互动科普

人类的耳朵不仅可以听到声音，还能够捕捉到头部的运动和倾斜。耳朵捕捉到头部的加速运动、转动和倾斜时所引发的感觉被称为平衡觉。

捕捉到头部的加速运动和倾斜所依靠的是内耳膜迷路中椭圆囊和球囊上的毛细胞；而捕捉头部转动所依靠的是内耳半规管的毛细胞。

“带有沙子的果冻”有停留于原位的倾向

椭圆囊的毛细胞沿水平方向分布，主要负责捕捉水平方向的加速运动；而球囊的毛细胞则沿垂直方向分布，主要负责捕捉垂直方向的加速运动。椭圆囊和球囊的毛细胞的感觉纤毛被一层果冻状的物质所掩埋，其上有名为耳石的由细胞产生的碳酸钙晶体。

比如说在坐车或乘地铁时，头沿水平方向做加速运动，椭圆囊的毛细胞会与头一起运动，而带有耳石的果冻状物质则会倾向于停留在原来的位置（因为惯性），不会与前者一同运动。结果毛细胞的感觉纤毛就会向果冻状物质的方向倾斜。

椭圆囊上毛细胞的感觉纤毛倾斜时，与产生听觉同理，感觉纤毛上的离子通道会开启，使钾离子流入毛细胞。随后产生的电信号会被传递至大脑，使人产生在水平方向加速运动的感觉。

图1. 头部加速向右运动时，带有耳石的果冻状物质会连同感觉纤毛向左倾斜

头部向右加速运动时，椭圆囊的毛细胞会与头一起向右运动。但因为带有耳石的果冻状物质一时会留在原位置，毛细胞的感觉纤毛就会向与运动方向相反的左侧倾斜。

对于身体的倾斜，大多数动物拥有共通的感觉机制

椭圆囊和球囊的毛细胞也能捕捉到头部的倾斜。头部倾斜时，果冻状物质会向重力的作用方向运动，带动毛细胞的感觉纤毛倾向同一方向。除昆虫外，大多数动物在身体倾斜时都拥有相同的感觉机制。

小龙虾的平衡器官位于触角根部的小凹坑中，周围环境中的小砂石会进入小凹坑中，小龙虾就将其当做平衡石。不过在脱皮的时候，平衡石会留在旧的壳中，所以每次脱皮都需要更换新的砂石。

在人类的平衡觉中，头部的转动是由内耳半规管中的毛细胞负责捕捉的。半规管是半圆形的管道，分为前半规管、后半规管和外半规管三种。三者相互呈直角相接，因此无论头部以怎样的角度转动，都会被捕捉到。三种半规管一起被合称为三半规管。

每个半规管的根部都有名为壶腹的膨胀部分，半规管的毛细胞就位于壶腹的膜迷路中。

半规管的毛细胞分布于横穿过壶腹膜迷路的壶腹嵴表面。毛细胞的感觉纤毛被果冻状物质所掩埋，果冻状物质的高度直达膜迷路的顶端。

头部转动时，半规管的毛细胞会与头部一起运动。与其相对的是，充满膜迷路的内淋巴液则有停留于原来位置的倾向，所以不会同时运动。结果果冻状物质在内淋巴液的阻碍下倒向一边，毛细胞的感觉纤毛随之倾斜。

半规管毛细胞的感觉纤毛倾斜后，其上的离子通道会开启，令钾离子流入毛细胞，生成电信号传递至大脑，从而让人感觉到头部的转动。

图2. 头部向右转动的话，内淋巴液会使感觉纤毛向左倾斜

头部向右转动的话，外半规管的毛细胞会与头一起向右转动，但充满外半规管的内淋巴液则倾向于静止在原位置。毛细胞的感觉纤毛就会向转动方向的逆方向（左）倾斜。

大脑感受到逆向的转动

坐在转椅上转几圈，很多人都会感到头晕目眩吧。

头部的转动停止后，半规管的毛细胞会与头同时停止运动，而内淋巴液则还在流动。结果果冻状物质受内淋巴液流动的影响，倒向转动过程中的相反方向，令感觉纤毛同样向对侧倾斜（就像急刹车时人体会前倾一样）。所以实际上停止运动时，大脑会感觉到向逆方向转动。这是导致头晕目眩的一个原因。

感到头晕目眩的另一个原因在于眼球的运动。三半规管捕捉到头部的转动后，眼球会在条件反射（不经由大脑的无意识反应）下向转动方向的逆向转动。头部继续转动的话，眼球会在缓慢转动后迅速回归原位，并重复这一过程。这一现象叫做眼震。这一现象在头部的转动停止后也会继续，这是感到头晕目眩的另一个原因。

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）