現代心理學荊承紅jchzmx@126.com（發展與教育心理學博士）第二編人的信息加工

第三章感覺

主要內容什么是感覺神經特殊能量學說感受性視覺聽覺其他感覺感覺所遵循的共同規律一、什么是感覺(sensation)定義：是人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物的個別屬性的反映。感覺的重要性感覺提供了內外環境的信息。感覺保證了機體與環境的信息平衡。信息超載或不足，都會破壞信息的平衡，對機體帶來嚴重的不良影響。大城市中“信息超載”，使人產生“冷漠”的態度；“感覺剝奪”，使人無法忍受，產生不安和痛苦。每天得到500元，你可以在這里呆多久？感覺剝奪實驗（1954）：刺激對人正常生存的重要性感覺剝奪實驗感覺剝奪（sensorydeprivation）時間、地點：該實驗是20世紀50年代初在加拿大的McGill大學首先進行的，隨后迅速發展到美國和歐洲的很多大學和研究所。起因有感于當時參加朝鮮戰爭的很多美軍戰俘受到中國人民志愿軍的“洗腦”，回國后轉而開始反對美國資本主義制度，使研究者對經過一段時間內的感知覺剝奪的人類的行為改變感興趣。感覺剝奪實驗目的：研究在一定時間內的感知覺剝奪對正常成人的影響。對外界宣傳的易感性（Susceptibility）是研究的主要題目。實際研究還包括大腦皮層的激活、認知系統、運動操作等各個方面心理特點的研究。范式：標準的感覺剝奪實驗在嚴格控制的實驗室中，盡可能地剝奪被試者的感覺躺在一個非常柔軟的、盡可能減少身體感覺的床上；眼上蒙著特制的、只能看到漫射光但看不到任何形狀或圖形的眼罩；手和腳都要戴上厚紙套，將觸覺刺激減至最小；將室內的可能的各種聲音盡量減到最低或完全隔音。觀察被試者的表現、堅持時間的長短，記錄他們的心率、皮膚電阻、腦電、生物化學指標等。結果Bexton,Heron&Scott(1954)首次報告了感覺剝奪的實驗結果。實驗開始時，被試還能安靜地睡著，但稍后，被試開始失眠，不耐煩，急切地尋找刺激，他們想唱歌，打口哨，自言自語，用兩只手套互相敲打，或者用它去探索這間小屋。被試變得焦躁不安，老想活動，覺得很不舒服。實驗中被試每天可以得到20美元的報酬。但難以讓他們在實驗室中堅持這種實驗到2天-3天以上實驗說明：來自外界的刺激對維持人的正常生存是十分重要的。感覺剝奪實驗的變式只剝奪運動，不剝奪其他社會刺激只剝奪聲音和視覺刺激，不剝奪運動專門剝奪社會刺激，安排在一個與外界隔絕的枯燥環境中，但不剝奪被試者的感覺刺激感覺剝奪實驗的結果持續的感覺剝奪能夠產生大腦皮層喚醒能力的降低酮類固醇激素水平顯著上升情緒、認知和行為等方面的紊亂在感覺剝奪后期，被試者會出現思維反應遲鈍思維過程受到擾亂智力測驗的成績嚴重變壞白日夢幻聽、幻視等精神異常現象二、神經特殊能量學說（theoryofspecificnerveenergy）代表人物：19世紀德國著名生理學家繆勒（JohannesMüller,1801-1858）最早研究了感覺編碼問題，并提出了神經特殊能量學說。事實相同的刺激作用于不同的感官，得到不同的感覺不同的刺激作用于相同的感官，得到相同的感覺學說的內容各種感覺神經具有自己特殊的能量，它們在性質上是互相區別的。每種感覺神經只能產生一種感覺，而不能產生另外的感覺。感官的性質不同，感覺神經具有的能量不同，由此引起的感覺也是不同的。繆勒的結論感覺不決定于刺激的性質，而決定于感覺神經的性質。我們直接感覺的東西，不是外界的物體，而是我們自己的神經，即神經的某種特殊狀態。“我們始終不能直接知覺外物自身的性質。”“我們所知道的只是我們的感覺。”評論大腦直接加工的材料是外物引起的神經沖動。這點有其合理的一面。人腦對神經信號的加工是一種譯碼的過程，它能揭示這種神經信號所代表的現實刺激物的特性，幫助人們獲得關于外部世界的知識。只承認人腦對神經自身狀態的直接感受，否認人的感覺依賴于外物的性質，這是不對的。客觀刺激的決定作用動物進化的歷史告訴我們，感覺神經的分化是有機體適應環境的結果。環境中存在各種刺激，才產生了與這些刺激性質相適應的感覺。感覺的性質不是由感覺神經的特殊能量決定的，而是由客觀世界刺激的性質最終決定的。三、感受性與感覺閾限感受性：感覺敏度感覺閾限：衡量感受性水平高低的客觀標尺關系：反比種類：1）絕對感受性與絕對感覺閾限絕對感受性（absolutesensitivity）

