第5章　視覺與聽覺

1．是否存在單個(gè)的特征覺察器皮層細(xì)胞?

答：不存在單個(gè)的特征覺察器皮層細(xì)胞。

單個(gè)的特征覺察器皮層細(xì)胞的假設(shè)是以皮層細(xì)胞孤立進(jìn)行活動(dòng)為前提的。對(duì)任何復(fù)雜的刺激物，大多數(shù)皮層細(xì)胞都或多或少地參與反應(yīng)。而且，即使皮層細(xì)胞數(shù)目巨大，但比起視覺環(huán)境中數(shù)不清的特征、細(xì)節(jié)和物體，要把一個(gè)皮層細(xì)胞分配給一個(gè)特征也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果某一特殊知覺是由一組相同的皮層細(xì)胞所支持，那么細(xì)胞的死亡（這是經(jīng)常發(fā)生的事情）就會(huì)造成某種特殊知覺的缺失，這樣的推測(cè)明顯與事實(shí)不符。因此，不存在單個(gè)的特征覺察器皮層細(xì)胞。

2．明視覺與暗視覺各有什么特點(diǎn)?

答：明視覺和暗視覺特點(diǎn)為：

（1）明視覺的光感受器是錐體細(xì)胞，錐體細(xì)胞集中在視網(wǎng)膜的中央凹；暗視覺的光感受器是桿體細(xì)胞，桿體細(xì)胞集中在視網(wǎng)膜的邊緣。

（2）明視覺對(duì)白天日光敏感，暗視覺對(duì)黑夜光線敏感。

（3）明視覺的最敏感波峰為555nm，暗視覺的最敏感波峰為507nm

（4）明視覺可以感受到顏色，而暗視覺不可以。

（5）明視覺的暗適應(yīng)過程比較快，大約在5分鐘內(nèi)完成；暗視覺的暗適應(yīng)過程比較慢，大約在30分鐘內(nèi)完成。

（6）明視覺的空間分辨率高，但光感受性低；暗視覺的空間分辨率低，但光感受性高。

3．紅光為什么可以保護(hù)暗適應(yīng)?

答：紅光可以相當(dāng)有效地刺激錐體細(xì)胞，因此，在紅光條件下人們可以看清環(huán)境。但紅光幾乎不能刺激桿體細(xì)胞，相當(dāng)于桿體細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)入了暗適應(yīng)狀態(tài)。如果需要進(jìn)入到黑暗的環(huán)境，只需要大約5分鐘就可以完成暗適應(yīng)曲線的最后一部分，使眼睛感受性達(dá)到最高的程度。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，人們利用紅光可以保護(hù)暗適應(yīng)（水平）的原理，讓飛行員等需要很快進(jìn)入暗適應(yīng)狀態(tài)的人員戴上特制的紅色護(hù)目鏡（可以透過620nm以外的紅光，而不讓620nm以下光線通過）在休息室等候，一旦需要，只要在黑暗中摘掉護(hù)目鏡停留5min即可。對(duì)于那些需要在黑暗處與亮處來回轉(zhuǎn)移的人（如雷達(dá)觀察者）來說，戴紅眼鏡也是為了保護(hù)暗適應(yīng)。

4．視銳度有哪些測(cè)量方法?

答：眼睛的空間辨別能力即視銳度表現(xiàn)為覺察目標(biāo)刺激的存在以及辨別物體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確性。因視銳度有許多種類，測(cè)量視銳度的方法也有多種。

（1）覺察

覺察即發(fā)現(xiàn)對(duì)象的存在。在暗背景上覺察明亮的物體主要決定于物體的亮度；在明亮背景上覺察暗物體，主要取決于視網(wǎng)膜上刺激物的投影與其周圍的亮度差別。

（2）定位、解像與識(shí)別

①定位

定位是覺察兩根線是否連續(xù)或彼此有些錯(cuò)位的能力。錯(cuò)位的數(shù)量可以變化，當(dāng)觀察者看不出錯(cuò)位時(shí)，實(shí)際錯(cuò)位的大小便是對(duì)定位視銳度的測(cè)量。

②解像

解像是知覺某一模式具體元素之間分離的能力。

③識(shí)別

醫(yī)院的視力表就是一種識(shí)別任務(wù)。

a．“E”型視力表

在臨床醫(yī)學(xué)上用下列公式來計(jì)算視力：

  （5.1）

式中V為視力，是標(biāo)準(zhǔn)觀察距離（6m），D是視覺能分辨的視標(biāo)細(xì)節(jié)單位（“E”字的開口）與眼睛成視角時(shí)所在的距離。

