书城科普解读自身的人体科学(A卷 新编科技大博览)
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第18章 感知世界(1)

脑的照相机——眼球

从地球诞生的那天起,地球就沐浴在太阳光的环境中,当然,从地球上进化出各种各样的生物以后,更是把地球打扮得缤纷绚丽、五光十色。动物在生存过程中,光照对它始终是十分重要的。动物摄取食物,需要有光照才能看得更加清楚。如果动物不能感受到外界的光信息,当然就不能检测到生活环境的危险,很容易被它的天敌所消灭。喜欢群居的高等哺乳动物如果不能感受到光照的信息,显然在与其同类伙伴的各方面交流时也要受到极大的限制。因此,准确及时地获取光的信息对于动物的生存是非常重要的。

为适应光照环境并获取光照的信息,原始动物进化出感光细胞。当动物发展出复杂的神经系统中枢——脑以后,脑的神经元就与感光细胞紧密联系,使得脑能够获取外界的光照世界。专门负责感受光照刺激信息的感官——眼睛,主要就是由感光细胞和脑派出的神经细胞共同组成的。感光细胞负责将外界的光照信息首先接收过来,眼内的神经细胞负责将接收的光照信息初步进行综合分析,并传向大脑皮质视觉中枢,在这里形成清晰的光照感觉。

有的科学家认为,眼睛实际上就是脑的一部分,只是为了更加方便直接的感受外界光线刺激,才从我们的头颅里迁移到了外面。由此可见,眼睛可称得上是大脑的照相机。

科学家们发现,人的大脑所获取的外界信息,有90%以上都是通过眼这个照相机获取并输入到脑的,所以眼是人体最重要的感觉器官。

当然,为了把外界物体的细节看得更加清楚,首先要对进入眼睛的外界光线进行一定的处理,形成清晰的图像。良好的镜头、精密的聚焦设备、调节控制光量度的光圈等,是一架高质量的照相机必不可少的组成部分。实际上,当前最先进的照相机也是根据仿生学原理模仿我们的眼睛制造出来的。

人的眼球壁分为三层,最外层大部分是由致密的组织形成的比较坚硬的巩膜,就像是照相机的外壳,它对于眼球内部的各种构造起到很好的保护作用。每一只眼球的外壁上都附着6条肌肉,分别由3对脑神经控制它们的收缩,使眼睛活动灵活自如、传神达情。外层的前1/6称为角膜,像是照相机最前面的镜头,向前凸出而且透明,外界的光线就是首先从这里进入眼球内部的。

眼球壁的中层是脉络膜,内含许多黑色的色素物质,使眼球形成一个球形的“黑箱”,这层膜既可阻挡进入眼内的光线穿出眼球壁,也可吸收进入眼内的光线,防止四处反射。眼球壁前方的中膜是由平滑肌构成的,最前方形成可以收缩舒张的圆孔,叫做瞳孔,作用与照相机的光圈是一样的,可以控制进入眼内部光线的多少。瞳孔后面有一圈增厚的平滑肌,叫做睫状体,睫状体通过许多的纤维小带与晶状体相连。晶状体富于弹性,是一个中心向前后双面凸出的透镜,当睫状体收缩或者舒张时,睫状小带可以松弛或紧张,从而使晶状体的凸度发生改变,以调节眼睛的聚焦成像。晶状体相当于照相机的聚焦设备。

眼球壁的内层结构最为复杂,由多层的细胞构成,叫做视网膜。最外层紧靠脉络膜的是一层色素上皮细胞,眼的感光细胞就紧贴着色素上皮细胞。与感光细胞直接形成联系的神经细胞叫做双极细胞,双极细胞的另一极与神经节细胞相联系。视网膜上的神经节细胞比较少,只有感光细胞总数的1%,神经节细胞的轴突集中到一起穿出眼球壁形成视神经,一侧视神经中有100多万根神经纤维,它们是负责将眼感受的光信息传向脑中枢的“光导纤维”。

外界物体发出的光线,从角膜进入眼球内部,要穿过房水经瞳孔,再经过晶状体进入玻璃体,最后才能到达视网膜上的感光细胞上。眼睛光线在经过这一系列不同的透光物质时其前进的方向要发生改变,形成折射,其中晶状体产生的折射角度最大。外界物体发出的光线最后聚焦在视网膜上,形成一个清晰的、倒立的物像。据测定,我们眼前5米远的一个高30厘米的物体,在视网膜上形成的物像大约高1毫米。物像的每一个“像点”分别被感光细胞所接收,最后产生神经冲动经视神经纤维传入脑中枢,在大脑皮质的枕叶形成视觉。

