TITLE: 人類工效學-第四章 人的神經系統 AUTHOR: QUENCY DATE: 07/09/2013 10:22:18 PM CATEGORY: 人因工程設計 STATUS: publish ---- BODY:
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QUENCY：原PO文就亂了
第四章 人的神經系統
第一節 人的神經系統
一、 神經系統的結構
人的中樞神經系統包括大腦和脊髓. 人的周身的神經要麼是從脊髓到肌肉(運動神經), 或者是從皮膚肌肉感覺器官到脊髓或大腦(感覺神經). 感覺和運動神經與他們以及與它們相聯繫的神經通道和中心在脊髓和大腦組成了軀體的神經系統. 這個系統把人的生物體與外界世界通過感覺和知覺和反應連接起來.
與這個系統相對應的是內臟或自動的神經系統. 這個系統控制所有的內部器官: 血液迴圈, 呼吸器官, 消化器官, 腺等等. 內臟神經系統因此管理著對人的生命十分重要的內部結構.
完整的神經系統由成百萬的神經細胞組成, 每一個神經細胞元有一個細胞本身和一個相對較長的神經纖維組成. 細胞本身是一毫米的千分之幾, 而細胞纖維可能比一米還長. 圖4-1顯示了一個神經細胞的構成.
二.、神經的功能
神經系統本質上是一個控制系統. 它控制著外部的和內部的運動, 並監視著各種感覺器. 一個神經細胞的工作取決於它對刺激物的敏感性和它把一個刺激物沿著神經纖維傳遞的能力. 當一個神經細胞受到刺激產生的脈衝沿著神經纖維送到工作中的器官. 這個器官也許是一塊肌肉纖維, 也許是其他東西.
神經脈衝具有電波的性質, 神經並不是"電話線"被動地傳送脈衝, 一個神經脈衝是一個活躍的過程, 自動產生, 消耗能量, 更象一個保險絲或一個慢導火線.與保險絲不同的是神經纖維用過之後並沒有死, 在零點幾秒之內, 它可以再生. 在經過所謂的恢復期, 它又可以接受信號. 神經纖維不能輸送連續的直電流, 而只是單個的脈衝, 在兩個脈衝之間有短暫的間隔. 對於不同的神經, 傳遞速度是很不相同的, 運動纖維的速度是每秒70-100米, 其他纖維的傳送速度是12-70米/秒之間.
三.、神經脈衝的性質
神經脈衝是什麼: 與肌肉纖維一樣, 神經纖維有一個休息膜電位. 在休息時, 膜細胞是被極化的, 在外部主要帶正電, 在內部主要帶負電, 膜去極的過程就產生神經的脈衝. 在去極過程之前的電位是-70毫伏, 去極過程中電位變為+35毫伏,然後去極過程結束, 重新極化過程開始, 直到達到-70毫伏的電位, 細胞可以開始下一次脈衝. 在細胞膜極化和去極過程是產生的電波叫行動電位, 這就是神經脈衝的所在內涵.
四.、行動電位的原因
因此神經電位是極化和去極過程中的一個電波, 它沿著神經纖維以每秒12-20米的速度前進. 打破靜態電位的去極過程的產生是由於細胞膜的滲透性的突然變化, 使得帶正電的鈣離子可以進入神經纖維的內部, 幾乎是同時, 神經纖維內部帶正電的鉀離子也向外運動, 但由於鉀離子的數量小於鈣離子的數量, 所以使細胞內部帶正電離子的急驟增多. 正是這些電離子的運動產生了去極過程的行動電位.
在緊接著的重新極化過程中, 這些帶電的離子向相反的方向移動, 鈣離子向外, 而鉀離子向內. 我們回到了出發點, 神經膜的初始電位得到恢復. 這一機械過程被稱為鈣, 鉀離子水泵. 這並不是人的神經元所特有, 幾乎所有的生物細胞都有這一特性. 這一機械水泵所需要的能量是由ATP提供的. 鈣和鉀離子的運動是神經能夠對刺激物作出反應並產生脈衝的一個基本條件. 神經系統也需要能源, 主要是保持神經膜的電位. 這個能源是由ATP產生的. 當神經處於活動狀態時, 它的新陳代謝活動差不多增加了一倍, 但與骨胳肌肉在收縮時的能量相比, 這個增加量是很小的, 在肌肉活動時, 新陳代謝增加十倍.
五、肌肉的神經分佈
每一塊肌肉都是通過兩類神經系統與大腦這一控制中心連在一起的. 這兩類的神經是: 傳出也叫運動系統, 傳入也叫感覺系統.