“E”型視力表存在一些缺點(diǎn)。首先是視標(biāo)增進(jìn)率不均勻；其次是視力統(tǒng)計(jì)困難，視力增減時(shí)不能以視力差來表示。

b．對(duì)數(shù)視力表

繆天榮提出了5分制對(duì)數(shù)視力表，該視力表也以視角為標(biāo)準(zhǔn)視力。相鄰的兩行視標(biāo)大小之比恒定地為1︰1.2589。取此增率的對(duì)數(shù):作為每一行視標(biāo)的差數(shù)，這相當(dāng)于Fechner定律中的物理刺激以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。

c．藍(lán)道環(huán)視力

荊其誠(chéng)等人對(duì)不同照度水平的條件下，用不同視角開口的藍(lán)道環(huán)作為刺激物，用白背景上不同灰度的藍(lán)道環(huán)來改變對(duì)比度，得出一組視覺功能曲線。

從這些曲線可以看出：辨認(rèn)同一視角的物體，當(dāng)照度增加時(shí)，對(duì)比度可以減小；在同一對(duì)比度的情況下，隨著照度的提高，能夠分辨物體的視角可以減小；在相同照度下，為要看清物體，其視角和對(duì)比度可以相互補(bǔ)償。

5．什么是what通路與where通路?

答：（1）有兩條解剖上不同的神經(jīng)通路分別對(duì)客體本身以及客體的位置進(jìn)行加工。

①焦點(diǎn)系統(tǒng)（focal system，又稱what通路）即膝狀體——紋區(qū)視覺系統(tǒng)，負(fù)責(zé)客體的識(shí)別與再認(rèn)，其包括視網(wǎng)膜中央凹在內(nèi)的中心區(qū)、外側(cè)膝狀體和初級(jí)視皮層區(qū)（紋區(qū)）；

②周圍系統(tǒng)（ambient system，又稱where通路）負(fù)責(zé)客體的定位，即視網(wǎng)膜背蓋視覺系統(tǒng)，其包括視網(wǎng)膜的中央凹區(qū)域以及邊緣區(qū)域、上丘和外紋狀體。

（2）盲視病人的情況有助于說明這兩條通路。患這種病的人因初級(jí)視皮層區(qū)（V1區(qū)）受損而全盲，雖然他們能正確辨別諸如運(yùn)動(dòng)朝向、不同波長(zhǎng)光波、形狀等刺激屬性，但他們卻看不見任何東西。對(duì)盲視現(xiàn)象的一種解釋是，病人的where通路功能還殘留，但what通路則因受損而不起作用了。因此，病人不能辨別客體是由于視皮層區(qū)受損，但where通路卻能使他作出準(zhǔn)確的方向反應(yīng)等等。有趣的是，病人不能意識(shí)到自己已做出準(zhǔn)確反應(yīng)，常常對(duì)自己“猜”得很準(zhǔn)感到奇怪。這意味著，健全的V1區(qū)對(duì)視覺經(jīng)驗(yàn)（意識(shí)到某種視覺）來說是必不可少的。

6．舉例說明加法的顏色混合與減法的顏色混合。

答：（1）加法的顏色混合

加法的顏色混合是指當(dāng)兩種互補(bǔ)的色光，先投射到一個(gè)屏幕上，然后再反射到眼睛時(shí)產(chǎn)生的顏色視覺。如藝術(shù)家的畫布上涂滿了不同顏色的色塊，從遠(yuǎn)處看他們混合的效果就是彩色藝術(shù)品；電視機(jī)屏幕上有三種不同顏色的點(diǎn)子，每組點(diǎn)子彼此相距都很近，從遠(yuǎn)處看時(shí)，這些點(diǎn)子就會(huì)在視網(wǎng)膜上混合而產(chǎn)生不同的混合色；藍(lán)色光和黃色光投射到一個(gè)屏幕上，再反射到眼睛時(shí)看到的就是灰色。

（2）減法的顏色混合

減法的顏色混合是指色光先通過不同的濾光片濾光以后，再反射到屏幕上產(chǎn)生的光。如白色光依次通過黃色濾光片和藍(lán)色濾光片，投射到屏幕上，產(chǎn)生綠色的光（這種效應(yīng)類似于顏料的混合）。水彩畫和油畫的顏色也是減法的顏色混合的結(jié)果。

7．怎樣理解顏色編碼是兩階段的過程?