在视网膜上形成的物像既然是倒立的,那为什么我们却感到物体是正立的呢?这就要归功于神奇大脑的校正功能了。科学家们为此做过这样的有趣实验,让受试者戴上一种特殊的眼镜,使视网膜上形成的物像正立过来。这样一开始受试者反而感到整个世界是上下颠倒的。不过当连续戴上这样的眼镜4天以后,大脑又感到世界是正立的了,一切都如同以前一样。这时候如果突然再把配戴的特殊眼镜取下来,受试者又感到世界上下颠倒了。不过这也是暂时性的,几天以后,神奇的大脑又会把颠倒了的世界再次颠倒过来。

“眼观六路”的秘密

“眼观六路,耳听八方”。

眼,作为一个精密的感觉器官,它的结构自然十分复杂,与此相适应,眼的神经支配也视觉成像原理图与其他器官不同。

一般的器官,仅有一两种神经支配,而眼却有多重神经支配,这也是眼球所特有的。

你从镜子里观察自己的眼睛,这是视神经的作用,它帮助你从镜子中看见了自己。眼球可以上下左右转动,左顾右盼。上眼睑可以抬起来,也可以落下去。心情激动时,眼睛还能流出汩汩的泪水……

除了传导视觉冲动的“视神经”外,眼球的神经还有支配眼球外肌的“动眼神经”(支配上睑提肌、上直肌、内直肌和下斜肌)、“滑车神经”(支配上斜肌)、“展神经”(支配外直肌)。

此外,眼睛里还有管理眼球感觉的“三叉神经”,支配瞳孔括约肌的“副交感神经”,支配瞳孔开大肌的“交感神经”,以及管理泪腺分泌的“面神经”。

眼球有这么许多的神经支配,这就充分保证了眼球能更好地完成其功能。如果其中的任何一条神经发生损伤,都能导致眼球的功能发生障碍。

瞳孔反射是重要的生命体征

在医院里,当医生对垂危病人进行检查时,往往要用手电筒照射病人的一侧瞳孔,观察两侧瞳孔是否缩小,这就是“瞳孔对光反射”。正常人在照射以后,两侧瞳孔缩小。如果病人处于垂危状态,尤其是中脑受到抑制,就会出现瞳孔对光反射消失,因此,瞳孔对光反射对判断病人的病情至关重要,此反射消失是“脑死亡”的指征之一。

为什么光照一侧瞳孔,能引起两侧瞳孔收缩呢?这就涉及到对光反射的途径问题。

当一侧视网膜接受光线刺激后,光波信号经视神经、视束,传至中脑的两侧“顶盖前区”,再由“顶盖前区”发出纤维,至两侧的“动眼神经副交感核”,由“动眼神经副交感核”发出纤维至两侧的“睫状神经节”,最后由“睫状神经节”发出纤维,支配瞳孔括约肌,引起两侧瞳孔缩小。在上述传导过程中,有两次交叉。所以,光照一侧瞳孔,必然同时引起两侧瞳孔缩小。

因为瞳孔对光反射的中枢在中脑,故在病情危重时,病人的对光反射消失,瞳孔散大,意味着病情极其严重,甚至是濒死的指征,它表明中脑已对瞳孔失去调节作用。

看书与朗读的秘密

老师在教学生认字时,总是让学生一边看着书本,一边读出声来。所以才有了“书声琅琅”这句成语。看到书上的文字,然后读出声来,这是一个很普通的现象。但是若要知道其间的神经联系,可就复杂多了。

首先,文字的视觉信号要通过视觉通路,传到大脑皮质的视觉中枢;其次由视觉中枢,传到视觉性语言中枢,在那里理解文字的意义;再次,通过大脑皮质的分析、综合,将视觉性语言中枢与在额下回后部的“运动性语言中枢”相联系;最后,在运动性语言中枢的控制下,大脑皮质“中央前回”下部管理语言肌运动的神经元兴奋,使语言肌收缩,才能说出有意义的话来。

如果“运动性语言中枢”受到损伤,即使看懂了文字,也不能将它读出来,这就是“运动性失语症”。这时,虽然与发音有关的肌肉并没有瘫痪,但却丧失了说话的能力。

夜盲症的来龙去脉

“人有昼而睛明,至瞑则不见物,世谓之雀目,言其如鸟雀,瞑便无所见也。”这是我国隋代著名医学家巢元方在《巢氏病源》一书中的一段话,意思是说,有的人在白天的时候,视觉良好。但是,一到了晚上或光线很弱时,就什么也看不见了。就好像鸟儿一样,一到黑天时候,就看不清东西了。当时把这种病称为“雀目症”,也就是今天人们经常说的“夜盲症”。

由于当时还没有发现这种病的病因,所以治疗的方法也非常有趣。在《千金方》一书中记载道:在黄昏的时候,让病人举起一根棍子,在田野里将鸟儿打得惊起,嘴里还要不停地喊着:“紫公,紫公,我还汝盲,汝还我明。”当然,这是一种迷信的方法,根本不会治好病人的夜盲症。

夜盲症是怎样引起的呢?