運動神經把神經脈衝, 在這種情況下是運動命令, 從大腦帶到骨胳肌肉, 在這裡它們帶來收縮或其他運動指令. 在一塊肌肉內, 這個神經被分成幾個纖維, 每一個纖維與幾個肌肉纖維連在一起. 每一個運動神經細胞與它們所在的肌肉纖維一起組成一個運動單位, 在做比較精密的技術性工作時, 每個運動單位只有3-6個肌肉纖維, 而在做重體力工作的肌肉中, 一個神經元也許會分佈在100個肌肉纖維上.
在運動神經細胞的末端, 神經纖維的膜變厚. 這裡就是運動脈衝從神經纖維跳到肌肉纖維的地方. 這也是行動電位最終引起肌肉收縮的地方.
感覺神經把肌肉的脈衝帶到中心神經系統, 或是脊髓, 或是大腦. 感覺脈衝是信號的承擔者, 它或者被中心神經系統用來指揮肌肉系統, 或者是被作為資訊被貯存起來.
一種特殊的接收器官被稱為肌肉紡錘體, 與肌肉纖維平行, 在肌肉腱的兩端終止. 肌肉紡錘體對肌肉的伸展很敏感, 並把這類信號送到脊髓.
感覺反應的另一個器官是戈爾基器官, 這個器官包含有一個網狀的神經節, 這些神經節依附在肌肉腱上. 每當肌肉腱受到壓力時, 戈爾基器官就把壓力感覺脈動送到脊髓.
在脊髓, 感覺脈衝通過一個中間神經元傳到肌肉神經, 這樣新的脈衝返回到肌肉. 這種由感覺神經傳入然後又由運動肌肉神經傳出到同一肌肉的系統被稱為反射弧. 這樣的反射弧使肌肉的緊張與肌肉的長度不斷地相互調整, 肌肉紡錘體和戈爾基器官是這個調節系統的探測器.
其他的感覺系統把肌肉脈衝送到脊髓內的第一級神經細胞, 然後到大腦中的第二級仲介細胞, 最後達到大腦皮層, 在這裡傳入的脈衝最終被轉換成為感覺, 這也是肌肉產生的疼痛怎麼感覺到的.
第二節 人的視覺系統
世界是豐富多彩的, 而我們是通過眼睛感受到這個豐富多彩的世界的. 在日常工作和生活中, 我們獲得的資訊大約85%都是通過我們的視覺系統獲得的. 因此瞭解人的視覺系統, 對於提高人的工作效率是有説明的.
一. 人的視覺器官
視覺器官的外周感受器是眼睛. 人的眼睛的特點是神經細胞高度發達, 具有完善的光學系統以及各種使眼睛轉動並調節光學裝置的肌肉組織.
人的眼睛的外形接近于球形, 所以也常被稱為眼球. 眼球被一層被稱為眼球壁的一層組織包圍. 眼球壁由鞏膜, 脈絡膜和網膜組成.
鞏膜在眼球壁的最外層, 呈白色, 它主要起著鞏固, 保持眼球的作用. 鞏膜前面的透明部分叫角膜, 它好象是眼睛的玻璃窗戶, 光線從角膜射入眼內.
脈絡膜緊巾貼著鞏膜. 脈絡膜包含有豐富的血管和色素, 起著輸送養料, 滋養眼睛的作用. 脈胳膜的最前面的環狀部分為虹膜, 虹膜中央有一個小圓孔, 叫做瞳孔. 瞳孔的縮小和擴大, 控制進入眼內的光量, 起著觀景窗上光圈一樣的作用.
虹膜後面為水晶體, 透明而有彈性的組織, 象一雙凸透鏡. 它的邊緣有懸韌帶, 把水晶體聯繫在睫狀肌上. 睫狀肌的收縮和放鬆, 可以控制水晶體的曲度. 角膜與虹膜之間的空間為前房, 位於虹膜和水晶體之間的空間被稱為後房. 水晶體的後面的空間充滿著叫玻璃液的液體. 角膜, 水晶體, 水樣液和玻璃液組成了整個眼睛的折光系統. 它們使得物體射出來的光線發生折射而成象.
眼球壁的第三層為視網膜, 人的視網膜中央計有一億三千萬個桿細胞和七百個左右的錐細胞, 它們沿著視網膜的分佈是不均勻的. 在視網膜中央的黃斑部位和中央凹附近只有錐細胞, 幾乎沒有桿細胞. 在黃斑以外, 桿細胞增多, 而錐細胞數量則減少.
桿細胞的特點是對弱光有高度的感受性, 含有夜視所需要的視紫紅質, 對弱光反應靈敏, 但它不能感受顏色, 對精細的辯別也沒有多大的貢獻. 錐細胞不僅能感光(在強光下發生作用), 並且能產生色覺, 辯別細節, 含有強光視覺所需要的視紫藍質.
