《意识的解析 05》

人类具有五种主要的感觉。它们是视觉，听觉，触觉，嗅觉和味觉。而绝大多数的外界信息来自视觉。可以说人类是视觉动物。眼睛是视觉器官，人体里最精密的仪器。它们的结构和原理完全等同于照相机。只是生物体在几亿年前的演化过程中就形成了眼睛，而人类利用光，制造出相机只是近几百年的事情。青蛙的眼睛调焦观察远近不同的物体时靠调整透镜的位置，像照机一样。而人眼靠调整透镜面的曲率。生物演化过程存在多样的选择。蛋白质是一种神奇的多结构多功能的生命有机物质。眼睛各部分的基本组成材料都是蛋白质。人类发明了不少材料，但是还不能用单一种类的材料制造出像照机一样的相对复杂的器件。

眼睛的视网膜有两种感光细胞，柱状的视柱细胞和锥形的视锥细胞。视柱细胞对光敏感，用于感觉光强，辨别明暗。视锥细胞里有三类不同的感光蛋白质，用于辨别色彩。感光蛋白质分子在接收到光子之后，受到激励后释放出电子。生物利用这种光电效应已经有几亿年的历史。而人类理解和利用光电效应还不足一百五十年。三种视锥细胞中的感光蛋白质分别吸收对应在红，绿，蓝色光谱区的光子。其中，红色视锥细胞数量最多，蓝色视锥细胞最少，仅占百分之十。所以，人眼对蓝色的敏感度不如红色。视锥细胞中感光蛋白质的缺失就造成色盲。红绿色盲比较普遍。而色盲在男性中又比较常见。大约十分之一的男子有色盲问题。感光蛋白质的缺失来自X染色体。男性只有一个X染色体。女性有两个X染色体。只有当两个X染色体都有缺陷时，女性才会出现色盲。所以女性色盲的几率只有男性的十分之一。又有研究表明女性能够比男性识辨更加的色彩。这个结论并没有得到广泛的应证。

视细胞连着神经传导细胞，在受到光激励时将电信号传导出去。以前我们已经谈论过。这些几百万条的神经传导线，就像墙上的常春藤一样，在视细胞的前面爬过视网膜的内表面，最后汇聚在一个偏离视网膜中央凹点二十度角的地方穿过视网膜输送出去。这个穿孔的地方就成了盲点。这不是一个最理想的设计，只是眼睛在演化时的随机选择，并且留传下来。

视细胞感应的信号，以及其它所有感应器产生的信号传递给感觉神经元细胞，再传递给神经中枢和大脑。在十八十九世纪，人们通过实验已经知道神经元细胞能够接受电刺激，并且能够传递电信号。到了二十世纪，英国人艾德里安探测到神经元细胞上产生的动作电位脉冲。动作电位在神经元轴线上保持相同的幅度和脉冲形。它们也不像电线的电传导那种随着传播的距离而衰减。德国人伯恩斯坦认为动作电位来自细胞膜的膜电位。在静止状态，细胞膜内外离子浓度不同。细胞膜内正离子浓度偏低，就形成了细胞膜从外到内的七十毫伏的电势落差。这个膜电位存在于所有的细胞。为了解释动作电位的电势变化，伯恩斯坦假设在细胞膜上存在让离子从里到外通过细胞膜的通道。

神经传导的研究从艾德里安传给他的学生赫胥黎，由从赫胥黎传到霍奇金。从1939年开始，霍奇金和赫胥黎开始系统性研究。他们利用枪乌贼的大主神经轴线，有一毫米粗，肉眼都能看见。这样大大方便了实验。1945年，霍奇金发现了动作电位与钠钾离子浓度变化的关系，建立了神经元细胞内的信号传导机制。

神经元细胞处于静态时，细胞膜上有负七十毫伏的电势差，所有的离子通道处于关闭状态。当它受到刺激时，电势上升。到达负五十五毫伏时，钠离子通道打开，细胞外的钠离子流入细胞内，膜电势瞬间增高到正四十毫伏。这时，钠离子通道关闭，钾离子通道打开，钾离子从细胞内流出去。细胞膜电势迅速下降，在大约一百毫秒之后恢复到原先的负七十毫伏。在神经元细胞的一个地点产生动作电位时，它产生的电流将影响附近区域的电位，从而引起该区域的细胞膜的反应。这样一连贯的反应就促成了信号沿神经元细胞轴线上的传导。当细胞膜电位恢复正常之后，细胞膜上的离子泵将钠离子和钾离子分别输送到膜外和膜内。神经元细胞的内外体液环境得到彻底恢复，准备好接收下一次刺激。离子通道都是由蛋白质分子组成。1988年，麦金农利用X光衍射晶体成像揭示了离子通道的蛋白质结构。离子通道的工作原理在分子层面上也被解决了。

—写于2023年3月15日（图片来自网络）