第2编 人的信息加工
第3章 感 觉
3.1 复习笔记
本章重点
什么是感觉？
感觉如何测量？
刺激强度和感觉强度是什么关系？
视觉现象和听觉现象都有哪些？
一、感觉
1感觉的含义
（1）感觉是人脑对事物的个别属性的认识，具有直接性特点。
（2）感觉可以分为：①外部感觉：视觉、听觉、嗅觉、味觉、皮肤觉。②内部感觉：运动觉、平衡觉、内脏感觉。
（3）感觉的意义
①感觉提供了内外环境的信息。
②感觉保证了机体与环境的信息平衡。（感觉剥夺实验）
③感觉是一切较高级、较复杂的心理现象的基础，是人的全部心理现象的基础。感觉是神经系统对外界刺激的反应，它和一切心理现象一样，具有反射的性质，不仅包含了感受器的活动，还包含了效应器的活动。
2感觉的编码
（1）感受器把外界输入的物理能量或化学能量，如光波和声音，通过换能作用，转化为神经系统能够接受的神经能或神经冲动。这个过程就是感觉编码。
（2）编码理论
①神经特殊能量学说：由19世纪德国著名生理学家缪勒提出。
每种感觉神经只能产生一种感觉，而不能产生另外的感觉，如视神经受到刺激产生视觉、听神经受到刺激产生听觉等。感官的性质不同，感觉神经具有的能量不同，由此引起的感觉也是不同的。感觉不决定于刺激的性质，而决定于感觉神经的性质。一般直接感觉的东西，不是外界的物体，而是人们自己的神经，即神经的某种特殊状态。
评价：不合理之处是否定了感觉是对客观世界的认识，否认了人的感觉依赖于外物的性质，在认识论上是错误的。合理之处在于大脑直接加工的材料是神经冲动；承认感觉器官形成感觉的作用；各种感觉神经有自己的性质。
②特异化理论：该理论主张，不同性质的感觉是由不同的神经元来传递信息的。有些神经元传递红色信息，有些神经元传递甜味信息，当这些神经元分别被激活时，神经系统把它们的激活分别解释为“红”和“甜”。
③模式理论：编码是由整组神经元的激活模式引起的。红光不仅引起某种神经元的激活，而且引起相应的一组神经元的激活，只不过某种神经元的激活程度较大，而其他神经元的激活程度较小。整组神经元的激活模式才产生了红色的感觉。
近年来的研究发现，在不同的感觉系统中，神经系统同时采用了特异性编码和模式编码。
3刺激强度与感觉大小的关系——感受性与感觉阈限
（1）绝对感受性与绝对感觉阈限
①刚刚能引起感觉的最小刺激量，称绝对感觉阈限；而人的感官觉察这种微弱刺激的能力，称绝对感受性。
绝对感受性可以用绝对感觉阈限来衡量。绝对感觉阈限越大，感受性就越小。相反，绝对感觉阈限越小，则感受性越大。因此，绝对感受性与绝对感觉阈限在数值上成反比例。
②人类重要感觉的绝对感觉阈限：
视觉：黑暗而空气清鲜的夜晚，30英里外的一支烛光；
听觉：在安静的环境中，20英尺远处的手表滴嗒声；
味觉：2加仑水中加入一茶匙糖；
嗅觉：一公升空气中散布的1/10万毫克的人造麝香的气味；
触觉：一片蜜蜂翅膀从一公分外落在面颊。
③绝对感受性的测量：
E＝1/R
E代表绝对感受性，R代表绝对感觉阈限。这个阈限值并不是绝对不变的。在不同的条件下，同一感觉的绝对阈限可能不同。人的活动的性质，刺激的强度和持续时间，个体的注意、态度和年龄等，都会影响阈限的大小。因此，有人认为，把绝对阈限看成某个固定的刺激量是不妥当的。
（2）差别感受性与差别感觉阈限
①刚刚能引起差别感觉的刺激物间的最小差异量，称为差别感觉阈限或最小可觉差（just noticeable difference，简称JND）。对这一最小差异量的感觉能力，称为差别感受性。
