人类有五个重要的感觉,那就是视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉,在生理学上,感觉的一般定义是接受外界刺激的能力,光线、图像、声音、皮肤感觉到的压力(例如轻轻地摸、用力地按)、花的香味、垃圾的臭味、甜酸苦咸,都是外界的刺激,这些不同的刺激被接受后,会送到我们的大脑皮层(cerebral cortex)不同的部分来作分析。
味觉和嗅觉可以说是化学的感觉。人的舌头和口腔有大约一万个味蕾,这些味蕾约两周会更新一次,但有些年纪大的人,味蕾没有被更新,剩下来可能只有五千个。味蕾受到刺激就会把讯号送到大脑皮层,味蕾就是味觉的接受器(receptor)。过去大家都认为有四种不同味蕾,对甜、苦、咸、酸四种基本的味道,有不同的反应,近二十年来又发现有第五种基本味道叫做「Umami」,「Umami」是日文旨味,在中文就是鲜味,现在大家做菜常用的味素,就是一百年前日本人发明的调味品,它会产生「Umami」的味道,让「Umami」的味蕾有反应。
嗅觉是人体内的嗅味接受器受到外界嗅味的刺激时,把讯号送到大脑去的反应,从生理学的观念来说这是相当复杂的问题。人的鼻子里有上千万个神经细胞,这些神经细胞在不同的嗅觉刺激,就是不同的分子形状和结构的刺激之下,可以引起不同的反应,科学家发现每一种神经细胞,只会对某一种嗅觉刺激有反应,所以,当大脑知道在鼻子里那些神经细胞有反应的时候,大脑就可以判断这是什么嗅味。2004年,美国的两位生理学家Linda Buck和Richard Axel,就是因为他们对嗅味接受器(odorant receptor)的基本发现和了解而获得诺贝尔奖。
我们说味觉和嗅觉是化学的感觉,那么触觉就可以说是机械的感觉,触觉主要是皮肤上的压力接受器对外界加在皮肤的压力,从轻到重,从紧紧地握手,到轻柔地抚摸,到感觉到光滑和粗糙的表面等等的反应。
至于,视觉和听觉,可以说是电的感觉,这怎么说呢?因为,我们对视觉和听觉的了解比较深,已经到达可以用外界产生的电的讯号,来直接刺激大脑皮层主管视觉和听觉的部分了。我们眼球后面的视网膜(retina),可说是大脑的一部分,它上面两种视觉接受器(retinal receptor),一种是锥形(cones),一种是棒形(rods)。锥形的视觉接受器对强光、分析度高的图片和颜色有反应;棒形的视觉接受器对黑暗、模糊、黑白的图片有反应。所以,色盲的人就是因为他们的锥形视觉接受器,对红蓝绿三原色的反应度太低了。在视网膜上,大约有一亿三千万个视觉接受器,但是很神妙的,这么多的视觉接受器的反应,在视网膜上经过大量的数据处理,只经过一百多万条视觉神经把讯号送到大脑。
听觉当然就是耳朵的功能,声波是空气压力的波动,耳朵把空气压力的波动,转变成一连串脑神经的讯号送到大脑去。大家都知道耳朵分成三部分:外耳、中耳和内耳。外耳把声波集中起来,通过外耳道(ear canal)到达耳膜(eardrum),如果外耳道堵塞的话,声音就不能传送到中耳了;耳膜跟中耳的三块骨头,会因声波的振动而振动起来,中耳发炎或者耳膜破了,就不能有效地把声波的振动传送到内耳。但是,外耳、外耳道、耳膜、中耳的毛病,都是传导性的问题。内耳有两个功能,一个就是把声波转成脑神经讯号,内耳的一部分叫做耳蜗,形状像一只蜗牛,耳蜗里有一万六千个毛细胞(hair cells),当毛细胞振动时,它会产生脑神经讯号,把声波的振动转换成为脑神经的讯号,传送到大脑处。1961年,美国哈佛大学的Georg Von Bekesy,因为他对内耳的功能,特别是耳蜗里毛细胞的作用深入了解,获得诺贝尔奖。内耳还有另外一个功能,那就是帮助我们保持平衡。
