貓的鬍鬚在感覺什麼？
― 鬍鬚本身沒有神經，是在根部讀取「槓桿」的動作
貓鬍鬚的毛本身，連一條神經都沒有。真正有感覺的是根部。鬍鬚是一根長長的「槓桿」，把前端碰到的微小力量，化成強大的扭力，傳到神經密集的根部。
夜裡，關了燈的房間裡，貓咪輕巧地穿過家具的縫隙，一點碰撞的跡象也沒有。
仔細看正在玩耍的貓，撲向玩具的瞬間，鬍鬚會用力向前倒。就像把手往前伸出去一樣。
用手指輕輕碰一下鬍鬚的前端，貓馬上會眨眼，或是把臉別開。明明只是一根毛，為什麼這麼敏感呢？
鬍鬚敏感的原因，只有兩個
鬍鬚比一般的毛埋得深得多，包住根部的囊袋裡聚集了許多神經。毛只是把動作傳到根部的「棒子」。
細棒只要一點力就會彎曲。棒子越長，前端的力在根部形成的「扭力」就越大。鬍鬚的形狀，連灰塵落上去那麼小的力，都能推動根部。
也就是說，鬍鬚不是「有感覺的毛」，而是「把力量送到根部的槓桿」。我們依序來看。
毛本身沒有神經
就像剪頭髮不會痛一樣，貓鬍鬚的毛也沒有神經，也沒有活的細胞。毛是皮膚製造出來的堅硬蛋白質棒子。
祕密在根部。鬍鬚的根部比一般的毛埋得更深，周圍有一個充滿血液的小囊袋包著，袋上密密麻麻排列著神經末梢。據說一根鬍鬚的根部，連著超過一百條神經纖維。
前端碰到東西時，毛會以根部為支點彎曲。於是根部在囊袋裡微微傾斜，壓到周圍的神經。請看圖1。可以用滑桿改變鬍鬚前端被壓下的量。
圖1一開始的狀態，鬍鬚前端下降了1毫米。這時作用在前端的力，估計約是一元硬幣重量的3000分之1。換算成重量，大約是0.3毫克。即使這麼小，根部還是確實被扭轉，並傳到神經。
越長、越細，就越敏感
說鬍鬚是「槓桿」，意思是這樣：扭轉根部的力，等於前端受的力乘上鬍鬚的長度。就算碰觸的力相同，鬍鬚長2倍，根部受到的扭力也是2倍。
彎曲的難易程度，受粗細的影響更大。棒子的粗細變成2倍，抗彎的程度就變成16倍。貓的鬍鬚根部粗，越往前端越細而尖。最細的前端，只要極小的力就會彎曲。
另一方面，因為根部粗，整根毛不會軟趴趴地折斷。前端敏感，根部又能穩穩傳力。這種細而尖的形狀，同時做到了這兩件事。
貓用鬍鬚做什麼？
貓很擅長在暗處活動，但在一片漆黑中，眼睛也派不上用場。這時，鬍鬚會告訴牠周圍東西的位置。據說向臉部兩側展開的鬍鬚，有助於確認縫隙的寬度。
出人意料的是眼前極近的地方。據說貓很難讓眼睛對準離臉太近的東西。撲向獵物的瞬間把鬍鬚往前倒，被認為是用鬍鬚去碰觸，來彌補看不清楚的距離。
據說鬍鬚也能感覺到微弱的氣流。物體附近的氣流會改變，所以也許在碰到之前，就能察覺有東西在那裡。
貓的眼睛上方、臉頰後面、下巴下面，也有構造相同的毛。前腳內側靠近手腕的地方也有幾根，據說能感覺抓住的獵物在動。嘴巴兩側的鬍鬚，一般是左右各12根，共約24根。
剪鬍鬚不會痛，因為毛沒有神經。但是失去了當槓桿用的長度，貓就很難掌握周圍的狀況。鬍鬚會自然脫落再長出來，所以掉在地上也不用擔心。
總結
貓鬍鬚的毛本身沒有神經。鬍鬚是又長又細的「槓桿」，把前端碰到的微弱力量，化成扭力傳到神經聚集的根部。在暗處，或是眼睛對不到焦的近處，貓都是用鬍鬚碰觸來確認。
鬍鬚不是有感覺的毛。
它是把微弱的力量送到根部的長槓桿。
貓身體的力學，也在貓在空中扭轉身體、用腳著地的原理和從高處掉下來也沒事的原因中介紹過。想看另一種在黑暗中感知物體的方式，請看蛇用熱感應找到獵物的原理。在水中，海豹則用鬍鬚讀取魚游過後留下的渦流足跡。
- 用指尖輕輕撥動手臂上細毛的前端，注意不要碰到皮膚。毛沒有神經，但你應該會在根部附近感覺到「有東西碰到了」。
- 把30公分的尺伸出桌邊約20公分，用手壓在桌上。用手指輕壓前端，看看會彎多少。
- 接著把伸出的長度改成10公分，用差不多的力壓。你會發現越長的那一邊，用小得多的力就能彎得很大。