差别感受性与差别感觉阈限在数值上成反比例。差别感觉阈限越小，即刚刚能够引起差别感觉的刺激物间的最小差异量越小，差别感受性就越大。
②韦伯定律：差别阈限与原刺激量之比是一个常数。
K＝ΔI/I
I为标准刺激的强度或原刺激量，ΔI为引起差别感觉的刺激增量，即JND。K为一个常数，它随着被测量的感觉系统的不同而变化。对不同感觉来说，K的数值是不相同的，即韦伯分数不同。韦伯分数越小，感觉越敏锐。韦伯定律只适用于刺激的中等强度。
（3）刺激强度与感觉大小的关系
感觉是由一定刺激引起的。感觉的大小与刺激强度间有着直接的关系。但是，刺激物的物理强度的变化，并不一定引起感觉产生等量的变化。
①对数定律：德国物理学家费希纳提出感觉的大小（或感觉量）是刺激强度（或刺激量）的对数函数。当刺激强度按几何级数增加时，感觉强度只按算术级数上升。费希纳在感觉大小和刺激强度之间，推导出一种数学关系式：
P＝KlgI
I指刺激量，P指感觉量。K是一个常数，它与某种感觉的韦伯分数有关。
意义：提供了度量感觉大小的一个量表，对许多实践部门有重要意义。
不足：假定所有最小可觉差在主观上相等，已经为事实所否定。费希纳定律以韦伯定律作基础，由于韦伯定律只适用于中等强度的刺激，因此，费希纳定律也只有在中等强度的刺激时才适用。
②幂定律：美国心理学家斯蒂文斯采用数量估计法提出心理量是刺激量的乘方函数（或幂函数）。知觉到的大小是与刺激量的乘方成正比例的。这种关系可用数学式表示为：
P＝KIn
P是指知觉到的大小或感觉大小，I是指刺激的物理量，K和n是被评定的某类经验的常定特征。
当n＞1时，等同于对数定律，即物理量增长快于心理量增长。
当n＜1时，心理量增长快于物理量增长。
对能量分布较大的感觉通道（如视觉、听觉）来说，乘方函数的指数低，因而感觉量随着刺激量的增长而缓慢上升；而对能量分布较小的感觉通道（如温度觉和压觉）来说，乘方函数的指数较高，因而物理量变化的效果更明显。
理论意义：该定律说明对刺激大小的主观尺度可以根据刺激的物理强度的乘方来标定。
实践意义：可以为某些工程计算提供依据。
不足：用数量估计法所得到的乘方定律，受到背景效应和反应偏向的影响。
可见，在不同刺激条件下，某种感觉的乘方函数的指数是变化的。
③信号检测论
信号检测论是一种数学方法，用来评价个体的感受性和他的反应标准对信号检测做出的不同贡献。
根据信号有无和观察者的反应，信号检测论将被试的反应分为四种：击中（被试正确报告了信号的出现）、漏报（有信号，但被试没有报告，反应标准较高）、虚报（没有信号，被试却报告有信号，反应标准较低）和正确拒绝（没有信号，被试报告没有）。
意义：信号检测理论对于我们更深刻地理解绝对阈限和差别阈限有重要的意义。
二、视觉
视觉主要由光刺激作用于人眼所产生。在人类获得的外界信息中，80%来自视觉。
1视觉刺激
要看见东西，就需要光。光是具有一定频率和波长的电磁辐射。可见光波长为380～780nm。
人眼接受的光线主要是物体表面反射的光线。
2视觉的生理机制
视觉的生理机制包括折光机制、感觉机制、传导机制和中枢机制。
（1）眼球
人眼由眼球壁和眼球内容物构成。人的眼球壁分三层：外层为巩膜和角膜，中层为虹膜（iris）、睫状肌和脉络膜，内层包括视网膜和视神经内段。眼球内容物包括晶状体、房水和玻璃体，它们都是屈光介质。
（2）视网膜的构造与换能作用
①构造