感覺最小刺激量的能力絕對感覺閾限（absolutesensorythresholds）

能引起感覺的最小刺激量關系：反比E=1/RE

代表絕對感受性R

代表絕對感覺閾限絕對感覺閾限并不是絕對不變的影響閾限大小的因素人的活動的性質刺激的強度和持續時間個體的注意、態度和年齡人類各種感覺的絕對感受性都很高。在黑暗清新的夜晚，人可看見30英里外的一支燭光，強度約為10個光子；在安靜的環境中，人能聽到20英尺遠處的手表滴答聲，強度約為2X10-9N/cm2；

人能嗅到一公升空氣中散布的1/10萬毫克的人造麝香的氣味。2）差別感受性與差別閾限差別感受性（differencesensitivity）

感覺最小差別量的能力差別閾限（differencethreshold）或最小可覺差（J.N.D）

剛剛能引起差別感覺的刺激物間的最小差異量。差別感受性與差別閾限在數值上成反比例韋伯定律(Weber’slaw)代表人物：德國生理學家韋伯（Weber）時間：1834主要內容：K=?I/II為標準刺激的強度或原刺激量?I

為引起差別感覺的刺激增量，即J.N.D

K

為一個常數對不同感覺來說，K的數值是不相同的，既韋伯分數不同。根據韋伯分數的大小，可以判斷某種感覺的敏銳程度韋伯分數越小，感覺越敏銳適用范圍：中等強度的刺激。刺激過弱或過強，比值都會發生改變。5影響形成遺傳因素實踐活動四、視覺（vision）視覺刺激視覺的感受器視覺信息的傳導視覺的中樞機制視覺的感受野特征覺察器視覺的基本現象視覺理論1視覺刺激光波：380--780nm光波的三個物理特性振幅波長純度心理特性明度（brightness）明度指顏色的明暗程度。色調相同的顏色，明暗可能不同。顏色的明度決定于照明的強度和物體表面的反射系數。世界上最白的東西是氧化鎂，反射率大于90%。色調（hue）色調主要決定于光波的波長。對光源來說，由于占優勢的波長不同，色調也就不同。700nm占優勢，紅光源；510nm占優勢，綠光源。對物體表面來說，色調取決于物體表面對不同波長的光線的選擇性反射。反射光中，長波占優勢，物體呈紅色或橘黃色反射光中，短波占優勢，物體呈藍色或綠色。飽和度（saturation）飽和度指某種顏色的純雜程度或鮮明程度。純的顏色都是高度飽和的，例如鮮紅、鮮綠等。混雜上白色、灰色或其他色調的顏色，是不飽和的顏色，例如醬紫、粉紅、黃褐等。完全不飽和的顏色根本沒有色調，如黑白之間的各種灰色視覺感受野（receptivefields）從20世紀60年代以來，休伯（Hubel）和威塞爾（Wiesel）等對視覺感受野進行了系統研究網膜上一定區域或范圍的感光細胞轉換的神經能量能激活與這個區域有聯系的視覺系統各層神經細胞的活動，也就是處于某一層次的神經細胞只是接受來自一定區域的感光細胞送來的信息。網膜上的這個感光細胞區域就叫作相應神經細胞的感受野。特征覺察器根據感受野的研究，休伯等人認為，視覺系統的高級神經元能夠對呈現給網膜上的、具有某種特性的刺激物作出反應。這種高級神經元叫特征覺察器。高等哺乳動物和人類的視覺皮層具有邊界、直線、運動、方向、角度等特征覺察器，由此保證了機體對環境中提供的視覺信息作出選擇性的反應。視覺的基本現象視覺的空間因素：視覺對比，馬赫帶，視敏度視覺的時間因素：視覺適應，后像，閃光融合1）視覺對比（visualcontrast）視覺對比是由光刺激在空間上的不同分布引起的視覺經驗。明暗對比顏色對比明暗對比是由光強在空間上的不同分布造成的對比不僅能使人區別不同的物體，而且能改變人的明度經驗。這種現象叫明度對比效應。視覺的空間因素視覺的空間因素視覺的空間因素顏色對比一個物體的顏色會受到它周圍物體顏色的影響而發生色調的變化。對比使物體的色調向著背景顏色的補色的方向變化。