第5章　视觉与听觉

1．是否存在单个的特征觉察器皮层细胞?

答：不存在单个的特征觉察器皮层细胞。

单个的特征觉察器皮层细胞的假设是以皮层细胞孤立进行活动为前提的。对任何复杂的刺激物，大多数皮层细胞都或多或少地参与反应。而且，即使皮层细胞数目巨大，但比起视觉环境中数不清的特征、细节和物体，要把一个皮层细胞分配给一个特征也是远远不够的。如果某一特殊知觉是由一组相同的皮层细胞所支持，那么细胞的死亡（这是经常发生的事情）就会造成某种特殊知觉的缺失，这样的推测明显与事实不符。因此，不存在单个的特征觉察器皮层细胞。

2．明视觉与暗视觉各有什么特点?

答：明视觉和暗视觉特点为：

（1）明视觉的光感受器是锥体细胞，锥体细胞集中在视网膜的中央凹；暗视觉的光感受器是杆体细胞，杆体细胞集中在视网膜的边缘。

（2）明视觉对白天日光敏感，暗视觉对黑夜光线敏感。

（3）明视觉的最敏感波峰为555nm，暗视觉的最敏感波峰为507nm

（4）明视觉可以感受到颜色，而暗视觉不可以。

（5）明视觉的暗适应过程比较快，大约在5分钟内完成；暗视觉的暗适应过程比较慢，大约在30分钟内完成。

（6）明视觉的空间分辨率高，但光感受性低；暗视觉的空间分辨率低，但光感受性高。

3．红光为什么可以保护暗适应?

答：红光可以相当有效地刺激锥体细胞，因此，在红光条件下人们可以看清环境。但红光几乎不能刺激杆体细胞，相当于杆体细胞已经进入了暗适应状态。如果需要进入到黑暗的环境，只需要大约5分钟就可以完成暗适应曲线的最后一部分，使眼睛感受性达到最高的程度。

在第二次世界大战期间，人们利用红光可以保护暗适应（水平）的原理，让飞行员等需要很快进入暗适应状态的人员戴上特制的红色护目镜（可以透过620nm以外的红光，而不让620nm以下光线通过）在休息室等候，一旦需要，只要在黑暗中摘掉护目镜停留5min即可。对于那些需要在黑暗处与亮处来回转移的人（如雷达观察者）来说，戴红眼镜也是为了保护暗适应。

4．视锐度有哪些测量方法?

答：眼睛的空间辨别能力即视锐度表现为觉察目标刺激的存在以及辨别物体细节的准确性。因视锐度有许多种类，测量视锐度的方法也有多种。

（1）觉察

觉察即发现对象的存在。在暗背景上觉察明亮的物体主要决定于物体的亮度；在明亮背景上觉察暗物体，主要取决于视网膜上刺激物的投影与其周围的亮度差别。

（2）定位、解像与识别

①定位

定位是觉察两根线是否连续或彼此有些错位的能力。错位的数量可以变化，当观察者看不出错位时，实际错位的大小便是对定位视锐度的测量。

②解像

解像是知觉某一模式具体元素之间分离的能力。

③识别

医院的视力表就是一种识别任务。

a．“E”型视力表

在临床医学上用下列公式来计算视力：

  （5.1）

式中V为视力，是标准观察距离（6m），D是视觉能分辨的视标细节单位（“E”字的开口）与眼睛成视角时所在的距离。

“E”型视力表存在一些缺点。首先是视标增进率不均匀；其次是视力统计困难，视力增减时不能以视力差来表示。

b．对数视力表

缪天荣提出了5分制对数视力表，该视力表也以视角为标准视力。相邻的两行视标大小之比恒定地为1︰1.2589。取此增率的对数:作为每一行视标的差数，这相当于Fechner定律中的物理刺激以几何级数增长。

c．蓝道环视力

荆其诚等人对不同照度水平的条件下，用不同视角开口的蓝道环作为刺激物，用白背景上不同灰度的蓝道环来改变对比度，得出一组视觉功能曲线。

从这些曲线可以看出：辨认同一视角的物体，当照度增加时，对比度可以减小；在同一对比度的情况下，随着照度的提高，能够分辨物体的视角可以减小；在相同照度下，为要看清物体，其视角和对比度可以相互补偿。

5．什么是what通路与where通路?

