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大脑以间接的方式感觉世界，因为感觉器官将刺激转化为神经系统的语言：神经信息。
一场雷雨即将来临，你感到空气中的电荷让你毛发竖立。你先看到了闪电，一瞬间，你又听到了雷声。闪电就在附近，当它在空气中滋滋作响的时候，你闻到了闪电后留下的臭氧的味道。你的感觉在警告你：危险！
我们的感觉还有其他适应功能。它们通过引导我们接受特定刺激物（例如，提供营养美味的食物）来帮助我们生存。我们的感觉也会帮助我们找到伴侣，寻求庇护，认识朋友。而且，我们的感觉也为我们提供了在音乐、艺术、体育、食物和性之中找到乐趣的途径。
感觉是如何做到这一切的？完整的答案相当复杂，但这里面涉及一个适用于整个感觉领域的优雅而简单的观点：我们对世界的感觉印象涉及刺激的 神经表征 （neural representations），而不是实际刺激本身。核心概念是：
大脑以间接的方式感觉世界，因为感觉器官将刺激转化为神经系统的语言：神经信息。
大脑从不直接接受外界的刺激。它对西红柿的体验与西红柿本身不同，尽管我们通常认为两者是相同的。大脑也不能接受日落的光线、不能“伸手”触摸天鹅绒、不能吸入玫瑰的芬芳气味。相反，它必须依赖于作为中介的感觉系统的二手信息，而该系统只传递编码过的神经信息。大脑必须从这个二手信息中产生自己的体验（见图3-1）。正如只有手机把电子能量转化为声音，你才能听到电话信息一样，你的大脑需要它的感觉系统将外界的刺激转化为它能加工和理解的神经信号。
图3-1 刺激变成知觉
为了更深入地理解外界刺激如何变成大脑的感觉，我们需要思考所有感觉的三个共同属性：转导、感觉适应和阈限。这些属性决定了哪些刺激会真正成为感觉，这种感觉的质量和影响如何，以及这种感觉是否会引起我们的兴趣。例如，这些属性决定了一个在感觉系统登录的西红柿是否足够引人注意并能进入我们的意识，它的颜色和形状是什么，以及它吸引我们注意的程度。
举例说明刺激是如何变成感觉的。你的例子可以涉及视觉（就像图3-1的蝴蝶），也可以涉及其他感觉，例如，听觉、嗅觉或味觉。一定要区分刺激、感觉和知觉。同时也要指出转导发生的位置。
3.1 解释转导的概念。
3.2 解释阈限的概念以及阈限如何影响感觉。
3.3 解释信号检测论如何增进我们对感觉的理解。
解释转导的概念。
令人难以置信的是，基本的感觉，例如，西红柿的红色和味道，还有乔纳森在事故发生前所能看到的颜色，完全是感觉器官和大脑的产物。但请记住，所有与大脑的感觉交流都是以神经信号的形式通过神经元进行的：神经元不能传递光、声波或任何其他外部刺激。因此，从西红柿上反射出来的光从来没有真正到达大脑。事实上，入射光只能传播到眼睛后部。在那里，它所包含的信息被转换成神经信息。同样，表示味觉的化学物质也只能到达舌头，而非一直到达大脑。
在所有的感觉器官中，感觉感受器（如眼睛和耳朵）的工作就是将传入的刺激信息转化为电化学信号，即神经活动，这是大脑唯一能理解的语言。正如乔纳森的案例所表明的，只有在神经信号到达大脑皮层时，才会产生诸如“红”“甜”“冷”等感觉。整个感觉过程看起来如此直接，以至于我们可能会愚蠢地认为红是西红柿的特征，或者冷的感觉是冰淇淋的特征。但它们不是！（你可以通过“试一试”栏目“光幻视表明你的大脑产生了感觉”中的演示来发现不需要光就可以产生光的感觉。）
心理学家使用术语“ 转导 ”（transduction）来描述将物理刺激（如光波或声波）携带的信息转化为神经信息的感觉加工过程。当感觉神经元检测到物理刺激（如吉他弦振动产生的声波）时，转导就开始了。当适当的刺激到达某个感觉器官时，它会激活被称为 感受器 （receptors）的特殊神经元，而感受器则将它们的兴奋转化为神经信号并做出反应。这一工作方式，大致类似于条形码阅读器（实际上它只是一个电子接收器）将糖果条上的一系列线条转换成计算机可识别的与价格匹配的电子信号。
在我们自己的感觉系统中，神经脉冲携带的感觉事件的代码形式可以让大脑做进一步的加工。这种携带信息的信号从感受器细胞沿 感觉通路 （sensory pathway）开始传播，通常会通过 丘脑 （thalamus）到达大脑中加工特异感觉的区域。然后，从来自这些通路的编码神经脉冲中，大脑提取有关刺激基本性质的信息，如强度、颜色和运动。不过，请记住，刺激本身终止于感受器，唯一流入神经系统的是神经冲动携带的信息。
