人体感觉的测定及其应用

■刘剑

高技术开始用来测定人的感觉

人的感觉历来被认为只能由主观感受。一个人心情是否愉快，只有他自己清楚，别人只能由他的表情和行为间接地进行判断，更不用说对心情进行客观而定量的测定了。

随着社会的发展，物质生活的提高，人的价值观也从重视物质转为重视精神。于是，人们不仅希望商品能满足人们的某些需要，而且能使人看了就感到舒服，甚至有些商品就是用来使人感到舒服的。为此，也迫切需要可以对其进行定量评价的指标和方法。

凡此种种，都要求对人的感觉能够进行客观而定量的测定。在这样的背景下，日本通产省于1990年7月提出“要创造地球时代人的价值”这一长期目标。通产省工业技术院是日本最权威、最大的国家科研机构，他们开始执行的“人的感觉测定应用技术”大型计划，使高技术从以前只用于改进生产，变为也开始重视人的生活。在工业技术院内，其研究领域同生活有密切关系的产品科学研究所，近几年也开辟了“人的生活科学技术”这一新的研究领域，并发起成立了“人的生活科学技术研究推进会”。

所有这一切都是为了发现一些新的观点，为了建立具有新价值观（即把人的舒服放在首位）的技术体系。为此，首先要对人的基本特性以及人的感觉进行客观而定量的测定，只有这样，才能使人的舒服具有客观的衡量标准。

尽管目前医疗上的诊断、检查技术有很大进步，但是都不能用于上述的测定。因为这种测定必须直接在人进行生产和生活的正常活动条件下进行，不仅不能对人体有丝毫损害（如组织切片、抽血等都不能用），而且也不能对人的各种正常活动有任何影响。

这不仅需要把高技术用于这些测定，还要研究把什么作为测定对象，以及用什么作为衡量的指标。下面介绍近来对某些感觉进行测定的最新成果，以及把它用于改进生活质量的例子。

睡眠舒服程度的测定

睡眠时间占整个人生的1/3，睡眠的好坏直接影响生活的质量和健康状况。测定睡眠舒服程度有助于寻找改进睡眠的方法，以及对睡具和睡眠环境进行评价。

研究表明，通过测定脑电波可以评价睡得好不好。原来，当大脑处于明显活跃的活动时，脑电波呈低振幅的不规则波形。当闭目不做任何思考时，将呈现频率为16赫兹、幅值为几十微伏的有节奏波形，这就是所谓的α波；进入似睡非睡状态后，α波消失继而出现频率4赫兹～6赫兹的θ波，这便是睡眠的第一阶段；稍后，零零落落地出现频率十几赫兹的幅值呈纺锤形的波形，这时便进入睡眠的第二阶段；接着，脑电波图形中混杂地出现3赫兹以下的大振幅波形，这时便是睡眠的第三阶段；最后全都变成这种大振幅波形，这时便进入第四阶段，也就是熟睡状态。随着脑电波做上述变化，心跳和呼吸也将变慢，体温也有所降低。

还有一种被称为REM的特殊睡眠状态。这种状态下的脑电波和第一阶段类似，但眼珠会像睡醒时一样来回转动，心跳和呼吸的节奏也没有规律，往往容易做梦。但尽管这样，却怎么也醒不了，这就是这一阶段的特征。

通常人的睡眠过程，先花二三十分钟经历阶段一至阶段四，然后再回到第二阶段，这时的睡眠状态非常稳定。以后便穿插地出现REM睡眠状态，一个晚上将周期性地出现四五次REM睡眠而中断第二阶段睡眠。REM睡眠最初特别短，以后每次的持续时间逐渐加长。而到快醒时，往往可以长达几十分钟。

当有吵闹声时，首先将延长第一阶段睡眠时间，所以可用第一阶段睡眠的持续时间来评价睡得不好的程度。此外，比较稳定的第二阶段睡眠，在声音的刺激下也会频频地转为极短时间的觉醒和第一阶段睡眠。因而，第二阶段的中断频率或平均持续时间，也可以用做对睡眠妨碍程度的指标。

日本研究者曾经用桐木切成细条编成桐褥垫垫在床单下面，测定在夏天炎热的气候条件下是否有助于睡眠。在温度30℃、湿度70%的条件下，比较用普通寝具和桐垫时的睡眠过程，结果表明，用普通寝具时，几乎不出现阶段三、阶段四这样的熟睡阶段；但使用桐垫时，可观察到和气候适宜时一样的睡眠过程。这说明桐垫可以帮助人在天气炎热的条件下入睡。

眼睛疲劳的测定

随着计算机的普及，办公室工作正在发生变化。文件往来通常通过网络直接在VDT（视像显示装置，如显像管）上进行。因此，VDT作业引起的问题日益增多，首先表现在容易发生眼睛疲劳。

尽管疲劳（包括眼睛疲劳）无论对谁都是能够由自己清楚感觉到的现象，但是还没有能够客观地对它进行评价的方法。

其实，疲劳是人体拥有的自我保护机能之一，用以防止因体力耗尽而发生不可逆转（恢复）的变化。也就是说，人体需要保持一定富裕的体力以维持正常的生活。如果这种体力的富裕程度大幅度下降，就会使人感到疲劳。