答：（1）有两条解剖上不同的神经通路分别对客体本身以及客体的位置进行加工。

①焦点系统（focal system，又称what通路）即膝状体——纹区视觉系统，负责客体的识别与再认，其包括视网膜中央凹在内的中心区、外侧膝状体和初级视皮层区（纹区）；

②周围系统（ambient system，又称where通路）负责客体的定位，即视网膜背盖视觉系统，其包括视网膜的中央凹区域以及边缘区域、上丘和外纹状体。

（2）盲视病人的情况有助于说明这两条通路。患这种病的人因初级视皮层区（V1区）受损而全盲，虽然他们能正确辨别诸如运动朝向、不同波长光波、形状等刺激属性，但他们却看不见任何东西。对盲视现象的一种解释是，病人的where通路功能还残留，但what通路则因受损而不起作用了。因此，病人不能辨别客体是由于视皮层区受损，但where通路却能使他作出准确的方向反应等等。有趣的是，病人不能意识到自己已做出准确反应，常常对自己“猜”得很准感到奇怪。这意味着，健全的V1区对视觉经验（意识到某种视觉）来说是必不可少的。

6．举例说明加法的颜色混合与减法的颜色混合。

答：（1）加法的颜色混合

加法的颜色混合是指当两种互补的色光，先投射到一个屏幕上，然后再反射到眼睛时产生的颜色视觉。如艺术家的画布上涂满了不同颜色的色块，从远处看他们混合的效果就是彩色艺术品；电视机屏幕上有三种不同颜色的点子，每组点子彼此相距都很近，从远处看时，这些点子就会在视网膜上混合而产生不同的混合色；蓝色光和黄色光投射到一个屏幕上，再反射到眼睛时看到的就是灰色。

（2）减法的颜色混合

减法的颜色混合是指色光先通过不同的滤光片滤光以后，再反射到屏幕上产生的光。如白色光依次通过黄色滤光片和蓝色滤光片，投射到屏幕上，产生绿色的光（这种效应类似于颜料的混合）。水彩画和油画的颜色也是减法的颜色混合的结果。

7．怎样理解颜色编码是两阶段的过程?

答：视网膜锥体联系着视觉系统的三对对立的神经过程：蓝—黄过程，绿一红过程和白一黑过程（与光的强弱有关而与颜色无关），在视网膜以后的视觉通路上都存在着对立的神经过程，因此，颜色编码是一个两阶段的过程：

（1）第一阶段是S、M和L锥体接受不同波长的光刺激，这可以理解为三色过程。

（2）第二阶段是神经细胞的两对对立过程对颜色进行编码，这可以理解为是四色过程。在视觉皮层区，人们也发现了颜色编码的兴奋—抑制过程。总之，红、绿、蓝三种颜色首先由视网膜锥体细胞进行加工，然后颜色信息在视神经通路的不同水平上以兴奋—抑制的对抗过程逐步得到编码。

8．什么是主观颜色?

答：参见本章复习笔记。

9．试述听觉系统的结构和各部分的主要功能。

答：听觉系统由耳、外周神经通路和听觉皮层3部分组成。耳的功能是把气体分子振动转换成毛细胞的神经冲动；神经通路把内耳单个毛细胞的神经放电转换成通往皮层的神经元的放电模式；听皮层的分析与左右脑半球功能定位有关。

（1）耳可分成外耳、中耳和内耳3部分。

①外耳

外耳由耳廓和耳道组成，有助于声能的收集。耳廓有复杂的涡旋构造，用于区分前后和上下的声源位置。耳道的终端是鼓膜，对声的传导有重要作用。

②中耳

a．中耳包括3根听骨：锤骨、砧骨和镫骨。锤骨上连鼓膜，镫骨下连内耳开口处的卵圆窗，两者之间是砧骨。中耳还有通向咽腔的耳咽管。

b．中耳具有三重作用：

第一：平衡中耳和外耳的气压，保证鼓膜的正常振动；

第二：对强声起反射作用，减少传入内耳的强声，起保护作用；

第三：阻抗匹配作用，使声能有效地从外耳传到内耳。

声波在外耳是在空气中传播的，在内耳是在淋巴液中传播的。

③内耳

内耳包括耳蜗和前庭器。耳蜗内部被两个膜分隔，中间形成一个楔形剖面的部分，称为蜗管。蜗管上面的膜是前庭膜，底部的膜是基底膜。Bekesy发现，基底膜的物理特性使输入信号的不同频率成分分布在膜的不同位置上。

