三、五花八门的感觉

严格地说,五花八门的感觉,都属于神经系统的机能。神经系统的机能可大致分为三类:

第一就是感觉机能,包括神经系统通过感觉器官或感受器(感觉器官比较复杂,除感受器外,还有许多附属结构,如眼球,除视网膜上的视觉感受器——视觉细胞外,还有一系列结构,而感受器比较简单)对体内外刺激的感受机能。

第二是运动机能,包括对躯体运动(骨骼肌的收缩)的调节,对内脏器官平滑肌、心肌运动以及内、外分泌腺分泌活动的调节。

第三是神经系统的高级机能,对各种刺激和反应的整合,作出协调的活动以适应内外环境的变化。包括动物的各种行为、学习、记忆等。

在这里我们集中说一说感觉机能,不过要略去许多感觉器官的构造,因为太细致和专门了。

1.感觉是怎样实现的

刺激人的感受器,如光对视网膜的刺激,声音对内耳的刺激,气味对鼻内嗅觉细胞的刺激,味道对舌上味蕾的刺激,压力或温度、伤害的刺激皮肤上各种感受器,在人的主观意识中引起了各种感觉。所以感觉是客观世界的主观映象,是意识与外部世界的直接联系,人们只有通过感觉才能直接认识世界。

感觉机能的障碍,如盲人、聋人,给人们带来了非常明显的困难和痛苦,先天性耳聋,必定导致哑巴,因为无法听,就无法学会说话。丧失大部分感觉机能的动物和人,基本上切断了与外部环境的联系,大部分时间都会处于昏睡状态。

所以感觉器官或感受器是各种信息进入神经系统的唯一窗口,关闭了这些窗口,动物和人都难以生存和适应环境的变化。

感觉是怎样实现的呢?

(1)要有正常的感受器

这些感受器种类很多,有各种分类的方法。例如英国生理学家谢灵顿(Sherrington 1906),把感受器分为四类:

外感受器——指的皮肤感受器,包括触(压)觉、温觉、冷觉、痛觉,提供靠近身体的外部环境变化的信息。

距离感受器——指的是眼、耳、鼻,提供距离身体较远的外部环境变化的信息。

本体感受器——指的是肌肉、肌腱、关节、前庭(在内耳中)中的感受器,感觉身体在空间的位置和运动情况的信息。例如头向侧、向前、向后,手的位置,脚的位置,躯体直立还是平躺等等。

内感受器——分布在内脏的各种感受器,感觉内脏状况的各种信息。例如内脏痛觉、饥饿、恶心、尿感、便意等,还包括像颈动脉处,主动脉上的对血中二氧化碳浓度敏感的感受器。

当然也可按感受刺激的性质或其他根据来分类。

(2)适宜的刺激

一种感受器只对一种特殊形式的刺激能量有很高的敏感性,而对其他形式的刺激能量敏感性极低,或根本不发生反应。如视觉细胞是对光的刺激敏感,听觉细胞是对声波的刺激发生反应,嗅觉细胞是对气体中的化学分子发生反应,味蕾是对溶于水的化学分子发生反应。皮肤上的触觉、温觉、冷觉、痛觉各司其职,所以用麻醉药局部麻醉后,除了不痛,别的感觉照样存在。即使同是视觉细胞还分为两种,视锥细胞和视杆细胞,视杆细胞对光的敏感度高于视锥细胞20000倍,微弱的光线下就靠它了,但它不能分辨颜色,分辨颜色的是视锥细胞。

(3)刺激的强度

外界刺激作用于动物体或人体,必须达到一定的强度才能产生感觉,能够刚刚引起感觉的刺激强度称外强度阈或刺激阈。这就反应在感受器的灵敏度上,例如人的嗅觉可以觉察空气中仅有的0.00004毫克的人造麝香,但人和猿猴属于嗅觉不发达类,狗的嗅觉灵敏度就比人高出几百倍。同一个体不同部位的触觉敏感度也不一样,可用一个圆规的两尖足,调节其距离在体表不同部位碰触,距离大,会感觉是两个接触点,距离小到一定程度,就会感到只有一个接触点了。像背、大腿、手臂等部位,小于60~70毫米,就分不清两点了,两舌尖、唇、指尖则数毫米尚能分辨。

