1.5 人的感觉

1.5.1 概述

外界环境中的各种刺激首先作用于人体的感受器或感觉器官，在感受器细胞或感觉神经末梢引起过渡性的局部电位（local potential），经过感受器的换能和编码作用后转换为传入神经的动作电位（action potential），动作电位通过各自的神经传导通路传向中枢。通过中枢神经系统的分析与整合后，使人产生各种各样的感觉（sense）。人的感觉主要包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、本体感觉（位置觉和运动觉）、温度觉和痛觉等。

各种不同的感受器通常只对一定性质和种类的刺激敏感，而对其他种类的刺激不敏感，感受器的这种特性称为“特异敏感性”。例如，视觉器官感受的是一定波长的电磁波；听觉器官感受的是一定频率的机械振动。刺激必须达到一定的强度才能引起感觉。引起感觉所需的最小刺激强度称为“感觉阈（sensory threshold）”。感觉阈的测定也是人机工程学试验中常用的一项测试。

1.5.2 视觉

1．眼的构造

视觉的外周感觉器官是眼（eye）。眼由眼球和眼副器组成。眼球又由眼球壁及其内容物组成。眼副器主要起保护眼球的作用。图1-9是眼的组成示意图。图1-10所示为眼球的水平切面。

2．视觉生理

眼感受的是外界环境中波长范围在370～740nm的电磁波。来自外界的光线，通过眼的折光系统后，在视网膜上成像。视网膜的基本功能是感受光刺激并将视觉信息变化为动作电位，通过视觉传导通路传向大脑皮质视觉中枢。

来自6m以外物体所发出的光线，可以认为是平行的，可以不需要眼睛折光系统的调节而直接在视网膜上形成图像。但眼睛看6m以内的近物时，进入眼内的光线不是平行的，这时眼的折光系统要进行调节，随后才能在视网膜上成像。在折光调节过程中，晶状体变凸，晶状体的曲率半径增加，折光能力也增加。物体距离眼睛越近，晶状体变凸的程度也越大。除了晶状体以外，看近物时，瞳孔缩小，称为“瞳孔近反射”。双眼观察近物时，两眼视轴向鼻中线会聚，称为“眼球会聚”。当眼的折光能力异常时，会出现近视、远视、散光等现象。近视眼需要佩戴凹透镜，使得原本聚焦在视网膜前方的光线后聚。远视眼需要佩戴凸透镜，使得原本聚焦在视网膜后方的光线前聚。

视网膜上存在两种对光刺激非常敏感的感光细胞：视杆细胞（rod）和视锥细胞（cone）。视杆细胞能在昏暗的环境中感受弱光刺激，而视锥细胞在强光的条件下被激活。两者之间的主要区别如表1-5所示。

视锥细胞含有红、绿、蓝3种感光色素，具有分辨颜色的能力。当一定波长的光线作用于视网膜时，3种视锥细胞产生不同程度的兴奋，从而产生颜色的感觉。例如，当红、绿、蓝3种视锥细胞的比例为4:1:0时，产生红色的感觉；比例为2:8:1时，产生绿色的感觉[4]。

视紫红质是一种结合蛋白质，它在暗处呈紫红色。食物中的维生素A对于视紫红质的分解与合成密切相关。一个人如果饮食中长期缺乏维生素A，就会影响视紫红质的正常生理功能，从而影响人在暗光时的视力，导致“夜盲症”。对于夜间工作的工人和驾驶员而言，这将直接威胁到劳动安全和交通安全。

人从亮处突然进入暗处时，起初什么东西也看不清楚，经过一段时间后，视觉才逐渐恢复，这种现象称为“暗适应”。反之，人从暗处突然进入亮处时，起初感到一片光亮，看不清东西，片刻后视觉即恢复，这种现象称为“明适应”。与暗适应相比，明适应所需的时间较短。

外界光线的强弱可使瞳孔的大小发生变化：光线较弱时瞳孔扩大，光线较强时瞳孔缩小。光照一个眼时，两眼瞳孔同时缩小的现象称为“瞳孔对光反射”。

视网膜上有一处称为“视乳盘”，它是视神经的起始端，这里无感光细胞，因此在视野中形成一个“盲点”。双眼视物时，两眼视野中有很大一部分重叠。双眼视觉可以弥补单眼视野中的盲点，扩大视野，并可产生立体视觉。

1.5.3 听觉

1．耳的构造

听觉的外周感觉器官是耳（ear）。图1-11为耳朵的解剖图。人体耳朵由外耳（outer ear）、中耳（middle ear）和内耳（inner ear）3部分组成。外耳、中耳和内耳的耳蜗共同组成了人体的听觉器官。

外耳包括耳廓和外耳道。外耳道是声波通向中耳的弯曲管道，外接耳廓，内连鼓膜。中耳是一个容积为1～2cm3的小空腔，包括鼓膜、鼓室、听小骨、中耳肌和咽鼓管等结构。鼓膜（eardrum）是一层椭圆形的薄膜，是外耳和中耳的分界。鼓室位于鼓膜和内耳外侧壁之间，向前经咽鼓管通往咽部。听骨链由锤骨、砧骨、镫骨这3块听小骨依次连接而成。锤骨柄附着于鼓膜，镫骨与内耳的卵圆窗相连，砧骨连接锤骨和镫骨。咽鼓管（eustachian-tube）又称耳咽管，是耳朵和鼻咽部的唯一通道。在正常情况下，咽鼓管的鼻咽部开口通常是关闭的。当吞咽、咀嚼、打哈欠或打喷嚏时管口暂时开放，从而使鼓室内的压力与外界大气压平衡，以维持鼓膜正常的位置和形状。内耳包括耳蜗和前庭器官。耳蜗是感觉声音的器官，前庭器官是感觉身体运动状态和空间位置的感受器。