桿細胞和錐細胞有著不同的視覺功能. 杆細胞是暗視覺器官, 而錐細胞是明視覺器官. 視網膜不同部位的視覺敏銳度的變化是與錐細胞的分佈情況一致的. 中央凹的錐細胞密度最大, 所以中央凹視敏感最高. 在微光視覺中, 中央凹對微光的反應很差, 類似夜盲, 微光視覺主要是由杆細胞發生作用.
二. 視覺的產生
光線經過角膜進入眼球, 經過水樣液, 再經過虹膜 . 虹膜的瞳孔隨著光線的強度變化其口徑大小, 起著光圈的作用. 然後光線通過水晶體和玻璃體而到達視網膜. 水晶體和玻璃體都 有不同的折射率, 使視網膜得到清晰的象. 眼睛的感光系統就是視網膜. 它猶如觀景窗中的底片. 視網膜的功能是由感光系統傳入的光線進行能量轉換, 將光能變成化學能, 再將這部分能量由視神經轉化成生物電能送入至雙極細胞, 經神經節細胞傳至視交叉. 在視交叉處, 兩 眼視網鼻側一邊的神經纖維 與對側眼睛顳側視網膜的神經纖維匯合形成視束, 上行至對側膝狀全. 神經纖維 在膝狀體換元後再投射到大腦皮質視區. 加一些神經纖維在視交叉處進行頂蓋區和上丘, 它們與瞳孔反射及眼動有關. 一般認為, 從視網膜到皮質的整個傳導通路保持著解剖上的點與點的對應關係. 因此皮質視區的微小損傷會引起視野對應部分的失明.
三. 視敏度
視敏度是眼睛辨別物體細節特徵的能力, 也稱為視力. 視敏度的大小通常用可辨視角的倒數來測量. 在一定的條件下, 能分辨的視角愈小, 視敏度愈大. 臨床上將標準距離(5米)下分辨出1分弧視角細節的視敏度定義為1.0. 在不同測試條件下, 視敏度的換算公式如下:
V=D/D'
式中V為視敏度, D'為觀察者恰能分辨視標細節的距離, 在為形成1 分視角的標準距離. 例如一觀察者在5米標準距離下分辨出與眼構成0.5分弧視角的細節, 而這視標與眼睛形成1 分弧視角的距離為2.5米, 則視敏度為:
V=5/2.5=2.0
四. 影響視敏度的因素
人的視敏度容易受主客觀因素的影響而發生變化, 下面我們對一些主要因素作一簡單討論.
1. 照明強度. 照明水準對視敏度有明顯的影響. 照明強度增加, 人眼對物體的最小視覺減少. 照明強度減弱, 人眼對物體的最小視覺增加. 但照明對人眼視敏感的影響隨照明強度的增加而逐漸減慢. 這個規律被稱為照明收效遞減規律.
2. 亮度比. 亮度比是指觀察目標與背景之間的亮度別, 一般由下式表示
C=(BT-BB)/BB
式中, C為對比度, BT為目標亮度, BB為背景亮度. 亮度也可以是負值, 表示目標亮度低於背景亮度. 亮度過大和亮度比過高會產生眩光. 眩光會引起瞳孔變小, 使物件與背景間的對比減弱, 對視敏度發生不良影響.
3. 暴光時間. 在一定的時間範圍內, 人眼感受性隨光刺激時間的增長而提高.
4. 運動. 觀察目標運動, 或兩者同時運動都會引起視敏度一下降. 當運動速度超過60度/秒時, 動態視敏度(DVA)迅速下降.
5. 主體因素. 視敏度受主體的多方面因素的影響. 例如, 在視網膜的不同部位上, 視敏度有時較明顯的差別. 中央 處視敏度高, 離中央愈遠, 視敏度越低.視敏度也與瞳孔有關. 當瞳孔直徑小於1毫米時, 視敏度與瞳孔直徑保持精確的線性關係. 瞳孔直徑繼續增大, 視敏度的提高減慢; 當瞳孔直徑從2.5毫米增至5毫米時, 視敏度不再提高. 此外, 人的視覺系統往往隨年齡的增長出現一些異常變化(如眼睛晶狀體調節能力下降, 瞳孔縮小, 眼球內透明度下降以及視網膜和相應的神經通路和中樞功能退化等), 也會引起視敏感下降. 視敏感在14-20歲階段最高, 在20-40歲階段穩定, 40歲以後開始下降, 60歲以後視敏度只有20歲時的1/3--1/4.
五. 視野
視野指人的頭部固定不動時, 眼睛注視正前方所能看見的空間範圍, 常用角度來表示. 人的視野可以分為三個部分. 最中間的部分, 即在眼睛焦點的1度之內, 人的眼睛看這個區域內的東西可看得特別清淅, 被稱為內視野區或最佳視力區.從1度到40度被稱為中部視野區. 在這一區域東西開始變得模糊起來, 但人的眼睛可以發覺這一區域的運動目標和過高的對比度. 外視野區指中視野區以外直到眼睛受到頭部遮掩的地區, 這對應于40-70度. 人眼對外視野內的物體很不敏感.