我们可以把视觉和听觉作个比较,在视觉视网膜上面有一亿三千万个视觉接受器,他们把光的讯号转变成脑神经讯号;在听觉方面,耳蜗里只有一万六千个毛细胞,在视觉上假如我们每秒钟能够有二十四张图片,那么动画看起来就是连续的了。但是,声波的振动可以高达每秒二万次,而我们的毛细胞还是可以反应得过来。
人类有一对耳朵,用来辨别声音来源的方向。让我讲一个笑话:老师问一个小朋友:「假如我把你左边的耳朵割掉,后果是什么呢?」小朋友回答:「那我就听不到左边来的声音了。」老师问:「假如,我把你右边的耳朵割掉呢?」小朋友回答:「那我就听不到右边来的声音了。」老师再问:「假如,我把你两边的耳朵都割掉呢?」小朋友回答:「那我就什么都看不见了。」老师问:「为什么呢?」小朋友回答:「因为我没有办法戴上我的眼镜呀!」
我还得交代一下,站在生理学的观点,感觉的定义并不清楚,所以,倒底人类有多少种不同的感觉,还是有争议和讨论的空间。譬如说人的味蕾可以分辨甜、酸、咸、苦和鲜味,那也可视为五个不同的感觉。另外,辨别深度的能力(depth pereption)是视觉的一部分吗?或是另外一种感觉?此外,对人类来说,除了冷和热的感觉、平衡的感觉、痛苦的感觉,还有动力的感觉,这可以用一个例子来解释,当您闭上眼睛的时候,您会清清楚楚知道您的手放在哪?当您把手挥动的时候,您还是清清楚楚知道您的手在哪里,这也是一种感觉的功能。
至于动物呢?跟人类相似的,狗的嗅觉特别敏锐,蛇可以看到红外线,蜜蜂可以看到紫外线,至于与人类不同的呢?有些鱼,例如鲨鱼,可以感觉到电场,有些鸟可以感觉到磁场的变化,蝙蝠可以利用回音的原理来定位,这都是有趣的例子。
当我们的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉的功能发生障碍时,怎样找出障碍的来源、xx障碍?补偿失去的功能?不但是医学上和生理学非常大、非常复杂的课题,更牵涉到社会学、伦理学、公共政策等等相关的问题。我找两个大家熟悉的例子,来显示医学上令人钦佩、叫绝的发展。
在视觉方面,许多人都戴眼镜,近视、远视、老花,那就是外界视觉的刺激,没有全部、准确地送到视觉接受器,再由它们产生脑神经讯号送到大脑,这不是视觉接受器的问题,而是在我们眼球前面的水晶体(lens)和眼球的形状和大小的问题。换句话说,站在光学观点,透过水晶体的外界视觉刺激,只留给视网膜模糊的形像,大脑自然就无法辨认了。按照历史的记载,眼镜是十三世纪在意大利发明的,后来由意大利和西班牙传教士带来中国;老花加近视的双焦矩眼镜(bifocal glasses)是十八世纪美国富兰克林发明的;散光眼镜是在十九世纪初期才发明的。
在听觉方面,听觉的障碍,或者是由于声音不能够清楚地从外耳和中耳传送到内耳,或者是由于内耳的毛细胞减少或衰退。克服轻度的听觉障碍,助听器和眼镜一样,是很多人都使用的工具,助听器的基本功能就是把外来的声音放大,随着微电子工程的发展,助听器做得越来越小,而且也增加了调整的功能。譬如不同的人对不同频率的反应是不同的,在不同的环境中,譬如说嘈杂、安静,可以用软件(programming)来调整助听器的反应,但仍不能直接解决听觉接受器所可能发生的毛病。
在近年以来,视网膜植入和耳蜗的植入已经逐渐成熟。在视网膜植入的技术里,我们把电极植入(implant)视网膜后面,使用的人所看到的图片形象,由一个数字照相机拍下来,这个图片形象经过微电脑处理后,在植入电极上产生一连串的讯号,这些讯号刺激视网膜的细胞,让他们产生传送到大脑的讯号。耳蜗植入的基本观念是相似的,在使用者的耳朵外面有一个扩音器,把声音搜集传送到一个微电脑语言处理器,作适当的过滤放大,然后透过贴在耳朵背后的发射器,把声音的讯号发射到植入在耳朵里的接收器,接收器把声音的讯号转变成电讯号,送到植入在耳蜗的二十四个电极,然后再把这讯号直接送到大脑去。这些基本原理非常清楚简单,但是,要让有了植入装置的人,真的看得见、听得到,还需要解决很多技术上的问题。
