《意識的解析 05》

人類具有五種主要的感覺。它們是視覺，聽覺，觸覺，嗅覺和味覺。而絕大多數的外界信息來自視覺。可以說人類是視覺動物。眼睛是視覺器官，人體裏最精密的儀器。它們的結構和原理完全等同於照相機。隻是生物體在幾億年前的演化過程中就形成了眼睛，而人類利用光，製造出相機隻是近幾百年的事情。青蛙的眼睛調焦觀察遠近不同的物體時靠調整透鏡的位置，像照機一樣。而人眼靠調整透鏡麵的曲率。生物演化過程存在多樣的選擇。蛋白質是一種神奇的多結構多功能的生命有機物質。眼睛各部分的基本組成材料都是蛋白質。人類發明了不少材料，但是還不能用單一種類的材料製造出像照機一樣的相對複雜的器件。

眼睛的視網膜有兩種感光細胞，柱狀的視柱細胞和錐形的視錐細胞。視柱細胞對光敏感，用於感覺光強，辨別明暗。視錐細胞裏有三類不同的感光蛋白質，用於辨別色彩。感光蛋白質分子在接收到光子之後，受到激勵後釋放出電子。生物利用這種光電效應已經有幾億年的曆史。而人類理解和利用光電效應還不足一百五十年。三種視錐細胞中的感光蛋白質分別吸收對應在紅，綠，藍色光譜區的光子。其中，紅色視錐細胞數量最多，藍色視錐細胞最少，僅占百分之十。所以，人眼對藍色的敏感度不如紅色。視錐細胞中感光蛋白質的缺失就造成色盲。紅綠色盲比較普遍。而色盲在男性中又比較常見。大約十分之一的男子有色盲問題。感光蛋白質的缺失來自X染色體。男性隻有一個X染色體。女性有兩個X染色體。隻有當兩個X染色體都有缺陷時，女性才會出現色盲。所以女性色盲的幾率隻有男性的十分之一。又有研究表明女性能夠比男性識辨更加的色彩。這個結論並沒有得到廣泛的應證。

視細胞連著神經傳導細胞，在受到光激勵時將電信號傳導出去。以前我們已經談論過。這些幾百萬條的神經傳導線，就像牆上的常春藤一樣，在視細胞的前麵爬過視網膜的內表麵，最後匯聚在一個偏離視網膜中央凹點二十度角的地方穿過視網膜輸送出去。這個穿孔的地方就成了盲點。這不是一個最理想的設計，隻是眼睛在演化時的隨機選擇，並且留傳下來。

視細胞感應的信號，以及其它所有感應器產生的信號傳遞給感覺神經元細胞，再傳遞給神經中樞和大腦。在十八十九世紀，人們通過實驗已經知道神經元細胞能夠接受電刺激，並且能夠傳遞電信號。到了二十世紀，英國人艾德裏安探測到神經元細胞上產生的動作電位脈衝。動作電位在神經元軸線上保持相同的幅度和脈衝形。它們也不像電線的電傳導那種隨著傳播的距離而衰減。德國人伯恩斯坦認為動作電位來自細胞膜的膜電位。在靜止狀態，細胞膜內外離子濃度不同。細胞膜內正離子濃度偏低，就形成了細胞膜從外到內的七十毫伏的電勢落差。這個膜電位存在於所有的細胞。為了解釋動作電位的電勢變化，伯恩斯坦假設在細胞膜上存在讓離子從裏到外通過細胞膜的通道。

神經傳導的研究從艾德裏安傳給他的學生赫胥黎，由從赫胥黎傳到霍奇金。從1939年開始，霍奇金和赫胥黎開始係統性研究。他們利用槍烏賊的大主神經軸線，有一毫米粗，肉眼都能看見。這樣大大方便了實驗。1945年，霍奇金發現了動作電位與鈉鉀離子濃度變化的關係，建立了神經元細胞內的信號傳導機製。

神經元細胞處於靜態時，細胞膜上有負七十毫伏的電勢差，所有的離子通道處於關閉狀態。當它受到刺激時，電勢上升。到達負五十五毫伏時，鈉離子通道打開，細胞外的鈉離子流入細胞內，膜電勢瞬間增高到正四十毫伏。這時，鈉離子通道關閉，鉀離子通道打開，鉀離子從細胞內流出去。細胞膜電勢迅速下降，在大約一百毫秒之後恢複到原先的負七十毫伏。在神經元細胞的一個地點產生動作電位時，它產生的電流將影響附近區域的電位，從而引起該區域的細胞膜的反應。這樣一連貫的反應就促成了信號沿神經元細胞軸線上的傳導。當細胞膜電位恢複正常之後，細胞膜上的離子泵將鈉離子和鉀離子分別輸送到膜外和膜內。神經元細胞的內外體液環境得到徹底恢複，準備好接收下一次刺激。離子通道都是由蛋白質分子組成。1988年，麥金農利用X光衍射晶體成像揭示了離子通道的蛋白質結構。離子通道的工作原理在分子層麵上也被解決了。

—寫於2023年3月15日（圖片來自網絡）