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“超”能的感觉

2017-03-23

农村青少年科学探究 2017年12期
关键词:耳屏分辨力赫兹

人工智能专家们认为,人的感觉是最难模仿的,人类在感觉方面所达到的“超”能程度,目前连机器人也望尘莫及。

能“听”的手

机器人虽然凭借电流控制能“握住”杯子等,但人的手要更高明。以触觉为例,人的指尖能感知只有5微米高的突起,而这个数字仅仅是一根头发丝直径的五十分之一。当接触到一个物体时,触觉同时会表现出三种能力,即感知物体的压力、区别物体两点间距离的“空间分辨力”和捕捉物体振动时间变化的“时间分辨力”。这三种能力与指纹有很大关系。如果指尖如橡皮膜一样光溜溜的,那么碰到物体指尖皮肤就会全部凹陷下去,触觉也很差。但如果有指纹,每条指纹被两侧的“沟”所隔,难于碰到相邻的“沟”,因而会有很灵敏的触觉。不同部位的皮肤对两点间距离的分辨力是有区别的,指头比腕部的分辨力高。

那么这种能感受触觉的结构是什么样的呢?其实,结构很简单,而且无论它们分布在全身任何部位,结构都一样。为什么如此简单的构造却能感受各种各样的刺激呢?关于这一点目前还不清楚。有人认为与它们在皮肤内所处的深度有关,靠近皮肤表层的结构对引起皮肤形状变化如歪斜等刺激敏感,而位于深层的结构对受压的时间和压力强弱较敏感。

尽管人类的触觉已经很灵敏,但如果加以训练,还能得到更显著的提高。如能触知5微米突起的普通人,经过训练能触知1微米;两点间距离分辨力为3毫米的普通人,通过摸盲文(点字)训练能够提高到l毫米,这样的训练就使手变成了“眼”。经过进一步训练,还能把手变成“耳”。美国盲哑女教师、作家海伦·凯勒就是一个典型。她首创了用手“听”话的方法:“听”对方讲话时,伸出三指,把拇指放在对方的喉头上感受振动,用食指感受嘴唇运动,用中指感受鼻根的声音。这种方法是很有道理的,现在已被用于传声打字机的研制。

“原子级”的听力

也许你不会相信,但这却是确凿无疑的事实:人的耳朵能听到相当于原子直径(约一千万分之一毫米)那样极微小幅度的振动。能听到这种超级微小振动的结构藏在内耳的蜗管里。它是一层薄膜,薄膜上有数以百万计排列整齐的纤毛,它们能随着声波而发生弯曲变形,进而发生电效应,形成神经冲动,传入大脑产生听觉。虽然重力波测定仪也能测出极微小的重力波,但它需要在很高的环境条件下才能工作,如超低温、无振动等。而人耳却能在充满震动的人体内,排除各种干扰,维持听力的“原子级”感知度,确实了不起。更出色的是,人耳具有识别和选听所需声音的能力,这是仪器不能比拟的。如有的仪器有极高的感知度,但它只是单纯地判断声音有无;助听器虽然有益,但它把不必要的杂音也放大了。

也许有人以为狗耳的感知度比人耳好,因为狗能听到人所听不到的微弱声音,其实这是错误的。从感知度来说,人和狗都是“原子级”,差别只在于听到的波频率范围不同,人是20赫兹~2万赫兹,狗是20赫兹~4万赫兹。

我们知道耳廓有聚集声音的功能,那位于耳孔前的小突起(耳屏)又有什么作用呢?有一种解释认为这是进化中生物在水中生活时防止水进入耳的盖子残留下来的。但在陆地生活后,它是辨别声音方向的重要结构。如从前面来的声音被耳廓反射回来,碰到耳屏后才进入耳孔,而从侧后方来的声音可由耳屏反射后,直接进入耳孔,这样由各个方向传来的声音就会出现时间差,借此可以辨别声音的方向。蝙蝠主要靠听觉进行活动,因此它那相当于人类耳屏的部分就长得特别长而发达,这样很容易获得方向感。

人耳在辨别声音的方向感方面是相当灵敏的。据研究,人能分辨出前方2米相距只有10厘米(即3度)的两个声源;但如果把左右距离换为上下距离,那么分辨力下降,只有当声源间距离加大到15度时才能获得与原来同样的感觉。这个差别可以从生物进化得到说明:兔子等动物的食物在下,而天敌在上,所以对上下方向比较敏感;而马、鹿等则只对左右方向比较敏感。

此外,人耳在辨别声音高低方面也是相当出色的。据研究,一个普通人可以区别2000种声音的高低。

5.0的视力

一般人的视力可以达到1.5~2.0,但人的视力的极限是多少呢?据目前所知,在我国台湾及肯尼亚都发现了视力为5.0和3.0的人。众所周知,视力好坏是以能区别两点间的最近距离为标准的。所谓1.0指的是:当连接眼与两点间的直线所形成的夹角小到1分角(六十分之一度)时,仍能将两点分清。如果该角度减少二分之一后,也能将两点区别开,就是2.0;角度减少到三分之一后为3.0;减少到五分之一后即为5.0。换句话说,视力5.0的人在500米处看到的东西与视力1.0的人在100米处所看到的一样清晰。

人在没有月光的夜间,眼睛是看不见的,而那些在夜间活动的动物却能在漆黑的夜里信步而行,这是为什么?原来人的瞳孔大小是随亮度变化的,瞳孔的调节范围只有五十倍。其余要靠视网膜进行调节,但到达我们视网膜的光线有五分之四白白从视网膜后溜掉了。而对那些动物来说,它们的视网膜后面还有一层反射层,可以把穿过的光“挡”回去。当那些反射光再次被反射到视网膜时,视网膜的感光度就会增加。猫和狗的眼睛在夜里显得特别明亮可能就与此有关。

充满未知数的嗅觉

嗅觉也是一种感觉。在人的鼻孔上部两侧各有一块1.3平方厘米大小的黄褐色黏膜,这里分布着大约5000万个嗅细胞,当物质的分子被粘附在嗅细胞上时,嗅细胞便感受到刺激。普通人能区分2000种气味。那么嗅细胞是怎么把它们分开的呢?目前已有30余种假说,但其中得到支持的是“键”和“键孔”学说。这种学说认为嗅细胞是“键孔”,有气味的物质分子是“键”,只有当“键”的形状完全与“键孔”相吻合时,气味的信息才能通过神经传向大脑,产生嗅觉。从目前研究的结果来看,物质分子的大小和形状肯定与气味有关。但仅此还不足以说明全部事实。因此,至今嗅觉还是一种令人莫名其妙的充满未知数的感觉。

如有的人可以在50米外闻到有人吸烟的烟味,有人甚至认为,鼻子可以发射出类似激光的物质等,总而言之,嗅觉有待于科学的考证。

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