其实,引起我今天讲「感觉」这个题目的原因,是去年我读到一篇文章,作者描写自己有一个十六个电极的耳蜗植入,能够听得到语言,但听不到好的声音;后来他改进微电脑语言处理器的软件,可以听到很好的音乐。这位作者的结语是:我朋友们的耳朵会随着时间而衰退,而我的耳朵却会越来越好。
今天,我们从纯粹的医学、生理学的观点,谈到现代科学怎样的帮助视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉与一般人有差异的人,去「适应」一个由一般人建立起来的生活环境。我用「适应」这个词,因为当我用「障碍」二字时,那并不代表那是缺陷、是不正常,只不过因为大家共同建立的生活的环境里,没有把他们的需要、他们的生活方式考虑在内。所以,他们必须多花一点力气,我们也必须一起多花一点力气,克服这些不同,让他们可以百分之百的参与我们共同的生活方式。诸位有没有想过,假如有{yt}全世界的人,都失掉了视觉,这个世界会变得如何?我相信世界还是一样美好,我们的耳朵可以更清楚地听到好的音乐,享受到美丽的诗词的朗诵吟哦;我们在郊外,有鸟语、有花香;我们不再看网络上传来的上千上万的e-mail,计算机会念给我们听;双手的接触和拥抱,传达的是心灵上的接触和拥抱。当你想要安静独处的时候,你会有一个更安静、更能独处的环境,更何况我们不再要用电灯了,那又省下来更多的能源。
{zh1},让我为大家举两个最有名的例子。音乐史上伟大的作曲家贝多芬,他是德国人,年轻时到维也纳去,本想跟莫扎特(Mozart)学音乐,不幸莫扎特早一年去世了,他就跟海登(Joseph Haydn)学音乐,他二十几岁的时候渐渐失去听觉,他有严重的耳鸣,让他无法欣赏音乐,他甚至避免跟别人交谈,但他继续写出伟大的作品。当他的第九号交响乐{dy}次公开演出时,他站在乐队前面指挥,音乐结束时,台下掌声雷鸣,但是他xx听不到,当他转身过来,看到观众的反应,他流下泪来了。对作曲家而言,没有办法听到自己写的音乐,似乎是一项不可超越的障碍。贝多芬写的<Moonlight Sonata>(月光奏鸣曲),是贝多芬年轻时为他喜欢的一个女学生写的,后来一位德国诗人和音乐评论家说,这首曲的{dy}个乐章(movement)就像湖上的月光一样,这就是原名<Piano Sonata No. 14 in C sharp minor>被称作月光奏鸣曲的来源。
另一个故事是海伦凯勒(Helen Keller),她是美国的作家、教育家,她十九个月时,一场大病让她失去视觉和听觉。她六岁的时候,家里请了一位年轻的老师Anne Sullivan,这位老师帮助她学讲话和读书,后来她能够读英文、法文、德文、希腊文、拉丁文,她二十四岁时,在美国最有名的女子学院Radcliffe College毕业,海伦凯勒成为非常xx的作家,也是和平运动推动者,争取女性xx权益,支持生育节制,支持劳工运动。海伦凯勒说过,
The best and most beautiful things in the world cannot be seen or even touched. They must be felt with the heart.
世界上{zh0}最美丽的东西,不是能够看得到、或是摸得到;而必须由心灵来感受。
很多感觉和大脑的互动,感觉和心的互动,用我们的心去看、去听、去闻、去尝和去摸,那么我们看到、听到、闻到、尝到和摸到的才是最美丽的东西。