现在让我们回到本章开头提出的问题：如何判断我们在头脑中“看到”的世界是否与外部世界相同，以及我们所看到的世界是否和其他人一样？转导的概念给了我们部分答案。因为我们并不直接看见（听见、闻到……）外部世界，我们感觉到的是由感觉感受器和大脑创造的外部世界的电化学再现。打个比方，就像数码摄影把某个场景先变成电子信号，再变成纸上的墨滴一样，感觉过程把外部世界变成了大脑中的神经冲动模式。
知觉心理学中最简单的概念之一（也是大多数人最难掌握的）：大脑及其感觉系统创造了你所感觉到的颜色、声音、味道、气味、质地和疼痛。你可以通过以下方式向自己演示这一点（见图3-2）。
图3-2 如何产生光幻视
闭上眼睛，用手指轻轻按压一只眼睛的内眼角。在你视野的另一边，你会“看到”一个由手指的压力（而不是光）引起的图案。这种光感是光幻视，是压力愚弄你的视觉系统而产生的视觉图像，而压力刺激视神经的方式与光的刺激方式大致相同。有时在脑部手术中进行对枕叶的直接电刺激，也可以达到同样的效果。这表明光波对光的感觉不是绝对必要的。因此，对光的感觉体验必然是大脑的产物，而不是外部世界物体的特性。
光幻视也可能有一些实用价值。几个实验室正在研究，如何利用由摄像机产生的被发送至枕叶皮层的刺激而造成的光幻视为失明的人创造视觉感觉（Wickelgren，2006）。另一个正在开发的有前景的方法是用电子芯片替换视网膜的一部分（Boahen，2005；Liu et al.，2000）。不过，需要说明的是，这项技术还处于起步阶段（Cohen，2002；U.S. Department of Energy，2013）。
解释阈限的概念以及阈限如何影响感觉。
这些问题涉及不同类型刺激的 绝对阈限 （absolute threshold），也就是产生感觉体验所需的最小物理能量。在实验室里，心理学家给出了阈限的一个操作性的定义，指出在许多试次中，有一半试次可以准确检测到刺激的强度。阈限因人而异。因此，如果你把一颗微弱的恒星指给朋友看，他说他看不见，那么这颗恒星的亮度就高于你的绝对阈限（你能看到），但低于你朋友的阈限（他看不见）。
随着强度的增加，微弱的刺激不会突然变得可以被检测出来。由于检测到和没有检测到之间的界限模糊，一个人的绝对阈限其实不是绝对的！事实上，它会随着我们的精神警觉性和身体状况而不断变化。旨在确定各种刺激阈限的实验是心理学家们最早进行的研究之一，他们把这个研究领域称为心理物理学。表3-1列举了大家熟悉的一些自然刺激的典型绝对阈值。
表3-1 五种感觉的大致感觉阈限
我们可以通过下面的想象实验来说明另一种阈限。假设某天晚上你不在学习，在看电视放松，而你的室友正忙着准备明天的考试。你的室友让你“小声点”以避免分心。你觉得你应该降低音量，但其实又真心希望音量可以保持不变。在保持声音清晰可闻的同时，你能降低多少音量来证明你的善意？你做出这种判断的能力取决于你的 差别阈限 （difference threshold，也称为 最小可觉差 ，just-noticeable difference， 或 JND），这是一个人可以在50%的试次里能可靠检测到的两个刺激之间最小的物理差异。
尽管你把音量调小了一点，你的室友可能还是会抱怨：“我听不出任何差别。”你的室友之所以这样说，是因为音量的变化与他或她的差别阈限不匹配。通过逐渐降低音量，直到你的室友说“可以了”，你就算找到了能够维持你们和平相处的差别阈限了。
关于人类刺激检测的机制，对不同感觉的不同阈限的研究已经得到了一些有趣的见解。结果表明， 当刺激强度较高时，差别阈限总是较大；当刺激强度较低时，差别阈限总是较小 。心理学家将差别阈限的大小与刺激强度成正比的现象称为 韦伯定律 （Weber's law）。上述调节电视音量的案例，韦伯定律能告诉我们什么呢？一方面，如果你已经把音量调得很高，你就得把音量调低不少，这样差别才明显。另一方面，如果你已经把音量设得很低了，那么对你的室友来说一个微小的调整就足够明显了。同样的原则适用于我们的所有感觉。知道了这一点，你可能会想到，举重运动员能注意到在轻的重量上添加小的重量的差异，但对于重的重量，就需要增加更重的重量才能让运动员觉察出来。