原来,在人体的视网膜上,有两种感光细胞——“视杆细胞”和“视锥细胞”。视杆细胞专管弱光的刺激,而视锥细胞则专管强光和有色光的刺激。

视杆细胞是怎样进行工作的呢?它含有感光物质,称“视紫红质”。视紫红质是由维生素A和视蛋白结合而成。如果人体缺少维生素A,不能合成视紫红质,视杆细胞就不能发挥作用。于是,病人在晚上或光线很弱时,就看不见东西了。

要治疗这种病,需要多吃含维生素A的食物,如胡萝卜、西红柿、肝和鸡蛋等。如果是视杆细胞本身的毛病,就要请眼科医生治疗了。

在鸡和许多鸟类的视网膜内,本来就没有视杆细胞,所以这些动物只能在白昼活动(昼行动物)。而有些动物则相反,它们的视网膜内没有视锥细胞,故只能在夜间活动(夜行动物),如蝙蝠。

眼睛中的“调色盘”

当你放眼望世界的时候,各种色彩都会跳进你的眼帘:红艳艳的花朵,绿油油的叶子,青青的草,蓝蓝的天,洁白的天鹅和墨黑的乌鸦。嗬,大自然是那么多姿多彩。

我们怎么会感觉到这千百万种色彩的呢?关键在于人的双眼有“调色盘”的功能。

1802年,英国科学家扬格说,世界上那繁多复杂的颜色,可能都是由红、绿、蓝三色所变化出来的。而人类眼睛里的视网膜上恰恰有能分辨这三种颜色的“感光色素”,并且能根据这三种颜色调配出千变万化的色彩来。因为眼睛里有这些感光色素,我们才看到了自然界的“本来面目”。不过,视觉的“三色说”提出后,有人又提出了“四色说”,即认为红、绿、蓝、黄才是组成五彩缤纷的世界的“原型”。前几年,日本一学者通过色觉研究证明:视锥细胞有三种类型,它们分别对红、绿、蓝光最敏感,从而证实了扬格在100多年前的说法。

但是,眼睛感觉到的颜色又是怎样传给大脑,并由大脑最后分析鉴定的呢?这个问题尚未得到科学的解释。因为颜色视觉还有心理上的因素。例如,有一件蓝衣服,主人不论在暗光下还是在亮光下,也不论是在黄色路灯下还是夕阳的红光里,都把它看成是蓝色的,可陌生人则不易判断它的“真正”颜色。例如,若把这件蓝衣的彩色幻灯片放在黄色屏幕上,人们看到的便是“灰衣”。但假如先让幻灯片放在白屏幕上,使人先得知它是蓝色的,再映在黄色屏幕上,人们则仍视衣服为蓝色。你说奇怪不奇怪?

眉毛和眼睫的用处

很多人以为,眉毛和眼睫毛长在脸上,除了与容貌有关外,没有其他作用了。因此,许多女孩为了美容,常把原先黑黑的眉毛拔去,再用眉笔画一条弯弯的“蛾眉”,装上长长的假睫毛,其实,这样做是不利于健康的。

为什么这样说呢?因为眉毛和眼睫毛并非脸上的摆设,它们都有各自的作用。

一个人的眉毛虽然只有几百根,但千万别轻视它们。眉毛的作用是保护眼睛,它能像堤坝那样,挡住从额头流下来的汗水和雨水,也可以像防护林那样接住落下的灰尘,防止这些东西直接进入到眼睛中。

人类的眼睫毛也不是纯粹为了美而长出来的,它位于眼睛的上下两边,就像两幅开闭自如的窗帘,保护着娇嫩的眼睛。眼睫毛的最大作用是,遮挡在眼睛上方,避免过分强烈光线的照射,也可以防止灰尘落入眼内。

千万不要为了美容而拔眉毛,这样的话,不仅失去了保护眼睛的一道屏障,而且还会带来其他的危害。

如果失去了眉毛,来自头顶、额部的汗珠、雨水和灰尘等容易进入眼睛,导致眼睛发炎、充血肿胀,影响学习和工作。而且眉毛拔除后,眉毛局部组织受到不良刺激,毛囊口开放,细菌就可以乘机侵入,引起局部的蜂窝组织炎。

脑的监听器——耳朵

据科学家们研究,在人的视觉器官、平衡器官和听觉器官这三种最为重要的感官中,听觉器官形成得最晚。因为当地球上开始出现生耳廓外貌命的时候,可以说是一片死一般的沉寂,那时候仅有的声音就是雷电的炸裂声、狂风的呼啸声和大海的怒吼声。低等的动物对于这些声音是不感兴趣的。当动物进化到比较高级阶段,学会了走动奔跑、互相吞食以后,它们才开始对地球上的声音产生接收和鉴别的需要。出于本能和动物之间联系的需要,动物们也开始发出声音,并发展了它们的听觉器官——耳。

听觉的形成最终是在大脑中完成的。耳,成了脑获取外界声音信息的监听器。人耳在结构复杂性方面,仅次于视觉器官,致使耳这部监听器具有高度的灵敏性。