视网膜最外层是视锥细胞和视杆细胞，第二层含有双极细胞和其他细胞，最内层含有神经节细胞。其中视锥细胞和视杆细胞的区别如下表：
表3-1 视锥细胞和视杆细胞的区别
②换能作用
视觉感受器的换能作用是指当光线作用于视觉感受器时，视杆细胞与视锥细胞中的某些化学物质的分子结构发生变化，它所释放的能量，能激发感受细胞发放神经冲动的功能。
视觉器官借助于换能作用将光能转换成视神经的神经冲动，即神经电信号。对视觉器官来说，具有换能作用的物质称为视觉色素。
人眼视杆细胞的视觉色素叫视紫红质，它由视黄醛和视蛋白构成。视黄醛是一种光敏集团，它的结构近似于维生素A。在光的作用下，视黄醛的形状在变化，化学结构也在变化，这个过程称为视紫红质的光化学反应。在视紫红质分解过程的后一阶段，出现放能反应。所释放的能量就能激发神经的冲动。
（3）视觉的传导机制
电信号从感受器产生以后，沿着视神经传至大脑。传递机制由三级神经元实现：第一级为网膜双极细胞；第二级为视神经节细胞，由视神经节发出的神经纤维，在视交叉处实现交叉，鼻侧束交叉至对侧，和对侧的颞侧束合并，传至丘脑的外侧膝状体；第三级神经元的纤维从外侧膝状体发出，终止于大脑枕叶的纹状区（布鲁德曼17区）。
（4）视觉的中枢机制
①视觉的直接投射区为大脑枕叶的纹状区，这是实现对视觉信号初步分析的区域。纹状区邻近的另一些脑区，负责进一步加工视觉的信号，产生更复杂、更精细的视觉。
②视觉感受野：由休伯和威塞尔发现，是指网膜上的一定区域或范围。当它受到刺激时，能激活视觉系统与这个区域有联系的各层神经细胞的活动。
外侧膝状体细胞的感受野呈圆形，中心与周围具有对抗的性质。对细小的光点起反应。
皮层细胞的感受野同样具有性质对抗的两个区域：开区和关区。对光棒和线条起反应。
③特征觉察器：视觉系统的高级神经元能够对呈现给网膜上的、具有某种特性的刺激物作出反应。这种高级神经元称为特征觉察器。高等哺乳动物和人类的视觉皮层具有边界、直线、运动、方向、角度等特征觉察器，由此保证了机体对环境中提供的视觉信息作出选择性的反应。
④视觉系统可以粗略地分成腹侧和背侧两条通路。腹侧通路从枕叶的初级视皮层到颞下回，主要负责处理颜色和物体形状的信息，因而也称为“What”系统。背侧通路从枕叶到顶叶，主要负责处理运动、空间、位置的信息，因而也称为“Where”系统。
⑤视觉的反馈性调节：视觉不仅依赖于视觉感受器的活动，而且依赖于中枢对视觉器官的反馈性调节。换句话说，由感受器输入的外界信息，经过头脑的加工，将通过传出神经调节视觉器官的活动，使视觉器官更有效地感知外部世界。
3视觉的基本现象
（1）明度
①明度是眼睛对光源和物体表面的明暗程度的感觉，主要是由光线强弱决定的一种视觉经验。物体表面的反射系数对明度也有一定的影响。
②普肯耶现象：在阳光照射下，红花与蓝花可能显得同样亮，而当夜幕降临时，蓝花似乎比红花更亮些。
原因：在不同的光照条件下（白天或夜晚），人们的视觉机制是不同的。当人们从锥体视觉（昼视觉）向棒体视觉（夜视觉）转变时，人眼对光谱的最大感受性将向短波方向移动，因而出现了明度的变化。
③明度的绝对阈限和差别阈限
明度的差别阈限在光强为中等强度时，符合韦伯定律，即K＝ΔI/I。明度的绝对阈限与差别阈限的大小，都与光刺激作用的网膜部位有关。网膜上棒体细胞聚集的地方，对光的感受性高，因为明度绝对阈限值低，而椎体细胞聚集的中央窝部位，明度的绝对阈限值较高。
（2）颜色
①颜色的定义：颜色是光波作用于人眼所引起的视觉经验。