請不要真的去碰貓的鬍鬚來試。貓通常不喜歡被碰鬍鬚。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與課本的連結明確標示這是從國中理化到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「物理」「生物」學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學、大學專業課程（材料力學・神經科學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教、研究者目前正在調查的話題
國中名詞：這個現象有名字
- 竇毛（sinus hair）・觸毛：根部被充滿血液的囊袋包住、神經聚集的感覺用毛。貓的鬍鬚就屬於這一類。
- 槓桿・力矩：讓棒子轉動的作用大小，由力 × 到支點的長度決定。
- 懸臂樑：只固定一端、另一端自由的棒子。鬍鬚、跳水板、從桌邊伸出的尺都是這種形狀。
國中高中用算式驗證：要彎曲鬍鬚前端1毫米，需要多大的力
把鬍鬚當成粗細和根部相同的均勻圓棒來概算。真實的鬍鬚越往前端越細，所以實際上用比這更小的力就會彎曲。長度單位統一用毫米，力的單位統一用牛頓（N）。
| 用符號寫 | F ＝ 3 × E × I × δ ÷ L³ （其中 I ＝ π × d⁴ ÷ 64） |
| 用文字寫 | 壓前端的力 ＝ 3 × 材料的硬度 × 截面的抗彎程度 × 前端下降量 ÷（長度的3次方） |
| 算式的來源 | 懸臂樑的彎曲公式。由棒子每一點上，想使它彎曲的力矩與材料想恢復原狀的力相平衡的條件推導出來 |
| 符號 | 意義與單位 |
| F | 壓前端的力（N） |
| E | 楊氏模數＝材料的硬度（N/mm²） |
| I | 截面二次矩＝由截面形狀決定的抗彎程度（mm⁴） |
| δ | 前端下降的量（mm） |
| L、d | 鬍鬚的長度與根部的粗細（mm） |
| 鬍鬚的長度 L | 60 mm（嘴旁長鬍鬚的大約值） |
| 根部的粗細 d | 0.2 mm（據說約0.2〜0.3 mm） |
| 毛的硬度 E | 3000 N/mm²（毛的主要成分角蛋白，據說約數千 N/mm²） |
| 前端的下降量 δ | 1 mm |
| 作用在一元硬幣重量上的重力 | 0.0098 N |
| 粗細的2次方 | 0.2 × 0.2 ＝ 0.04 |
| 粗細的4次方 | 0.04 × 0.04 ＝ 0.0016 |
| 乘上 π | 3.1416 × 0.0016 ≒ 0.005027 |
| 除以 64，得到截面的抗彎程度 I（mm⁴） | 0.005027 ÷ 64 ≒ 0.0000785 |
| 乘上材料的硬度（E × I） | 3000 × 0.0000785 ≒ 0.2355 |
| 乘上 3（δ 是 1 mm，所以不變） | 3 × 0.2355 ≒ 0.7065 |
| 長度的2次方 | 60 × 60 ＝ 3600 |
| 長度的3次方 | 3600 × 60 ＝ 216000 |
| 壓前端的力 F（N） | 0.7065 ÷ 216000 ≒ 0.0000033 |
| 是一元硬幣重量的幾分之1 | 0.0098 ÷ 0.0000033 ≒ 2970 |
| 扭轉根部的力矩（N・mm） | 0.0000033 × 60 ≒ 0.000198 |
把鬍鬚前端壓下1毫米的力，約是0.0000033牛頓（3.3微牛頓）。相當於一元硬幣重量的約3000分之1，也就是放上約0.3毫克的東西的重量。算式裡有 d⁴，所以粗細變成2倍，需要的力就是16倍；長度減半，則是8倍。細而長的鬍鬚之所以敏感，就是靠這個形狀。
高中高中＋根部讀取的不是「力」而是「扭轉」