这一切对于我们理解人类的感觉意味着什么？一般的看法是：我们天生就能够检测刺激的变化和刺激之间的关系。你可以在“试一试”版块中看到这一点。
在这个简单的演示中，你将看到亮度变化的检测是相对的，而不是绝对的。请先找一个装有等瓦数增量灯泡的三向灯，例如，50、100、150瓦的白炽灯泡（瓦数与亮度密切相关），之后，在一间黑暗的屋子里，打开50瓦的灯，相对于黑暗，你的感觉一般是，亮度像是大幅增加。下一步，将开关从50瓦改为100瓦：亮度像是也有很大的增加，却不会像当初在黑暗中开灯时增加的那样多。最后，从100瓦切换到150瓦。为什么最后从100瓦增加到150瓦的这50瓦的功率，看起来只是稍微亮了一点？
你的视觉系统不会给你一种绝对的亮度感觉；相反，它提供了有关相对变化的信息。也就是说，它将刺激的变化与背景的变化进行比较，将从100瓦到150瓦的变化解释为只是50%的增加（在100瓦上增加50瓦），而之前则是100%的增加（在50瓦上增加50瓦）。这说明了你的视觉系统是相对地而不是绝对地计算感觉关系，你的其他感觉本质上也是如此。
解释信号检测论如何增进我们对感觉的理解。
信号检测论 （signal detection theory）能使我们对绝对阈限和差别阈限有更深入的理解（Green & Swets，1966）。信号检测论最初是针对工程电子传感器发展出来的，它使用相同的概念来解释设备（如电视机）和人类感觉（如视觉和听觉）对刺激的电子感应。
根据信号检测论，感觉取决于刺激、背景刺激和检测器的特性。因此，你接收到的刺激（例如，教授的讲座）的质量，取决于背景中是否存在竞争刺激，例如，附近笔记本电脑的键盘敲击声，或者你是不是在对某位同学想入非非。它还取决于你的“探测器”，即你的大脑的状况——它是因为一杯浓咖啡而变得兴奋，还是因为药物或睡眠不足而变得迟钝。
信号检测论也能帮助我们理解为什么阈限会变化，例如，为什么在某个试次你可能会注意到某个声音，而在下一试次则不会。经典的阈限理论忽略了接收者的身体状况、判断或偏见的影响。因此，在经典的 心理物理学 （psychophysics）中（在信号检测论出现之前，刺激、阈限和感觉经验的研究被这样称呼），如果信号的强度超过一个人的绝对阈限，它就会被感觉到；如果低于绝对阈限，它就会被错过。在现代信号检测论看来，感觉不是简单的“有或无”的经验，而是信号被准确检测和加工的概率。
那么，信号检测论为心理学提供了哪些经典心理物理学中缺失的东西呢？其一为人类判断的可变性；其二涉及信号发生的条件。信号检测论认为，观察者的生理和心理状态总是在不断变化，必须将感觉体验与不断变化的期望及生物条件进行比较。当某样东西在你睡着后“在夜里突然出现”时，你必须判断它是你的猫，还是一个侵入者，或者只是你的幻想。但你的判断取决于一些因素，例如，你的听力的敏锐度、你期望听到的声音，以及背景中的其他噪声。通过考虑影响刺激检测的不同条件，信号检测论提供了比经典心理物理学更准确的感觉描述。
在战斗环境中，信号探测得到加强，因为士兵们能预料到自己会遇上危险，所以有很强的动机去注意危险，并且他们对危险迹象的感觉会随着经验的积累变得更加敏锐。
如果你曾经在大热天跳进一个凉爽的泳池，你就能知道感觉会受到 变化 的影响。事实上，我们的刺激探测器的一个主要作用是觉察外部世界的变化——一道闪光、一片溅起的水花、一声雷鸣、一头逼近的狮子、一根针的刺痛，或者一块调味酱的浓香。因此，我们的感觉器官就是变化探测器。它们的感受器专门收集新的和不断变化的事件的信息。
如果不是因为我们的感觉系统的适应能力，传入的大量感觉信息很快就会淹没我们。 感觉适应 （sensory adaptation）是指感觉系统对持续刺激的反应不断减弱，就像你适应了在冷水中游泳的感觉一样。事实上，一方面，任何不变的刺激通常都会转移到我们意识的背景中，除非是非常强烈或痛苦的刺激。另一方面，刺激的任何变化（如门铃响）也都会立即引起你的注意。
顺便说一句，感觉适应解释了经常在商店里播放的背景音乐为什么如此容易被人遗忘：这些背景音乐都是被精心选择和筛选过的，避免在音量或音高上出现任何大的变化，以免分散人们对商品的注意。另外，你明白为什么在学习的时候听你最喜欢的音乐不是个好主意了吗？
解释为什么转导是刺激转化为感觉所必需的。