②颜色的特性：色调、明度和饱和度。
色调：主要决定于光波的波长。对光源来说，占优势的波长不同，色调也就不同。对物体表面来说，色调取决于物体表面对不同波长的光线的选择性反射。
明度：是指颜色的明暗程度。颜色的明度决定于照明的强度和物体表面的反射系数。另外，由于明暗对比现象的存在，物体的明度还受其周围物体明度的影响。
饱和度：是指某种颜色的纯、杂程度或鲜明程度。影响因素为光波的混合情况。
③颜色混合
颜色混合分两种：色光混合和颜料混合。
每种颜色都有另一种颜色同它相混合而产生白色和灰色。这两种颜色称为互补色。例如，红色和青绿色，橙黄色和青色，黄色和蓝色，绿色和紫色等，都是互补色。
从光谱上任意取三个颜色，按一定比率混合起来，就可以产生一切彩色和非彩色。这三种颜色称三原色。最好的三原色是红、绿、蓝三色。
④色觉理论
a．三色说。英国科学家托马斯·杨认为，人的视网膜有三种不同的感受器。每种感受器只对光谱的一个特殊成分敏感。后来，赫尔姆霍茨提出，每种感受器都对各种波长的光有反应，红色感受器对长波更敏感，绿色感受器对中波更敏感，蓝色感受器对短波更敏感。因此，当光刺激作用于眼睛时，将在三种感受器中引起不同程度的兴奋。各种颜色经验是由不同感受器按相应的比例活动而产生的。三色理论得到一些实验结果的支持，但是该理论无法解释红绿色盲现象。
b．对立过程理论。黑林认为，视网膜存在着三对视素：黑-白视素，红-绿视素，黄-蓝视素。它们在光刺激的作用下表现为对抗的过程，即同化作用和异化作用。该理论可以解释色盲现象和颜色互补现象。行为实验和电生理学的研究结果，支持了黑林的观点。例如，注视蓝色一段时间再注视黄色，这时会觉得黄色比平时更黄。按对立过程理论，这种现象是由于延长注视蓝色的时间，使黄蓝系统中的蓝色分子消耗殆尽，因而在注视黄色时，黄蓝系统中的黄色分子能充分发挥作用。
后来，科学家经过大量研究发现，在视网膜上存在的三种锥体细胞，分别对不同波长的光敏感。在网膜水平上，色觉是按三色理论提供的原理产生的。而在视觉系统更高级的水平上，存在着功能对立的细胞，颜色的信息加工表现为对立的过程。
（3）视觉中的空间特性
①视觉对比：由光刺激在空间上的不同分布引起的视觉经验，可分成明暗对比与颜色对比两种。
明暗对比：当照明条件一定，某个物体反射的光量相同时，由于周围物体的明度不同，可以产生不同的明度经验。这种现象称为明暗对比。
颜色对比：一个物体的颜色会受到它周围物体颜色的影响而发生色调的变化，对比使物体的色调向着背景颜色的补色方向变化。这种现象称为颜色对比。
②边界突出与马赫带：马赫带是指人们在明暗变化的边界上，常常在亮区看到一条更亮的光带，而在暗区看到一条更暗的线条。
原因：我们可以用侧抑制来解释马赫带的产生。当我们面前出现一个明暗交界的视野时，感受器上的神经细胞接受了不同的光刺激，并产生了不同强度的侧抑制。亮区一侧边界处的细胞既接受了来自亮区一侧相邻细胞较强的侧抑制，也接受了来自暗区一侧相邻细胞较弱的侧抑制，结果使亮区一侧边界处的细胞输出的能量反而高于亮区的其他部分，因而显得更亮；同样，暗区一侧边界处的细胞既接受了来自暗区一侧较弱的侧抑制，也接受了来自亮区一侧较强的侧抑制，结果使暗区一侧边界处的细胞输出的能量反而低于暗区的其他部分，因而显得更暗。
③视敏度：视敏度是指视觉系统分辨最小物体或物体细节的能力。医学上称之为视力。影响视敏度的因素很多，如网膜受刺激的部位、背景的照明、物体与背景之间的对比、眼睛的适应状态等。研究表明，当光刺激落在椎体细胞聚集的中央窝附近时，视敏度最大；偏离中央窝越远，由于锥体细胞的数量减少，视敏度越小。