答：視網(wǎng)膜錐體聯(lián)系著視覺系統(tǒng)的三對(duì)對(duì)立的神經(jīng)過程：藍(lán)—黃過程，綠一紅過程和白一黑過程（與光的強(qiáng)弱有關(guān)而與顏色無關(guān)），在視網(wǎng)膜以后的視覺通路上都存在著對(duì)立的神經(jīng)過程，因此，顏色編碼是一個(gè)兩階段的過程：

（1）第一階段是S、M和L錐體接受不同波長(zhǎng)的光刺激，這可以理解為三色過程。

（2）第二階段是神經(jīng)細(xì)胞的兩對(duì)對(duì)立過程對(duì)顏色進(jìn)行編碼，這可以理解為是四色過程。在視覺皮層區(qū)，人們也發(fā)現(xiàn)了顏色編碼的興奮—抑制過程。總之，紅、綠、藍(lán)三種顏色首先由視網(wǎng)膜錐體細(xì)胞進(jìn)行加工，然后顏色信息在視神經(jīng)通路的不同水平上以興奮—抑制的對(duì)抗過程逐步得到編碼。

8．什么是主觀顏色?

答：參見本章復(fù)習(xí)筆記。

9．試述聽覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各部分的主要功能。

答：聽覺系統(tǒng)由耳、外周神經(jīng)通路和聽覺皮層3部分組成。耳的功能是把氣體分子振動(dòng)轉(zhuǎn)換成毛細(xì)胞的神經(jīng)沖動(dòng)；神經(jīng)通路把內(nèi)耳單個(gè)毛細(xì)胞的神經(jīng)放電轉(zhuǎn)換成通往皮層的神經(jīng)元的放電模式；聽皮層的分析與左右腦半球功能定位有關(guān)。

（1）耳可分成外耳、中耳和內(nèi)耳3部分。

①外耳

外耳由耳廓和耳道組成，有助于聲能的收集。耳廓有復(fù)雜的渦旋構(gòu)造，用于區(qū)分前后和上下的聲源位置。耳道的終端是鼓膜，對(duì)聲的傳導(dǎo)有重要作用。

②中耳

a．中耳包括3根聽骨：錘骨、砧骨和鐙骨。錘骨上連鼓膜，鐙骨下連內(nèi)耳開口處的卵圓窗，兩者之間是砧骨。中耳還有通向咽腔的耳咽管。

b．中耳具有三重作用：

第一：平衡中耳和外耳的氣壓，保證鼓膜的正常振動(dòng)；

第二：對(duì)強(qiáng)聲起反射作用，減少傳入內(nèi)耳的強(qiáng)聲，起保護(hù)作用；

第三：阻抗匹配作用，使聲能有效地從外耳傳到內(nèi)耳。

聲波在外耳是在空氣中傳播的，在內(nèi)耳是在淋巴液中傳播的。

③內(nèi)耳

內(nèi)耳包括耳蝸和前庭器。耳蝸內(nèi)部被兩個(gè)膜分隔，中間形成一個(gè)楔形剖面的部分，稱為蝸管。蝸管上面的膜是前庭膜，底部的膜是基底膜。Bekesy發(fā)現(xiàn)，基底膜的物理特性使輸入信號(hào)的不同頻率成分分布在膜的不同位置上。

（2）外周神經(jīng)系統(tǒng)

聽覺系統(tǒng)的神經(jīng)通路大部分是對(duì)側(cè)的。外周神經(jīng)系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)是第八對(duì)腦神經(jīng)，由與內(nèi)毛細(xì)胞聯(lián)結(jié)的纖維組成。神經(jīng)纖維活動(dòng)有兩個(gè)最重要的特點(diǎn)：

①頻率的選擇性

每一個(gè)纖維都只對(duì)特定頻率有最強(qiáng)的反應(yīng)。神經(jīng)纖維的頻率選擇性常用“調(diào)諧曲線”來說明。它表現(xiàn)為纖維的反應(yīng)閾值隨頻率而變的函數(shù)曲線。反應(yīng)閾值最低的頻率稱為纖維的特征頻率（CF）。

②相鎖

神經(jīng)興奮發(fā)生于輸入波形的特定相位。一根神經(jīng)纖維不一定對(duì)每一刺激周期都興奮，但興奮總是出現(xiàn)在波形的同一相位。因此，神經(jīng)興奮之間的時(shí)距總是（或接近是）刺激波形周期的整數(shù)倍。

（3）聽皮層

聽皮層各區(qū)由丘腦許多區(qū)域獲得彌散的投射，并向這些丘腦結(jié)構(gòu)發(fā)出返回性下行投射纖維，組成了雙向的交互聯(lián)系，處理不同的信息。每個(gè)通路都有其獨(dú)特的、主要的聯(lián)系部位和區(qū)域，但是這些部位和區(qū)域之間也有相互的聯(lián)系。

10．人類聽覺系統(tǒng)感受聲音的強(qiáng)度、頻率和時(shí)長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)范圍有多大?