2．听觉生理

声源的振动所产生的疏密波，通过外耳和中耳传音系统传递到内耳，经内耳的换能作用把声波的机械能转换成听神经纤维的神经冲动，冲动沿听觉传导通路传递到大脑皮层听觉中枢，使人产生听觉（hearing）。

频率低于20Hz的声波称为“次声”，频率高于20000Hz的声波称为“超声”。正常情况下，次声和超声不能被人耳所听到。人耳能感受到的声波振动频率为20～20000Hz。对于这一范围内每一种频率的声波，都有一个刚好能引起听觉的最小强度，称为“听阈（hearing threshold）”。在听阈以上，强度增加，听觉的感受也增强。但强度过大时，会引起鼓膜的疼痛感，强度的最大值称为“最大可听阈”。人耳的听阈和最大可听阈都与频率有关。图1-12中的下面一条曲线表示听阈，上面一条曲线表示最大可听阈。两条曲线之间所包围的区域称为“听域”。从图中可见，人耳最敏感的声波频率为1000～3000Hz。

声波传入内耳的基本途径有“空气传导（air conduction）”和“骨传导（bone conduction）”两种传导方式。声波经外耳道引起鼓膜振动，再经听骨链和卵圆窗进入耳蜗，这一声波传导途径称为“空气传导”，简称“气导”。声波也可引起颅骨的振动，再引起颞骨中的耳蜗内淋巴振动，这一声波传导途径称为“骨传导”，简称“骨导”。相比之下，骨导的敏感性比气导低，在正常听觉的构成中作用甚小。因此正常情况下，气导是声波传导的主要途径。当中耳病变导致传导性耳聋时，气导明显受损而骨导影响较小；当耳蜗病变导致感音神经性耳聋时，气导和骨导都将受损。

1.5.4 平衡觉

前庭器官（vestibular apparatus）是内耳迷路的一部分，是感受人体运动状态和空间位置的感受器。它包括椭圆囊、球囊和3个半规管，如图1-13所示[8]。

人体在进行直线运动或旋转运动时，速度的变化（即正负加速度）会引起前庭器官中感受器的兴奋。这种感受器的兴奋，对于机体运动的调节和平衡的维持具有重要的作用。3个半规管分布在3个两两垂直的平面上，感受人体各种方向的变速旋转运动。椭圆囊和球囊感受人体在水平和垂直方向的变速直线运动。机电产品作变速升降运动时，乘客产生运动感，就与椭圆囊和球囊的这一功能有关。

椭圆囊和球囊内都有感受装置称为囊斑，其中的感受细胞称为毛细胞。每个毛细胞顶部通常有60～100条纤毛，纤毛插在耳石膜内。当垂直方向产生直线变速运动时，耳石膜因惯性而发生偏移，牵拉纤毛使其弯曲，引起传入神经纤维冲动发放的变化[8]。这样，人体就会产生变速运动的感觉，并反射性地通过中枢神经系统调节骨骼肌的紧张度，以维持身体姿势的平衡。例如，当电梯突然上升时，球囊的毛细胞受到刺激，肢体伸肌抑制而腿屈；下降时伸肌紧张而两腿伸直。这就是人体前庭器官对垂直方向加（减）速运动的姿势反射。

当垂直方向加（减）速运动持续时间过长或加（减）速度过大时，人体的前庭器官就会受到强度过大的刺激，从而引起一些自主神经反应，如恶心、呕吐、眩晕、皮肤苍白、心率和血压略有改变等，这种反应就是前庭器官的自主神经反射。个体对这种反应的差异很大。某些前庭功能特别敏感的人，即使受到并不强烈的刺激，也可能出现不舒适的生理反应。例如，在汽车和电梯的启动和制动阶段及船舶乘坐过程中感到头晕感。

当头与身体作变速旋转运动时，角加速度会引起眼球的不随意运动，这被称为“眼震颤”。例如，当头与身体向左旋转时，两侧眼球先是慢慢地向右侧移动（与旋转方向相反），随后又快速回到眼裂正中（与旋转方向一致）。当匀速旋转时，眼震颤停止。眼震颤是由于半规管受到刺激而引起的。通过检查眼震颤，可以判断受试对象的前庭功能是否正常。

1.5.5 其他感觉

除了如上所述的感觉外，其他的感觉还有触觉、温度觉、痛觉、本体感觉等。痛觉（主要是指体表痛觉，而不是内脏痛觉）、温度觉和触觉统称为“浅感觉”。本体感觉也称为“深感觉”，包括运动觉和位置觉。本体感觉又可分为“意识性本体感觉”和“非意识性本体感觉”，前者传入大脑皮质，后者传入小脑。触觉又可分为“精细触觉”和“粗触觉”两种。“精细触觉”是分辨皮肤上两点间的距离和物体纹理粗细的感觉。粗触觉的感觉传导通路与痛觉、温度觉的相同，而精细触觉的感觉传导通路与意识性本体感觉的相同。痛觉的感受器是游离的神经末梢。脊髓的后角是调控痛觉信号的“闸门”。