（4）视觉中的时间特性
①视觉适应：分为暗适应和明适应。
暗适应是指照明停止或由亮处转入暗处时视觉感受性提高的时间过程。早期的暗适应是由锥体细胞与棒体细胞共同完成的。以后，锥体细胞完成暗适应过程，只有棒体细胞继续起作用。整个暗适应持续大约30～40分钟，以后感受性就不再继续提高了。
明适应是指照明开始或由暗处转入亮处时人眼感受性下降的时间过程。明适应进行很快，时间很短暂。5分钟左右，明适应就全部完成了。
②后像：刺激物对感受器的作用停止以后，感觉现象并不立即消失，它能保留一个短暂时间，这种现象称为后像。
③闪光融合：断续的闪光由于频率增加，人们会得到融合的感觉，这种现象称为闪光融合。
④视觉掩蔽：在某种时间条件下，当一个闪光出现在另一个闪光之后，这个闪光能影响到对前一个闪光的觉察，这种效应称为视觉掩蔽。
三、听觉
1听觉刺激
（1）人耳所能接受的振动频率为16～20000赫兹，低于16赫兹的振动称为次声波，高于20000Hz的振动称为超声波，它们都是人耳所不能接受的。
（2）声波的物理属性：频率、振幅、波形。
（3）听觉的基本特性：音调、音响、音色。
2听觉的生理机制
（1）耳的构造和功能
耳由外耳、中耳、内耳三部分组成。
①外耳包括耳廓和外耳道。它的作用主要是收集声音。
②中耳由鼓膜、三块听小骨、卵圆窗和正圆窗组成。当声音从外耳道传至鼓膜时，引起鼓膜的机械振动，鼓膜的运动带动三块听小骨，把声音传至卵圆窗，引起内耳淋巴液的振动。
③内耳由前庭器官和耳蜗组成。耳蜗分三部分：鼓阶、中阶和前庭阶。鼓阶与中阶以基底膜分开。基底膜上的柯蒂氏器包含着大量支持细胞和毛细胞，后者是听觉的感受器。声音经过镫骨的运动产生压力波，引起耳蜗液的振动，由此带动基底膜的运动，并使毛细胞兴奋，产生动作电位，从而实现能量的转换。
（2）听觉的传导机制和中枢机制
和视觉系统不同，听觉系统为皮层提供了同侧和对侧的输入，以对侧为主。听觉的核心皮层在AI或布鲁德曼41区。
3听觉的基本现象
（1）音调
音调主要是由声波频率决定的听觉特性。声波频率不同，我们听到的音调高低也不同。
音调是一种心理量。它和声波的物理特性——频率的变化不完全对应。在1000Hz以上，频率与音调的关系几乎是线性的，音调的上升低于频率的上升；在1000Hz以下，频率与音调的关系不是线性的，音调的变化快于频率的变化。
（2）人耳对声音频率的分析理论
①频率理论
1886年由物理学家拉瑟福德提出。他认为，内耳的基底膜是和镫骨按相同频率运动的。振动的数量与声音的原有频率相适应。
该理论难以解释人耳对声音频率的分析。人耳基底膜不能作每秒1000次以上的快速运动。这是和人耳能够接受超过1000赫兹以上的声音不符合的。
②共鸣理论（又称位置理论）
由赫尔姆霍茨提出。他认为，基底膜的纤维长短不同，靠近蜗底较窄，靠近蜗顶较宽。声音的频率高，短纤维发生共鸣；声音的频率低，长纤维发生共鸣。因而能够实现对不同频率声音的分析。
人耳能够接受的最高频率与最低频率之比为1000∶1，而基底膜上横纤维的长短之比仅为10∶1。可见，横纤维的长短与频率的高低之间并不对应。
③行波理论
由生理学家冯·贝克西提出。他认为，声波传到人耳，将引起整个基底膜的振动。随着外来声音频率的不同，基底膜最大振幅所在的部位也不同。声音频率低，最大振幅接近蜗顶；频率高，最大振幅接近蜗底（即镫骨处）。从而实现了对不同频率的分析。
