。聲波既能通過固體的牆傳播，又能繞過牆體傳進我們的耳朵，而光線做不到。
貓頭鷹不僅能在沒有一點兒光線的黑夜捉鼠，還能抓到躲藏在雪地下面的老鼠，全靠耳朵定位。
你或許有懷疑，貓頭鷹可以通過嗅覺，或是溫度感知去捕捉獵物，說不定它的眼睛還能看見紅外線，不能確定地說貓頭鷹全靠耳朵定位。那來看一個經典實驗，足以打消你的疑慮。
漆黑屋子裡，給老鼠尾巴上拴上一張紙。老鼠拖著紙跑來跑去，紙張摩擦地板發出沙沙響聲。貓頭鷹準確地撲向移動的紙張，而不是老鼠。在漆黑屋子裡，貓頭鷹左右轉動腦袋時，不是為了看老鼠，而是為了聽老鼠，它用耳朵來找老鼠。
依賴聲音就能準確定位的貓頭鷹，有一雙跟我們不一樣的耳朵。
上圖是最常見的貓頭鷹--鬼鴞（Aegolius funereus）的頭骨。外貌端正的貓頭鷹，藏在羽毛下的頭骨卻有明顯不對稱的結構，兩隻耳朵，一高一低，開口形狀各有不同。右耳開口朝上，左耳開口朝下。當貓頭鷹從高處俯衝向地面獵物時，從正前方傳來的聲音，在右耳裡會比左耳裡更響。當貓頭鷹呆在樹上時，從正下方傳來的聲音，在左耳裡會比右耳裡更響。
如果聲音不是從正前方或正下方傳來，而是來自側邊，到達左右耳朵時，除了強度不同之外，還有時間差別。聲音在空氣中的傳播速度是343m/s，如果耳朵之間的距離是10釐米的話，靠近聲音的近側耳朵先聽到聲音，過了300微秒（μs）後，遠側耳朵聽到聲音。耳朵距離由腦袋大小決定，小腦袋的動物聽覺時間差更短。
我們的神經系統傳遞信號有段延時反應時間，通常認為是1毫秒（ms，1秒=1000毫秒，1毫秒=1000微秒）。300微秒太短了，我們的神經機制無法分辨出其中的時間差別。但是，包括貓頭鷹在內的許多動物都能用分辨出聲音裡這短暫的微秒差別。
上圖是貓頭鷹聽音捕獵示意，左圖是聽覺強度差，右圖是聽覺時間差。它聽到聲音時，左右耳聽到不同的聲音，區別是來自同一聲源不同的強度差和時間差。正是兩個不同，讓它準確定位目標。
貓頭鷹根據聲音的時間差和強度差，計算聲源在兩個方向的位置，一是水平方向，二是垂直方向，這兩步計算在不同的大腦迴路中進行。貓頭鷹用時間差來確定聲音的水平位置，用強度差來確定垂直位置。如果它右耳收到的聲音比左耳收到的響，它判斷聲音來自上方。
在水平方向上，貓頭鷹確定位置的精確度跟你差不多，但在垂直方向上，它的精準度比你高出3倍。
上圖是貓頭鷹的聽力實驗結果，圖中坐標是方位角坐標（地平經度）。左圖是不同時間差下的聽音辨位，右圖是分別堵住左右耳朵後的聽音辨位。中點藍色圓點是實際聲源位置，紅色圓點是堵住左耳時，貓頭鷹判斷的聲源位置。綠色三角是堵住右耳時，貓頭鷹判斷的聲源位置。
對於單一聲源的聲音，高頻聲音的強度差比低頻聲音更大，因為高頻聲音的波長短，繞過腦袋時，能減少聲音彎曲，並加強反射。但是低頻聲音的時間差比高頻聲音更大。
貓頭鷹能聽到的聲音頻率跟你聽到的差不多，比你能聽到的聲音範圍更窄一點兒。但是在1000～9000赫（Hz)的頻率範圍，貓頭鷹的聽音靈敏度是你的10倍。它能在一組複雜聲音中，分辨出頻率不同的組合。
上圖是貓頭鷹聽音定位繪製地圖的示意圖，聲源投影到水平方向上，有一張二維平面圖；聲源投影到垂直位置上，另一張平面圖。兩個方向的地圖組合起來，形成一張3D空間地圖。
聲音繪製的空間地圖儲存在貓頭鷹大腦裡，位於中腦的一個叫下丘外核的地方，不同的聲音位置對應不同的神經元，來自正前方的聲音激活下丘外核前邊緣的神經元，側面的聲音激活相對靠後的神經元。
貓頭鷹有優秀的聽力能夠繪製出地圖，它還有毫不遜色的夜視視力。視覺接受到的信息能夠增強並校準它的聽力地圖。
既有一副好耳朵，又有一雙大眼睛的貓頭鷹，定位能力有多強？看個數字：1隻穀倉貓頭鷹，1年內捕獲老鼠數量超過1000只。在微弱的月色中，穀倉貓頭鷹獵殺老鼠的成功率高達90%。
優秀的聽力和夜視視力，兩強聯手，讓貓頭鷹成為夜晚出色的捕獵高手。
#科學了不起#