眼睛的疲劳表现在眼球调节功能的降低上。这种调节功能表现在三个方面：一是调节焦距使东西看得清楚；二是为了看近的东西，使两眼靠近正中央，以增加水晶体的折射能力；三是收缩瞳孔以加大被看东西的景深。眼睛疲劳使这些功能降低，所以便看不清东西了。

日本的产品科学研究所为了测定VDT作业引起的疲劳，开发了用以测定这三个调节功能的装置，并将其命名为三维视力计。它以独特的控制方式进行测定，能够高速且高精度地跟随眼球转动。这一测定通过戴在被测者眼睛上的半透镜来进行，被测者可以看到透镜后方的VDT画面，因此不会妨碍他的正常作业。

衰老程度的测定

人过了60岁，便开始明显衰老。但哪怕是到了90岁，各人衰老的程度仍有明显差别。为了寻求延缓衰老的方法，需要有可以表示衰老程度的指标。经研究，皮肤的变化可以用做这种指标。

当皮肤老化时，由于构成皮肤的各种细胞的分裂能力降低使细胞数目减少，整个皮肤将变薄；由于毛细血管、汗腺、脂腺的分布减少，造成皮肤干燥发生龟裂；填充在细胞间隙的胶状蛋白多糖也有所减少，所以皮肤失去娇嫩性；弹力纤维性质的改变，也使皮肤失去弹性。

日本资生堂用紫外线照射皮肤，直接把这些形态变化显示在屏幕上，从中抽出十几种特征，并把它们数量化。在许多测定实例数据的基础上，开发出直接扫描分析仪。用这种分析仪测定时，显示在屏幕上的皮肤表面，皮沟错综复杂地交叉着，形成三角形乃至多角形的皮丘。皮丘越小、纹理越细，即是越娇嫩的皮肤。这种分析仪通过对皮肤状态进行多变量分析，便可判定一个人的衰老程度。

老年人还容易得脑血栓、脑出血等脑循环系统疾病。血液同肌肉、脂肪组织等相比，通电时的阻抗较低，所以血液的增减对身体的阻抗变化影响大。以前曾用阻抗分布描述仪来测定四肢血液的流通情况。最近产品科学研究所也用测定阻抗的方法，来观察在休息时和在脑力劳动时头部血流量的增减。但采用这一方法必须使得向头部通电时不致引起痉挛，因此要尽量减小通电电流。这就需要在提高仪器的信噪比上狠下工夫。对脑部进行多点阻抗测定，有可能开发出能倒推出脑内血液流动分布情况的方法，这将会对早期发现脑血栓做出巨大贡献。

心情愉快程度的测定

人和自然界一样，一直在川流不息地变化。这种变化的形式多种多样，从完全随机的到极有规则的全有。

随时间而变动的现象，可以用频率分析的方法进行处理。也就是把组成复杂变化的一个个因素分开，可以看到每种因素以一定的频率变动。这时，以频率作为横轴，把各种因素变动的幅值作为纵坐标，这样便可以画出变动的频谱图。它将反映出这一复杂变动中不同频率分量因素的变动幅值。如果所有频率分量的因素都是随机出现的，则这种现象便是自噪音，这时的频谱呈一条横线。如果变动呈理想的正弦波，则它的频谱将是在各自的频率位置上竖起来的一条条直线。这种频谱的幅值同1/f（f为频率）成正比，因此这种现象被称为1/f起伏。

在我们身体的各种机能中，如心跳、呼吸、代谢、觉醒、睡眠等都存在长短不同的各种节奏。相应的脑电波如上所述，也可分为10赫兹左右的α波、4赫兹～6赫兹的θ波和3赫兹以下的δ波。

这些脑电波，特别是α波被认为同心情愉快程度有密切关系。α波只存在短暂时间，通常闭目养神时在头后部中心出现，当想睁开眼睛时它便消失。当打坐入静时，尽管眼睛半睁着，α波也将持续下去。α波比较容易通过训练获得。人在心情平静时容易出现α波，而α波又有助于养神，这就是生物学上的反馈现象。

α波的振幅通常将不断增大，又不断减小。在α波变化的一个周期中，它的幅值一会儿加大，一会儿减小，这便是起伏现象。通过对这种起伏的波形（承载在α波上的振幅波动）进行频率分析，便可对α波的起伏性质进行定量评价。

产品科学研究所做了一项测试，对许多被测定者在听不舒服的声音和处在不安状态，以及在听悦耳音乐等各种情况下，测定他们的α波起伏。测定结果表明，当心情愉快时，α波的起伏频谱为1/f型；当不愉快和不安时，起伏频谱的类型变成和随机噪音时一样，即接近于一条横线。

研究人员还发现，当用和α波接近的频率对感觉器官进行周期性刺激时，就会驱使脑电波出现同步现象。这时脑电波的规则性将有所增加，起伏的频谱将和1/f的平方成比例。因此，研究者便可以利用α波的起伏特性，用和1/f的平方的比例数来表示愉快程度。

可见，利用α波的起伏可以获得表示心情舒服的客观指标，又可利用适当周期性刺激引起同步起伏的现象，使人感到心情愉快。在日本，研究者已经根据这一原理制成按1/f起伏摆动的风扇出售，收到较好的效果。