人體感覺的測定及其應用

■劉劍

高技術開始用來測定人的感覺

人的感覺歷來被認為只能由主觀感受。一個人心情是否愉快，只有他自己清楚，別人只能由他的表情和行為間接地進行判斷，更不用說對心情進行客觀而定量的測定了。

隨著社會的發(fā)展，物質(zhì)生活的提高，人的價值觀也從重視物質(zhì)轉(zhuǎn)為重視精神。于是，人們不僅希望商品能滿足人們的某些需要，而且能使人看了就感到舒服，甚至有些商品就是用來使人感到舒服的。為此，也迫切需要可以對其進行定量評價的指標和方法。

凡此種種，都要求對人的感覺能夠進行客觀而定量的測定。在這樣的背景下，日本通產(chǎn)省于1990年7月提出“要創(chuàng)造地球時代人的價值”這一長期目標。通產(chǎn)省工業(yè)技術院是日本最權威、最大的國家科研機構(gòu)，他們開始執(zhí)行的“人的感覺測定應用技術”大型計劃，使高技術從以前只用于改進生產(chǎn)，變?yōu)橐查_始重視人的生活。在工業(yè)技術院內(nèi)，其研究領域同生活有密切關系的產(chǎn)品科學研究所，近幾年也開辟了“人的生活科學技術”這一新的研究領域，并發(fā)起成立了“人的生活科學技術研究推進會”。

所有這一切都是為了發(fā)現(xiàn)一些新的觀點，為了建立具有新價值觀（即把人的舒服放在首位）的技術體系。為此，首先要對人的基本特性以及人的感覺進行客觀而定量的測定，只有這樣，才能使人的舒服具有客觀的衡量標準。

盡管目前醫(yī)療上的診斷、檢查技術有很大進步，但是都不能用于上述的測定。因為這種測定必須直接在人進行生產(chǎn)和生活的正?；顒訔l件下進行，不僅不能對人體有絲毫損害（如組織切片、抽血等都不能用），而且也不能對人的各種正?；顒佑腥魏斡绊憽?/p>

這不僅需要把高技術用于這些測定，還要研究把什么作為測定對象，以及用什么作為衡量的指標。下面介紹近來對某些感覺進行測定的最新成果，以及把它用于改進生活質(zhì)量的例子。

睡眠舒服程度的測定

睡眠時間占整個人生的1/3，睡眠的好壞直接影響生活的質(zhì)量和健康狀況。測定睡眠舒服程度有助于尋找改進睡眠的方法，以及對睡具和睡眠環(huán)境進行評價。

研究表明，通過測定腦電波可以評價睡得好不好。原來，當大腦處于明顯活躍的活動時，腦電波呈低振幅的不規(guī)則波形。當閉目不做任何思考時，將呈現(xiàn)頻率為16赫茲、幅值為幾十微伏的有節(jié)奏波形，這就是所謂的α波；進入似睡非睡狀態(tài)后，α波消失繼而出現(xiàn)頻率4赫茲～6赫茲的θ波，這便是睡眠的第一階段；稍后，零零落落地出現(xiàn)頻率十幾赫茲的幅值呈紡錘形的波形，這時便進入睡眠的第二階段；接著，腦電波圖形中混雜地出現(xiàn)3赫茲以下的大振幅波形，這時便是睡眠的第三階段；最后全都變成這種大振幅波形，這時便進入第四階段，也就是熟睡狀態(tài)。隨著腦電波做上述變化，心跳和呼吸也將變慢，體溫也有所降低。

還有一種被稱為REM的特殊睡眠狀態(tài)。這種狀態(tài)下的腦電波和第一階段類似，但眼珠會像睡醒時一樣來回轉(zhuǎn)動，心跳和呼吸的節(jié)奏也沒有規(guī)律，往往容易做夢。但盡管這樣，卻怎么也醒不了，這就是這一階段的特征。

