為什麼一碰就知道衣服濕了?
― 皮膚其實沒有「濕度感測器」
背上滲出汗水的瞬間、袖口濺到水的那一刻,我們往往還沒細想,就已經察覺「濕了」。然而,仔細檢查人的皮膚,卻找不到能直接偵測濕度的裝置。皮膚傳出的,只有溫度、壓力、動作這幾種訊號。「濕了」這種感覺,其實是大腦根據這些訊號拼湊出來的答案。
摺衣服時,混進了一件還沒完全乾的衣服。手一碰到那件衣服的瞬間,還沒看見,就已經感覺到「啊,這件是濕的」。
又或者,在冷氣房裡坐了一陣子,會感覺背上的襯衫黏在皮膚上。不用回頭確認,就知道自己流汗了。
既然感覺得這麼準確,皮膚應該有專門偵測水分的感測器吧?──你可能會這麼想。但事實是,這種感測器根本找不到。
原因大致有兩個
目前在人類皮膚上發現的,只有偵測溫度、壓力、疼痛、動作的裝置。至今尚未發現能對水本身產生反應的裝置。
「突然變冷」「被壓住」「移動時卡卡的」。當這3個條件同時出現,大腦就會判斷「這是濕的」。答案是在大腦裡產生的。
換句話說,濕的感覺和眼睛看到的顏色、耳朵聽到的聲音性質不同。顏色和聲音各自有專屬的接收器官,但濕度沒有。這是大腦創造出來的感覺。
皮膚只會傳出3種訊號
濕布碰到皮膚時,首先會奪走熱量。因為水傳熱的能力比空氣強得多,而且蒸發時還會帶走更多熱量。皮膚的溫度會迅速下降,這是第一個訊號。
接著,濕布會貼在皮膚上。它不像乾布那樣輕輕搭著,而是整面緊密貼合,這就成了壓力的訊號。而衣服一動,摩擦的感覺也和乾燥時不同,這是第三個訊號──動作的訊號。
請看圖1。皮膚傳出的就只有這3種訊號,沒有一個直接代表「水」。然而當這3種訊號同時抵達時,大腦會毫不猶豫地做出「濕了」的判斷。
正因為是加總,才會被騙
只要刻意錯開訊號,就能看出大腦在拼湊答案的證據。即使是同樣份量的水,只要把水溫調到接近體溫,濕的感覺就會明顯變弱,因為冰冷的訊號消失了。圖2的左右兩邊,正是這種差異。
反過來也做得到。冰冷、光滑、又能緊貼皮膚的東西──例如冰過的金屬板或光滑的塑膠袋,壓在手臂上時,明明是乾的,卻可能一瞬間覺得「濕了」。只要訊號齊全,即使沒有水,也會產生濕的感覺。
已經在果蠅和蟑螂的觸角上,找到能直接對空氣濕度做出反應的感覺器官。對於要避開乾燥環境才能生存的小型生物來說,或許就需要能直接偵測濕度的裝置。人類雖然沒有這種裝置,卻選擇了由大腦拼湊訊號的方式。
水傳熱的能力比空氣強得多,蒸發時還會帶走更多熱量。如果一直穿著濕衣服,身體散熱的速度會比乾燥時快得多。也就是說,這種感覺其實是正確地發出了警訊。
總結
「濕了」這種感覺,並不是皮膚直接測量出來的事實,而是大腦根據冰冷、壓力、動作這3個線索,當場拼湊出的結論。正因如此,只要錯開線索,感受方式就會輕易改變。
皮膚不認得「水」。
「濕了」,是大腦寫出來的答案。
同樣地,皮膚感受到的其實不是溫度本身,而是熱量的流動,這點在為什麼金屬摸起來比木頭冰?中也有介紹;手指把凹凸不平轉換成震動來感知的機制,則收錄在為什麼手一摸就能分辨「粗糙」和「光滑」?。濕透的身體散熱的相關內容,也歡迎參考為什麼「沒有那麼冷的日子」也會發生失溫?。
- 準備兩塊相同的布,一塊用冷水弄濕,另一塊用接近體溫的溫水弄濕。把兩塊布都擰乾,讓含水量一致。
- 閉上眼睛,請人依序把兩塊布貼在手臂內側,回答哪一塊感覺「比較濕」。多數人會覺得冷的那塊更濕。
- 接著做個乾燥版的實驗。把冰過的湯匙背面或光滑的塑膠袋擦乾,輕輕壓在手臂內側,確認明明是乾的,是否還是會有一瞬間感到冰冷、彷彿濕了的感覺。
請不要使用冰塊或熱水。長時間把過冷的物品貼在皮膚上,可能會傷害皮膚。溫和的溫差就足以感受到差異。
想更深入了解 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目,明確標示每段內容屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「生物基礎、物理基礎」課程範圍
- 高中+高中進階內容,或教科書專欄程度的內容
- 大學高中不會教,屬於大學專業科目(生理學、感覺神經科學)的內容
- 研究連大學課堂都還不會當作「定論」教授、研究人員正在探索中的內容
國中用語:這個現象是有名字的