高中高中物理把讓棒子轉動的作用叫做「力矩」，用力 × 力臂長度表示。鬍鬚前端受力 F 時，根部承受 F × L 的力矩。鬍鬚越長，即使力相同，對根部的扭轉也越強，就是這個緣故。
高中＋用大鼠鬍鬚做的研究顯示，從根部力矩的方向和大小，也許能讀出碰到的物體的距離與方向。因為力相同時，碰在靠近前端還是靠近根部，力矩就不同。
大學歐拉–伯努利樑理論與竇毛的神經
上面的算式來自材料力學的「歐拉–伯努利樑理論」，是懸臂樑前端受集中荷重時的解。抗彎程度由楊氏模數 E 與截面二次矩 I 的乘積 EI（彎曲剛度）決定。往前端變細的鬍鬚，I 會隨位置改變，所以實際研究時要當作錐形樑做數值計算。根部的竇毛有稱為血竇的血液囊袋，以及默克爾細胞等多種機械受器。已知在大鼠身上，訊號會依每一根鬍鬚各自分區，送到大腦的「桶狀皮質」。
📖 算式的推導與更進一步的內容：懸臂樑 ― 維基百科（日文版） ／ 竇毛 ― 維基百科（日文版）
研究目前還不清楚的事
- 鬍鬚的寬度，和身體的寬度一樣嗎？ 常聽人說「左右鬍鬚前端的寬度和身體寬度相同，用來測量能不能鑽過縫隙」。但是確實驗證過這件事的研究很少，和成長、體重變化的關係也不明確。
- 貓的大腦如何整合鬍鬚和眼睛的資訊？ 鬍鬚的研究以大鼠為主，貓的大腦怎麼處理，據說還有很多不清楚的地方。
- 能讀取氣流到什麼程度？ 已有研究顯示鬍鬚能感覺到風，但在黑暗中避開物體時有多大幫助，研究仍在持續。
也就是說，這篇文章的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。特別是關於貓的細部數值，個體差異很大，請多加留意。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「力的作用」「刺激與反應」 | 槓桿、感覺器官與神經 |
| 高中 | 物理「剛體的平衡」、生物「受器」 | 力矩、接收機械性刺激的細胞 |
| 高中＋ | 物理進階 | 由力矩讀取碰觸位置的話題 |
| 大學 | 材料力學、神經科學 | 樑理論、彎曲剛度、桶狀皮質 |
| 研究 | 動物行為學、觸覺神經科學 | 鬍鬚寬度與身體寬度、貓的資訊處理 |
| ― | 與生活的連結 | 不剪貓的鬍鬚、尺的彎曲 |
- 維基百科日文版「洞毛」（ウィキペディア「洞毛」）
- 維基百科日文版「断面二次モーメント」（截面二次矩）
- Ahl, A. S. (1986). The role of vibrissae in behavior: a status review. Veterinary Research Communications, 10, 245–268.
- Prescott, T. J., Mitchinson, B., & Grant, R. A. (2011). Vibrissal behavior and function. Scholarpedia, 6(10), 6642.
- Quist, B. W., & Hartmann, M. J. Z. (2012). Mechanical signals at the base of a rat vibrissa: the effect of intrinsic vibrissa curvature and implications for tactile exploration. Journal of Neurophysiology, 107, 2298–2312.
※本文是為一般讀者寫的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值與概算。鬍鬚的長度和粗細有個體差異。如果對貓的身體狀況有疑慮，請諮詢獸醫師。