通常人的睡眠過程，先花二三十分鐘經(jīng)歷階段一至階段四，然后再回到第二階段，這時的睡眠狀態(tài)非常穩(wěn)定。以后便穿插地出現(xiàn)REM睡眠狀態(tài)，一個晚上將周期性地出現(xiàn)四五次REM睡眠而中斷第二階段睡眠。REM睡眠最初特別短，以后每次的持續(xù)時間逐漸加長。而到快醒時，往往可以長達幾十分鐘。

當有吵鬧聲時，首先將延長第一階段睡眠時間，所以可用第一階段睡眠的持續(xù)時間來評價睡得不好的程度。此外，比較穩(wěn)定的第二階段睡眠，在聲音的刺激下也會頻頻地轉(zhuǎn)為極短時間的覺醒和第一階段睡眠。因而，第二階段的中斷頻率或平均持續(xù)時間，也可以用做對睡眠妨礙程度的指標。

日本研究者曾經(jīng)用桐木切成細條編成桐褥墊墊在床單下面，測定在夏天炎熱的氣候條件下是否有助于睡眠。在溫度30℃、濕度70%的條件下，比較用普通寢具和桐墊時的睡眠過程，結(jié)果表明，用普通寢具時，幾乎不出現(xiàn)階段三、階段四這樣的熟睡階段；但使用桐墊時，可觀察到和氣候適宜時一樣的睡眠過程。這說明桐墊可以幫助人在天氣炎熱的條件下入睡。

眼睛疲勞的測定

隨著計算機的普及，辦公室工作正在發(fā)生變化。文件往來通常通過網(wǎng)絡直接在VDT（視像顯示裝置，如顯像管）上進行。因此，VDT作業(yè)引起的問題日益增多，首先表現(xiàn)在容易發(fā)生眼睛疲勞。

盡管疲勞（包括眼睛疲勞）無論對誰都是能夠由自己清楚感覺到的現(xiàn)象，但是還沒有能夠客觀地對它進行評價的方法。

其實，疲勞是人體擁有的自我保護機能之一，用以防止因體力耗盡而發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)（恢復）的變化。也就是說，人體需要保持一定富裕的體力以維持正常的生活。如果這種體力的富裕程度大幅度下降，就會使人感到疲勞。

眼睛的疲勞表現(xiàn)在眼球調(diào)節(jié)功能的降低上。這種調(diào)節(jié)功能表現(xiàn)在三個方面：一是調(diào)節(jié)焦距使東西看得清楚；二是為了看近的東西，使兩眼靠近正中央，以增加水晶體的折射能力；三是收縮瞳孔以加大被看東西的景深。眼睛疲勞使這些功能降低，所以便看不清東西了。

日本的產(chǎn)品科學研究所為了測定VDT作業(yè)引起的疲勞，開發(fā)了用以測定這三個調(diào)節(jié)功能的裝置，并將其命名為三維視力計。它以獨特的控制方式進行測定，能夠高速且高精度地跟隨眼球轉(zhuǎn)動。這一測定通過戴在被測者眼睛上的半透鏡來進行，被測者可以看到透鏡后方的VDT畫面，因此不會妨礙他的正常作業(yè)。

衰老程度的測定

人過了60歲，便開始明顯衰老。但哪怕是到了90歲，各人衰老的程度仍有明顯差別。為了尋求延緩衰老的方法，需要有可以表示衰老程度的指標。經(jīng)研究，皮膚的變化可以用做這種指標。

當皮膚老化時，由于構(gòu)成皮膚的各種細胞的分裂能力降低使細胞數(shù)目減少，整個皮膚將變??；由于毛細血管、汗腺、脂腺的分布減少，造成皮膚干燥發(fā)生龜裂；填充在細胞間隙的膠狀蛋白多糖也有所減少，所以皮膚失去嬌嫩性；彈力纖維性質(zhì)的改變，也使皮膚失去彈性。

日本資生堂用紫外線照射皮膚，直接把這些形態(tài)變化顯示在屏幕上，從中抽出十幾種特征，并把它們數(shù)量化。在許多測定實例數(shù)據(jù)的基礎上，開發(fā)出直接掃描分析儀。用這種分析儀測定時，顯示在屏幕上的皮膚表面，皮溝錯綜復雜地交叉著，形成三角形乃至多角形的皮丘。皮丘越小、紋理越細，即是越嬌嫩的皮膚。這種分析儀通過對皮膚狀態(tài)進行多變量分析，便可判定一個人的衰老程度。