(4)把刺激的能量转化为神经冲动并进行放大

感觉器的真正作用是把刺激的能量——任何刺激都是一种能量形式,如光能、机械能、声波能、化学分子的运动能等等,转换为神经冲动——电位变化,由传入神经纤维去传递。而且还放大许多倍。据计算,视觉系统的感觉接受光子的能量,到视觉感觉器输出的电能,其功率至少放大了100000倍。这对动物的生活具有重要意义。因为远距离的微弱的信号,就可感知,而作好逃避或搏斗的准备。当我们自认为轻手轻足,偷偷地接近动物时,你可能体会到过,它发觉了,飞了,跑了。

(5)要有畅通的传导通路传到相应的神经中枢,直至大脑皮层的最高级的感觉中枢

这样才能真正感觉到。在高等脊椎动物和人类,除嗅觉传入神经直达大脑皮层以外,其他各种感受器的传入神经纤维,都要汇集到丘脑,再进入大脑皮层的各个感觉分区。所以丘脑是一个大门,是关键的地方。因此任何通道上的阻滞或大脑皮层相应感觉区的损坏,都会引起感觉障碍。例如脑瘤或脑溢血,挤压、损伤了大脑皮层的某感觉区,就会引起相应的感觉丧失和异常。

感觉就是这样实现的,各种感受器或感觉器官的结构只是对具体感觉的适应。各种动物的感觉器官或感受器则进化水平不同,体制结构不同,生活方式不同而表现出五花八门。

2.动物怎样看世界

对于我们自己的眼睛,照照镜子就可见个大概,而且由于从小接受爱护眼睛的教育,或不得不去配戴不同的眼镜而有了许多常识。例如眼睛中最重要的是眼球,黑眼珠、蓝眼珠都是指的透明的角膜掩蔽着的有色素的虹膜。黑眼珠中央的深不可测的小圆孔是瞳孔。它之所以看似深不可测,是因为它的后面是透明的晶状体和玻璃体(液)。物体反射出的光线经过它们的折射而在后面的视网膜——视觉细胞分布处,由无数光点拼成一个物像。这些光点引起的神经冲动沿视神经,经丘脑,传到大脑皮层的视中枢,就看到了。如果像落在视网膜的前面,就模糊不清,这是近视了,如果像落到视网膜后面的某处才清楚,那就是远视了,要分别配戴不同度数的凹透镜或凸透镜来矫正。

所有脊椎动物都和我们是相似的。不过鱼类不会闭眼睛,而且大部分都是近视眼——晶状体曲度大。好在水中光线不好,视觉不是最重要的。还有些在洞穴水中生活的鱼,眼睛都退化了。如比目鱼,幼年时,两侧有眼,长成后,侧卧在海底生活,一侧眼睛继续保留,向下一侧的眼睛则退化消失了,所以就长了一只眼。两栖类的蛙,时常要上陆,它的眼有眼睑,还有半透明的瞬膜,可以活动,以遮挡干燥的空气或沙尘。它的视力不错,尤其是对运动中的物体看得很清楚很准确。它能迅速而准确地捕食能飞善跳的昆虫。到爬行类以上就和人眼差不多了。其中要数鸟类的视力敏锐,尤其是食虫的鸟和食肉的猛禽,高空盘旋的苍鹰能发现草丛中的田鼠,疾飞而下,一举抓获。而猿猴类和人类一样,两眼移向前方,从不同角度看同一物体,而形成立体视觉,在动物界是独一无二的。

动物界中非常有趣的是昆虫的单眼和复眼。

昆虫的单眼常具有2~3个,在大型昆虫身上,我们可用肉眼看到亮晶晶的一个小圆点,如在蝗虫的额部中央和触角附近,共3个。单眼只有一个角膜透镜,下连许多视网膜细胞。仅能感光,不能辨物。复眼,外形大,共一对,实际是由许多小眼拼接而成,用放大镜观察一下蜻蜓的复眼,就可见到一个个六角形的小眼连成一片。较原始的种类,复眼只有十几个小眼,但高等的种类,如蛾类,一个复眼含12000~17000个小眼,蜻蜓更多,每个复眼可接近30000个小眼。一个小眼只能感受一个点的光线,许多小眼产生许多“点像”,拼成一个物体的影像,可以称为镶嵌像。事实上一页报纸上印的相片,也是一个个小点拼成的,电视画面也是由许多小点拼接的,点越细,清晰度就越高。