2）馬赫帶（Machband）馬赫帶是指人們在明暗交界的邊界上，常常在亮區看到一條更亮的光帶，而在暗區看到一條更暗的線條。視覺的空間因素視覺的空間因素側抑制作用較好地解釋了馬赫帶所謂側抑制是指某個神經興奮后，會抑制其鄰近神經活動。從刺激物的能量分布來說，亮區的明亮部分與暗區的黑暗部分，在刺激的強度上和該區的其他部分相同，而我們看到的明暗分布在邊界處卻出現了起伏現象。可見，馬赫帶不是由于刺激能量的實際分布，而是由于神經網絡對視覺信息進行加工的結果，即側抑制的結果。視覺的空間因素3）視敏度（visualacuity）視敏度是指視覺系統分辨最小物體或物體細節的能力。視力視敏度的大小通常用視角大小來表示。視角：物體通過眼睛節點所形成的夾角。視角大小取決于物體的大小及物體離眼睛的距離視覺的時間因素4）視覺適應適應是我們熟悉的一種感覺現象。它是由于刺激物的持續作用而引起的感受性的變化。在視覺范圍內，可分為暗適應明適應暗適應（darkadaptation）暗適應是指照明停止或由亮處轉入暗處時視覺感受性提高的過程。我們從陽光直射的室外進入電影院在夜晚由明亮的室內走到室外視覺的時間因素：整個暗適應持續大約30分鐘-40分鐘，以后感受性就不再繼續提高了。明適應（brightadaptation）明適應是指照明開始或由暗處轉入亮處時人眼感受性下降的過程。暗適應時間較長，而明適應進行很快，時間很短暫。在一秒鐘的時間內，由明適應引起的閾限值上升，就已很明顯；在5分鐘左右，明適應就全部完成了。視覺的時間因素：5）后像（afterimage）定義：刺激物對感受器的作用停止以后，感覺現象并不立即消失的現象。種類正后像：后像的品質與刺激物相同。負后像：后像的品質與刺激物相反。顏色視覺也有后像，一般為負后像。用眼睛注視一朵綠花，約一分鐘，然后將視線轉向身邊的白墻，那么在白墻上將看到一朵紅花。視覺的時間因素：視覺的時間因素：6）閃光融合（criticalflicker）定義：斷續的閃光由于頻率增加，人們會得到連續的感覺，這種現象叫閃光融合。閃光融合臨界頻率（criticalflickerfrequency）：剛剛能夠引起融合感覺的刺激的最小頻率。色覺理論三色說對立過程理論1）三色說（trichromatictheory）英國科學家托馬斯?揚（Young,1807）假定，人的視網膜有三種不同的感受器。每種感受器只對光譜的一個特殊成分敏感。當它們分別受到不同波長的光刺激時，就產生不同的顏色經驗。光敏感曲線1860年，赫爾姆霍茨（H.von.Helmholtz,1821-1894）設想，每種感受器對各種波長的光都有反應。但是，紅色感受器對長波更敏感（長波受納器）；綠色感受器對中波更敏感（中波受納器）；藍色感受器對短波更敏感（短波受納器）。三條不同的光敏感曲線。三色理論當光刺激作用于眼睛時，將在三種感受器中引起不同程度的興奮各種顏色經驗是由各種感受器按相應的比例活動而產生的三色理論與在錐體細胞中現已發現的三種視覺色素是一致的，且能很好地說明顏色混合的事實但是，三色理論不能解釋紅綠色盲2）對立過程理論（opponent-processtheory）代表人物：黑林（Hering）時間：1874具體內容：視網膜存在著三對視素黑-白視素紅-綠視素黃-藍視素它們在光刺激的作用下表現為對抗的過程同化作用（assimilation）

異化作用（disassimilation）證明：心理學家赫爾維奇和詹米遜（Hurvich&Jameson,1958）用心理物理學方法，證實了黑林的對立作用理論。視網膜上，存在三種錐體細胞短波感受器，中波感受器，長波感受器。視覺系統的高級水平上，存在三對對立細胞黑-白細胞，紅-綠細胞，黃-藍細胞。紅-綠細胞和黃-藍細胞與顏色編碼有關，而黑-白細胞與明度有關。聽覺聽覺刺激聽覺的生理機制聽覺的基本現象聽覺理論1聽覺刺激