老年人還容易得腦血栓、腦出血等腦循環(huán)系統(tǒng)疾病。血液同肌肉、脂肪組織等相比，通電時的阻抗較低，所以血液的增減對身體的阻抗變化影響大。以前曾用阻抗分布描述儀來測定四肢血液的流通情況。最近產(chǎn)品科學研究所也用測定阻抗的方法，來觀察在休息時和在腦力勞動時頭部血流量的增減。但采用這一方法必須使得向頭部通電時不致引起痙攣，因此要盡量減小通電電流。這就需要在提高儀器的信噪比上狠下工夫。對腦部進行多點阻抗測定，有可能開發(fā)出能倒推出腦內(nèi)血液流動分布情況的方法，這將會對早期發(fā)現(xiàn)腦血栓做出巨大貢獻。

心情愉快程度的測定

人和自然界一樣，一直在川流不息地變化。這種變化的形式多種多樣，從完全隨機的到極有規(guī)則的全有。

隨時間而變動的現(xiàn)象，可以用頻率分析的方法進行處理。也就是把組成復雜變化的一個個因素分開，可以看到每種因素以一定的頻率變動。這時，以頻率作為橫軸，把各種因素變動的幅值作為縱坐標，這樣便可以畫出變動的頻譜圖。它將反映出這一復雜變動中不同頻率分量因素的變動幅值。如果所有頻率分量的因素都是隨機出現(xiàn)的，則這種現(xiàn)象便是自噪音，這時的頻譜呈一條橫線。如果變動呈理想的正弦波，則它的頻譜將是在各自的頻率位置上豎起來的一條條直線。這種頻譜的幅值同1/f（f為頻率）成正比，因此這種現(xiàn)象被稱為1/f起伏。

在我們身體的各種機能中，如心跳、呼吸、代謝、覺醒、睡眠等都存在長短不同的各種節(jié)奏。相應的腦電波如上所述，也可分為10赫茲左右的α波、4赫茲～6赫茲的θ波和3赫茲以下的δ波。

這些腦電波，特別是α波被認為同心情愉快程度有密切關系。α波只存在短暫時間，通常閉目養(yǎng)神時在頭后部中心出現(xiàn)，當想睜開眼睛時它便消失。當打坐入靜時，盡管眼睛半睜著，α波也將持續(xù)下去。α波比較容易通過訓練獲得。人在心情平靜時容易出現(xiàn)α波，而α波又有助于養(yǎng)神，這就是生物學上的反饋現(xiàn)象。

α波的振幅通常將不斷增大，又不斷減小。在α波變化的一個周期中，它的幅值一會兒加大，一會兒減小，這便是起伏現(xiàn)象。通過對這種起伏的波形（承載在α波上的振幅波動）進行頻率分析，便可對α波的起伏性質(zhì)進行定量評價。

產(chǎn)品科學研究所做了一項測試，對許多被測定者在聽不舒服的聲音和處在不安狀態(tài)，以及在聽悅耳音樂等各種情況下，測定他們的α波起伏。測定結(jié)果表明，當心情愉快時，α波的起伏頻譜為1/f型；當不愉快和不安時，起伏頻譜的類型變成和隨機噪音時一樣，即接近于一條橫線。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，當用和α波接近的頻率對感覺器官進行周期性刺激時，就會驅(qū)使腦電波出現(xiàn)同步現(xiàn)象。這時腦電波的規(guī)則性將有所增加，起伏的頻譜將和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的平方的比例數(shù)來表示愉快程度。

可見，利用α波的起伏可以獲得表示心情舒服的客觀指標，又可利用適當周期性刺激引起同步起伏的現(xiàn)象，使人感到心情愉快。在日本，研究者已經(jīng)根據(jù)這一原理制成按1/f起伏擺動的風扇出售，收到較好的效果。