行波理论正确描述了500Hz以上的声音引起的基底膜的运动，但难以解释500Hz以下的声音对基底膜的影响。
④神经齐射理论
韦弗尔提出。他认为，当声音频率低于400Hz时，听神经个别纤维的发放频率是和声音频率对应的。声音频率提高，个别神经纤维无法单独对它作出反应。在这种情况下，神经纤维将按齐射原理发生作用。
用齐射原理可以对5000Hz以下的声音进行频率分析。声音频率超过5000Hz，位置理论是对频率进行编码的唯一基础。
（3）音响
音响是由声音强度或声压水平决定的一种听觉特性。强度大，听起来响度高；强度小，听起来响度低。
在相同的声压水平上，不同频率的声音响度不同。不同的声压水平可以产生同样的音响。
等响曲线：每条曲线上声音响度感觉是一样的。
（4）声音的掩蔽
①定义：一个声音由于同时起作用的其他声音的干扰而使听觉阈限上升，称为声音的掩蔽。
②种类：纯音掩蔽、噪声对纯音的掩蔽、纯音和噪声对语音的掩蔽。
③影响因素：声音的频率、掩蔽音的强度、掩蔽音与被掩蔽音的间隔时间等。
四、其他感觉
1皮肤感觉
刺激作用于皮肤引起各种各样的感觉，称为肤觉。肤觉的基本形态有四种：触觉、冷觉、温觉和痛觉。肤觉感受器在皮肤上呈点状分布，称触点、冷点、温点和痛点。身体的部位不同，各种点的分布及其数目也不同。
（1）触压觉
①由非均匀分布的压力（压力梯度）在皮肤上引起的感觉，称为触压觉。触压觉分触觉和压觉两种。外界刺激接触皮肤表面，使皮肤轻微变形，这种感觉称为触觉。外界刺激使皮肤明显变形，称为压觉。
②触压觉的感受器是分布于真皮内的几种神经末梢，如迈斯纳触觉小体、毛囊神经末梢和环层小体等。
③皮肤的不同部位具有不同的触觉感受性。指尖、嘴唇、舌尖最敏感，背、腿、肩、脚底不敏感。
（2）温度觉
①皮肤表面温度的变化，是温度觉的适宜刺激。一种温度刺激引起的感觉，是由刺激温度与皮肤表面温度的关系来决定的。
②皮肤表面的温度称为生理零度。身体的不同部位，生理零度不同，因而对温度刺激的敏感程度也不同。
（3）痛觉
①任何一种刺激当它对有机体具有损伤或破坏作用时，都能引起痛觉。痛觉的感受器是皮肤下各层中的自由神经末梢。
②人的痛觉受许多因素的影响，如文化环境、经验的作用，人对伤害性刺激的认识，暗示的作用等。
2嗅觉和味觉
（1）嗅觉
①嗅觉由有气味的气体物质引起，其感受器是鼻腔上部黏膜中的嗅细胞。
②皮层部位：海马回、沟内。嗅觉是唯一不通过丘脑，直接进入大脑的感觉。
③嗅觉感受性受许多因素的影响：刺激物的性质；环境因素、机体状态；适应。
（2）味觉
①感受器：分布在舌面各种乳突内的味蕾。舌尖对甜味最敏感，舌中、舌两侧和舌后分别对咸、酸和苦最敏感。
②味觉在皮层上没有精确的定位。
③味觉感受性受许多因素的影响：温度；适应和对比作用。
3内部感觉
是指反应机体内部状态和内部变化的感觉，包括动觉、平衡觉和内脏感觉。
（1）动觉
①感受器：存在于肌肉组织、肌腱、韧带和关节中，分别命名为肌梭、腱梭和关节小体。
②作用：是随意运动的重要基础；是主动触摸的重要成分；和人类的言语活动有密切关系。
（2）平衡觉
①感受器：位于内耳的前庭器官。包括半规管和前庭两部分。
②平衡觉与视觉、内脏感觉都有联系。当前庭器官兴奋时，视野中的物体似乎出现移动，人的消化器系统也出现呕吐、恶心等现象。
（3）内脏感觉
①感受器：位于脏器壁上。
②内脏感觉性质不确定，缺乏准确的定位。