答：參加本章復(fù)習(xí)筆記。

11．什么叫聽覺掩蔽?什么叫雙耳掩蔽級(jí)差?

答：參見本章復(fù)習(xí)筆記。

12．什么叫響度?如何表示響度與強(qiáng)度的關(guān)系?

答：聲強(qiáng)超過聽閾后，隨著聲強(qiáng)的逐漸增加，主觀上產(chǎn)生由弱到強(qiáng)的程度不同的響度感覺。聲強(qiáng)是聲音客觀的物理量，而響度則是主觀的心理量。

通常采用等響曲線來表示聲強(qiáng)與響度之間的關(guān)系。以一定聲級(jí)的1000Hz純音為標(biāo)準(zhǔn)聲，用其它頻率的純音為比較聲。由聽者調(diào)節(jié)比較純音的聲級(jí)，直到它和標(biāo)準(zhǔn)純音的響度相等。這時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)純音（1000Hz）的聲級(jí)就被規(guī)定為該聲級(jí)的比較純音的響度級(jí)。響度級(jí)的單位為方（phony）。1000Hz純音的聲級(jí)就是它的響度級(jí)。聲音的頻率不同，它們和1000Hz純音等響的聲級(jí)也不同。各個(gè)比較純音和1000Hz純音等響聲級(jí)的變化作為頻率的函數(shù)的曲線，就是等響曲線。以1000Hz純音的不同聲級(jí)作參量，可測(cè)定一組等響線。

13．什么叫音高?如何表示音高與頻率的關(guān)系?

答：音高是一種聽覺的主觀心理量。當(dāng)聲音頻率由低到高變化時(shí)，聽覺便產(chǎn)生一種相應(yīng)的由低到高的不同程度的音高變化。聲音頻率直接制約著音高。

音高隨著聲音頻率變化，兩者間的關(guān)系可以用音高量表表示。這個(gè)量表的建立，可采用兩種心物量表法：多分法和等分法。多分法讓聽者將一可變純音的音高，調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)音高一半。再給標(biāo)準(zhǔn)音以不同的頻率，直至包括整個(gè)可聽范圍的頻率。等分法是給聽者一個(gè)高頻聲和一個(gè)低頻聲S₁、S₅，讓他在兩者之間調(diào)出3個(gè)音S₂、S₃、S₄，使相鄰兩音，即S₁和S₂、S₂和S₃、S₃和S₄，S₄和S₅的音高的距離相等。兩種方法所確定的音高量表很一致。

14．人如何在三維空間中判斷聲源的方位?

答：在三維空間中聽覺系統(tǒng)判別聲源的方位決定于3個(gè)子系統(tǒng)：

（1）根據(jù)雙耳差別線索決定其水平位置。水平面上的聲源定位主要是用雙耳間的時(shí)間差和強(qiáng)度差。聽者正前方的聲源（方位角）在兩耳產(chǎn)生的波形幾乎是一樣的。偏離中線的聲源在時(shí)間上先到達(dá)一耳，到達(dá)近耳的聲強(qiáng)大于遠(yuǎn)耳。兩耳間的時(shí)間差和強(qiáng)度差與聲源的位置和頻率有關(guān)。

（2）根據(jù)耳廓引起的譜變化線索決定垂直位置。在垂直平面定位的主要線索是耳廓引起的頻譜線索。耳廓的渦旋狀對(duì)定位的重要性可以用實(shí)驗(yàn)證明。如果把耳廓填滿，就會(huì)大大增加定位的錯(cuò)誤率。此外，信號(hào)中的高頻成分減少，特別是消除7kHz以上的能量后，會(huì)使定位降到隨機(jī)水平。

（3）根據(jù)強(qiáng)度、混響和譜成分等決定距離。聲源距離的判斷，可供利用的線索很多。對(duì)熟悉的聲音、聲強(qiáng)和距離的反比關(guān)系是明顯的依據(jù)。在一定距離之外的復(fù)合聲聲源，由于空氣的吸聲特點(diǎn)，高頻比低頻有較大的衰減，復(fù)合聲的頻譜將隨距離的改變而變化，成為距離知覺的另一線索。此外，聲波波前的曲率也可指示距離的遠(yuǎn)近，近的聲源，它的波前曲率大；遠(yuǎn)的聲源的波前曲率近似平面。波前曲率影響到耳間的強(qiáng)度差和時(shí)間差。這兩者信息的結(jié)合，為距離知覺提供了又一個(gè)線索。