六. 視覺適應
我們都有這樣的經歷, 當電影已經開始後我們走進電影場時, 最初我們什麼也看不到, 但慢慢地, 周圍的物體變得比原來清楚多了. 日常生活中有許多這樣的例子. 這是因為當視覺環境中的光量發生變化時, 眼睛的對光感受性隨之發生相應的變化, 這種現象稱為視覺適應. 視覺適應有暗適應和明適應兩種.
1. 暗適應. 當人們從明亮的環境轉入到黑暗的環境時, 開始時視覺感受性很低, 然後逐漸升高, 這個過程稱為暗適應過程. 一個完全的暗適應過程約需30分鐘以上. 圖4-3是暗適應曲線. 暗適應主要是由兩種機制實現. 第一, 當人剛進入黑暗環境時, 眼睛瞳孔放大以增加進入眼睛的光量. 第二, 視網膜感光受細胞的光色素的化學反應過程, 尤其是視紫紅質在暗環境時的還原, 使眼睛的感受性大大提高.
2. 光適應. 光適應是指當人從黑環境轉入光亮環境進時, 眼睛感受性降低的過程. 人眼的光適應完成很快, 大約需要1分鐘. 圖4-4給出了一個光適應的試驗結果. 值得注意的是, 當亮光只射入到視網膜的一小部分時, 整個視網膜都進入光適應狀態. 這就是為什麼有時儘管眩光只照到我們的余光, 我們眼睛也很難看清眼睛中心比較暗的物體.
第三節 人的聽覺系統
除了視覺之外, 人的聽覺系統是人的接受外界資訊的一個主要通道. 因此瞭解人的聽覺系統的特性, 對於改善人的資訊接受, 提高人的工作效率也具有十分重要的意義.
一. 人耳的構造
人的聽覺系統主要是聽覺器官, 即人的耳朵. 人的聽覺器官包括外耳, 中耳, 內耳三個組成部分, 如圖4-5所示.
1. 外耳. 外耳由耳廓和外耳道組成, 主要起集聲和傳聲作用. 外耳道像一根一端封閉的管子, 閉端的聲壓大於開端的聲壓. 它對頻率在3800-4000赫 範圍內的聲波發生共振, 使其響度增益12BA左右. 聲波頻率偏離該範圍時, 增益相應減低. 例如它對於2000赫以上的聲波的增 益約為5D BA.
2. 中耳. 中耳主要是由鼓膜和蝗小骨組成. 鼓膜位於外耳道內端, 它將外界聲波傳至中耳. 鼓膜的聲能傳遞效率隨聲波頻率的提高而增大, 約在1500赫處達到最大值. 鼓膜的緊張程度通過中樞神經系統的調節可以加以改變, 使強弱不同的外界聲音都能有效地傳遞, 普可保護內耳免受強聲音的損害.聽小骨系統包括砧骨, 錘骨和蹬骨. 它們在中耳 與內耳卵圓窗之間起著杠杆作用.
3. 內耳. 內耳是由前庭器官 (與聽覺無關) 和耳蝸組成. 耳蝸的外形極像蝸牛的螺旋殼體. 耳蝸由基底膜分隔成兩部分. 兩部分在耳 蝸頂端有小孔相通. 耳蝸內部充滿淋巴液. 基底膜由大量的橫纖維組成, 這些纖維從耳蝸底部到頂部逐漸增長. 蝗覺感受器---科蒂氏器官按聲壓的變化發生振動. 這種振動促使基底膜 與蓋膜發生相對運動, 從而改變了毛細胞與蓋膜間的位置關係, 由此產生了完全複製聲間音振動的電位波形---微音器電位.
對不同頻率的聲音激發不同的聽覺的解析, 主要有兩種學說----地點說 (共嗚說)和行波說. 地點說認為, 基底膜不同部位的纖維, 由於長度不同, 分別對不同頻率的聲音發生共鳴, 其原理正如豎琴弦. 短纖維對高頻聲音反應, 長纖維對低頻聲音反應. 不同纖維的振動轉化為相應的神經衝動模 式傳 導至聽覺 中樞, 產生了音高聽覺. 行波說認為, 任何聲音刺激都能引起整個基底膜 振 動, 不同頻率的聲音 在耳蝸 不同的部位產生最大振幅 (高音在耳蝸底部, 低音在耳 蝸頂部),音高的感 覺取決於產生最大振 幅的部位. 目前的研究事實還不足以肯定一種學說而否定另一種學說, 但人們一般傾向于支援行波說.
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