- 感覺受器:接收身體內外變化,並轉換成神經訊號的裝置。已知皮膚上有分別負責溫度、壓力、疼痛等的受器。
- 多重感覺整合:大腦把來自不同感覺的資訊,整合成單一知覺的過程。濕的感覺被視為其中的代表案例。
- 蒸發熱:液體變成氣體時,從周圍奪走的熱量。這是濕潤的皮膚會變冷的主要原因。
國中高中用公式驗證:流汗到底能讓身體降溫多少
濕的感覺入口是「冰冷」。那麼,水分蒸發到底能讓身體降溫多少呢?我們統一用焦耳做熱量單位、克做重量單位、公斤做體重單位來計算。
| 1克水蒸發時奪走的熱量 | 約為2400焦耳 |
| 讓身體1公斤升溫1度所需的熱量 | 約為3500焦耳 |
| 體重 | 設為60公斤 |
| 讓全身升溫1度所需的熱量 | 60 × 3500 = 210000 |
| 能奪走同樣熱量的水的重量 | 210000 ÷ 2400 ≒ 88 |
| 一杯水(200克)相當於幾度 | 200 ÷ 88 ≒ 2.3 |
也就是說,只要不到半杯水、88克的汗水全部蒸發,理論上就能奪走相當於體溫1度的熱量。實際上,身體會透過飲食和運動持續產熱,努力維持體溫。即便如此,從這個數字也能感受到,濕透對身體來說是多大的一件事。
高中高中+冰冷的訊號從何而來
高中皮膚溫度下降,是因為水把熱量帶走了。就傳熱能力來比較,水大約是空氣的20倍以上。即使氣溫相同,只要濕了,散熱方式就會改變。
高中+據說負責傳遞皮膚冰冷感的神經,屬於纖細、髓鞘(包覆神經的鞘)較薄的種類。有報告指出,若削弱這種神經的作用,濕的感覺也會同時變弱。這是冰冷訊號支撐著濕感覺的證據之一。
大學大腦如何補足「不存在的感測器」
在大學的感覺神經科學中,有一種觀點把大腦視為「根據收到的訊號,推測最有可能的原因的裝置」。當冰冷、壓力、動作這3種訊號同時抵達時,最有可能的原因就是水──這樣推測出的結果,就可以解釋為濕的感覺。從這個角度來看,被冰冷的金屬騙出濕的錯覺,並不是大腦出了錯,而是根據有限線索做出的合理推測。
研究目前尚未完全釐清的部分
- 真的完全沒有「濕度感測器」嗎? 找不到,和不存在,是兩回事。未來仍有可能發現反應極其微弱的機制。
- 3種訊號的權重分配。 大腦以怎樣的比例使用冰冷、壓力、動作這3種訊號,據說會依條件而異,尚未有固定的數值。
- 身體部位造成的差異。 已知背部和手掌對濕的感受不同,但這種差異從何而來,目前還沒有充分的解釋。
也就是說,本文的內容也只是「目前已知範圍內的解釋」。感覺相關的研究,常常會從理所當然、沒人懷疑過的地方,冒出新的問題。
與教科書的連結(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・刺激與反應/狀態變化 | 皮膚的3種訊號、蒸發奪走熱量的說明 |
| 高中 | 生物基礎(受器與神經)・物理基礎(熱量) | 用公式驗證、冰冷訊號的來源 |
| 高中+ | 生物(感覺器官的進階內容) | 神經種類與濕感受的變化 |
| 大學 | 生理學・感覺神經科學 | 多重感覺整合,以及大腦推測的觀點 |
| 研究 | 感覺生理學・人因工程學 | 訊號的權重分配、身體部位造成的差異 |
| ― | 與生活的連結 | 盡早換掉濕衣服、選擇不易積汗的衣物 |
- Filingeri, D. & Havenith, G., "Human skin wetness perception: psychophysical and neurophysiological bases", Temperature, 2015(濕度知覺的綜述研究)
- Bentley, I. M., "The synthetic experiment", American Journal of Psychology, 1900(證明濕的感覺是拼湊而成的經典研究)
- Enjin, A. et al., "Humidity sensing in Drosophila", Current Biology, 2016(昆蟲濕度感受相關研究)
- 《標準生理學》醫學書院(皮膚感覺與溫度受器章節)
※本文為大眾科學解說文章。文中數值僅為理解原理所用的參考、估算值。若對身體狀況感到不安,請不要勉強,並遵從醫療機構或政府機關的專業指示。