昆虫的复眼,没有调节焦距的能力(人眼可以调节晶状体的曲度来调节焦距),视力差,约为人眼视力的1/60~1/80。但感受光的范围比人类宽,人只能感受400~740纳米范围内的光波,也就依次是紫、青、蓝、绿、黄、橙、红,所谓七色光。但昆虫能感受紫外光和红外光,对紫外光反应尤为强烈,所以会有“飞蛾扑火”和用黑光灯诱蛾捕杀。夏夜路灯周围,飞动的昆虫种类极多,是采集昆虫的好地方,昆虫中还有用腹部末端两侧发出有规律的闪烁光,用闪烁的方式,与其他个体联络,萤火虫是著名的用闪烁光来进行雌雄求爱的。

最后还要说说夜视。不少动物喜夜间活动,所谓昼伏夜出,如鼠类、猫头鹰等。鼠类夜间窃食,猫头鹰又夜间捕食鼠类,原来是它们的视网膜上主要是视杆细胞,少量或没有视锥细胞,视杆细胞比视锥细胞感光的敏感度高出上万倍,于是极微弱的光,也能辨别清楚。相反有些白天活动的动物,像鸡、麻雀,视网膜上几乎都是视锥细胞,夜间就属夜盲了。人和许多动物,两种细胞都有,可称混合眼。

至于颜色的分辨要靠视锥细胞。有三种不同的感光色素的视锥细胞,吸收不同的波长的光——不同颜色的光,分别对蓝、绿、黄最敏感,三类视锥细胞的神经冲动的比例调和起来,出现不同的颜色感觉。

3.动物的其他感觉

触觉,是最原始的感觉,几乎所有动物都有,只不过是灵敏度各有高低。在这世界上活着,总要触触碰碰的。

嗅觉和味觉也是原始的感觉,因为它首先和寻觅和鉴别食物有关。嗅觉和味觉是密不可分的,嗅觉是辨别空气中的化学分子,味觉是辨别溶于液体的化学分子,但大多数情况,嗅觉细胞(嗅觉感受器)总为动物自身的体液所湿润,气味的分子也逃不过水。此外,嗅觉、味觉还用来识别同类或异类。

听觉是“后起之秀”,要复杂多了。真正开始能“听”的,应是节肢动物,特别是昆虫。许多昆虫都能发声,发声器特化,同时就发展了听觉器官,例如蝗虫的听器就在腹部第一节的两侧,共一对,是一块膜状结构,如我们的鼓膜一样,接受声波的振动而闻。到了脊椎动物,鱼类有内耳,没有中耳和外耳,两栖类的蛙,眼后就有鼓膜,所以内耳、中耳都有了。爬行类、鸟类都有了外耳道,开口是个耳孔。哺乳类在耳孔外又增加了耳廓,大小形状不一,能竖起、转动以收集声波。人的耳廓退化了,不会运动,个别人还能微微动一动。

有几个特殊的感觉需要介绍一下:

一是鱼类的侧线感觉器官。在鱼体的两侧、各有一条由许多小孔组成的侧线。看起来就像划的一道虚线,这些小孔与表皮下的管道,称为侧线管相通,管内有许多感受器,称为毛细胞,可以感觉身体周围水的波动,有些鱼的侧线还能感觉水中微弱的电流。

二是蛇的温度感受器,特别是响尾蛇,它的嘴的上方每边都有一个大颊窝,其中有独特的红外线探测器,只要温度升高0.002℃就会增加发放的频率,以探测热源的方向。所以捕食小鼠时,既使小鼠在40厘米开外,它也能感觉到,进而扑食。军事上用红外线寻的导弹,也就命名为响尾蛇导弹了(见9—3)。

三是蝙蝠的回声定位,这是大家熟知的了。蝙蝠昼伏夜出,喜在黑暗中活动,视觉不发达,可又要捕食夜间的飞虫,因此它能发出人类听不出的超声波,碰到飞虫反射回来,用它的听觉器官接收,以准确地捕食飞虫。