（2）外周神经系统

听觉系统的神经通路大部分是对侧的。外周神经系统的出发点是第八对脑神经，由与内毛细胞联结的纤维组成。神经纤维活动有两个最重要的特点：

①频率的选择性

每一个纤维都只对特定频率有最强的反应。神经纤维的频率选择性常用“调谐曲线”来说明。它表现为纤维的反应阈值随频率而变的函数曲线。反应阈值最低的频率称为纤维的特征频率（CF）。

②相锁

神经兴奋发生于输入波形的特定相位。一根神经纤维不一定对每一刺激周期都兴奋，但兴奋总是出现在波形的同一相位。因此，神经兴奋之间的时距总是（或接近是）刺激波形周期的整数倍。

（3）听皮层

听皮层各区由丘脑许多区域获得弥散的投射，并向这些丘脑结构发出返回性下行投射纤维，组成了双向的交互联系，处理不同的信息。每个通路都有其独特的、主要的联系部位和区域，但是这些部位和区域之间也有相互的联系。

10．人类听觉系统感受声音的强度、频率和时长的动态范围有多大?

答：参加本章复习笔记。

11．什么叫听觉掩蔽?什么叫双耳掩蔽级差?

答：参见本章复习笔记。

12．什么叫响度?如何表示响度与强度的关系?

答：声强超过听阈后，随着声强的逐渐增加，主观上产生由弱到强的程度不同的响度感觉。声强是声音客观的物理量，而响度则是主观的心理量。

通常采用等响曲线来表示声强与响度之间的关系。以一定声级的1000Hz纯音为标准声，用其它频率的纯音为比较声。由听者调节比较纯音的声级，直到它和标准纯音的响度相等。这时，标准纯音（1000Hz）的声级就被规定为该声级的比较纯音的响度级。响度级的单位为方（phony）。1000Hz纯音的声级就是它的响度级。声音的频率不同，它们和1000Hz纯音等响的声级也不同。各个比较纯音和1000Hz纯音等响声级的变化作为频率的函数的曲线，就是等响曲线。以1000Hz纯音的不同声级作参量，可测定一组等响线。

13．什么叫音高?如何表示音高与频率的关系?

答：音高是一种听觉的主观心理量。当声音频率由低到高变化时，听觉便产生一种相应的由低到高的不同程度的音高变化。声音频率直接制约着音高。

音高随着声音频率变化，两者间的关系可以用音高量表表示。这个量表的建立，可采用两种心物量表法：多分法和等分法。多分法让听者将一可变纯音的音高，调到标准音高一半。再给标准音以不同的频率，直至包括整个可听范围的频率。等分法是给听者一个高频声和一个低频声S₁、S₅，让他在两者之间调出3个音S₂、S₃、S₄，使相邻两音，即S₁和S₂、S₂和S₃、S₃和S₄，S₄和S₅的音高的距离相等。两种方法所确定的音高量表很一致。

14．人如何在三维空间中判断声源的方位?

答：在三维空间中听觉系统判别声源的方位决定于3个子系统：

（1）根据双耳差别线索决定其水平位置。水平面上的声源定位主要是用双耳间的时间差和强度差。听者正前方的声源（方位角）在两耳产生的波形几乎是一样的。偏离中线的声源在时间上先到达一耳，到达近耳的声强大于远耳。两耳间的时间差和强度差与声源的位置和频率有关。

（2）根据耳廓引起的谱变化线索决定垂直位置。在垂直平面定位的主要线索是耳廓引起的频谱线索。耳廓的涡旋状对定位的重要性可以用实验证明。如果把耳廓填满，就会大大增加定位的错误率。此外，信号中的高频成分减少，特别是消除7kHz以上的能量后，会使定位降到随机水平。

（3）根据强度、混响和谱成分等决定距离。声源距离的判断，可供利用的线索很多。对熟悉的声音、声强和距离的反比关系是明显的依据。在一定距离之外的复合声声源，由于空气的吸声特点，高频比低频有较大的衰减，复合声的频谱将随距离的改变而变化，成为距离知觉的另一线索。此外，声波波前的曲率也可指示距离的远近，近的声源，它的波前曲率大；远的声源的波前曲率近似平面。波前曲率影响到耳间的强度差和时间差。这两者信息的结合，为距离知觉提供了又一个线索。