聲波是聽覺的適宜刺激。聲波的物理性質頻率：發聲物體每秒振動的次數（周/秒）。人耳能接受的振動：16Hz-20000Hz次聲：低于16Hz的振動超聲：高于20000Hz的振動振幅：振動物體偏離起始位置的大小。波形：基音與陪音的配合、比例關系聲波最簡單的波形是正弦波。純音：由正弦波得到的聲音復合音：由不同頻率和振幅的正弦波疊加而成的。聲波的心理特性1）音調音調主要是由聲波頻率決定的聽覺特性人的聽覺的頻率范圍為16-20000赫茲1000-4000赫茲是人耳最敏感的區域音響與音色2）音響音響是由聲波的振幅決定的一種聽覺特性。測量音響的單位是貝爾（Bel）或分貝爾（dB）人的音響的下閾為0分貝，人的音響的上閾約130分貝音響與聲音頻率的關系（等響曲線）在相同的聲壓水平上，不同頻率的聲音響度是不同的不同的聲壓水平卻可產生同樣的音響。3）音色由于振動形式不同所引起的主觀感覺的差異叫做音色2聽覺的生理機制耳的構造和功能外耳：耳廓，外耳道中耳：鼓膜，三塊聽小骨，卵圓窗，正圓窗內耳：前庭器官，耳蝸聽覺的傳導機制和中樞機制聽神經：第八對腦神經聽覺的核心皮層：布魯德曼41區3聽覺基本現象聲音掩蔽一個聲音由于同時起作用的其他聲音的干擾而使聽覺閾限上升，稱為聲音的掩蔽。掩蔽作用的大小隨噪音的增加而加大。4聽覺理論人耳怎樣分析不同頻率的聲音，產生高低不同的音調？1）頻率理論（電話理論）代表人物：羅·費爾得，物理學家年代1886年主要觀點內耳的基底膜是和鐙骨按相同頻率運動的。振動的數量與聲音的原有頻率相適應。如果我們聽到一種頻率低的聲音，連接卵圓窗的鐙骨每次振動次數較少，因而使基底膜的振動次數也較少。如果聲音刺激的頻率提高，鐙骨和基底膜都將發生較快的振動。問題：人耳基底膜不能作每秒1000次以上的快速運動。這是和人耳能夠接受超過1000赫茲以上的聲音不相符合的。2）共鳴理論（位置理論）代表人物：赫爾姆霍茨年代：19世紀中葉主要觀點：由于基底膜的橫纖維長短不同，靠近蝸底較窄，靠近蝸頂較寬，因而就像一部豎琴的琴弦一樣，能夠對不同頻率的聲音產生共鳴。聲音刺激的頻率高，短纖維發生共鳴，作出反應；聲音刺激的頻率低，長纖維發生共鳴，作出反應。人耳基底膜約有24000條橫纖維，它們分別反應不同頻率的聲音。證據：3）行波理論（travellingwavetheory）代表人物：馮·貝克西（VonKekesy），生理學家年代：20世紀40年代主要觀點：聲波傳到人耳，將引起整個基底膜的振動。振動從耳蝸底部開始，逐漸向蝸頂推進，振動的幅度也隨著逐漸增高。振動運行到基底膜的某一部位，振幅達到最大值，然后停止前進而消失。隨著外來聲音頻率的不同，基底膜最大振幅所在的部位也不同，從而實現了對不同頻率的分析。證據：4）神經齊射理論（neuralvolleyingtheory）代表人物：韋弗爾（Wever）年代：1949年主要內容：當聲音頻率低于400赫茲以下時，聽神經個別纖維的發放頻率是和聲音頻率對應的。聲音頻率提高，個別神經纖維無法單獨對它作出反應。在這種情況下，神經纖維將按齊射原則發生作用。個別纖維具有較低的發放頻率，它們聯合“齊射”，就可反應頻率較高的聲音。證據：韋弗爾指出，用齊射原則可以對5000赫茲以下的聲音進行頻率分析。當聲音頻率超過5000赫茲時，位置理論是對頻率進行編碼的唯一基礎。六、其他感覺皮膚感覺嗅覺和味覺內部感覺1膚覺（skinsenses）定義：刺激作用于皮膚引起的各種各樣的感覺。膚覺的基本形態觸覺冷覺溫覺痛覺膚覺感受器在皮膚上呈點狀分布觸點，冷點，溫點，痛點膚覺對人類的正常生活和工作有重要意義。觸壓覺定義：由非均勻分布的壓力（壓力梯度）在皮膚上引起的感覺。觸覺：外界刺激接觸皮膚表面，使皮膚輕微變形。壓覺：外界刺激使皮膚明顯變形。癢覺：有機械刺激，還有化學刺激。觸壓覺的感受器分布于真皮內的幾種神經末梢。皮膚