текст
Как слышно: путешествие звука в мозг
Один из самых интересных фактов о звуке: его не существует вне нашей головы. Есть только сгущение и разрежение воздуха, невидимые механические колебания, которые достигают наших ушей и трансформируются в то, что мы слышим. Попробуем разобраться, как это происходит.
Иллюстрация: headphonesty.com
Представьте, что вы отправились в путешествие, чтобы оказаться в чудесной стране. Добрались до здания вокзала, постучали в дверь… И на этом всё! А страна благодаря вам стала еще чудеснее. Примерно так звуки «оказываются» в нашей голове.
Наружное ухо: поймать и направить
Представьте, что вы отправились в путешествие, чтобы оказаться в чудесной стране. Добрались до здания вокзала, постучали в дверь… И на этом всё! А страна благодаря вам стала еще чудеснее. Примерно так звуки «оказываются» в нашей голове.
Наружное ухо: поймать и направить
Прежде чем мы услышим звук, его должно «поймать» наше наружное ухо, точнее, его выдающаяся часть: ушная раковина. Это настоящий приемник звуковых волн, помогающий также определять источник звука – хотя и не так эффективно, как это получается у зверей, умеющих двигать ушами. Кстати, если изменить форму этого приемника, наш слух немного «растеряется». На этот счет даже было исследование, которое провели представители Монреальского университета. Они меняли добровольцам форму ушей с помощью силиконовых вкладок, и после этого людям было сложнее определить источник звука. Если человек хочет сделать отопластику, или коррекцию формы ушей (например, избавиться от лопоухости), врачи его тоже предупреждают, что в первое время он будет слышать немного иначе. Впрочем, мозг адаптируется к такой перемене за несколько дней. Но вернемся к нашему звуку-путешественнику.
Преодолев пару «улиц» ушной раковины, он попадает в тоннель – слуховой проход, в конце которого находятся «двери». Они не открываются – в них можно только стучать, что путешественник и делает. Может, он стучит тихонько, костяшками пальцев. А может, колотит кулаками со всей силы – двери в любом случае вибрируют, но не открываются – в этом весь смысл. Вы уже поняли, что эти двери – наша барабанная перепонка.
Среднее ухо: от молота к наковальне
Вибрация барабанной перепонки передается на маленькие слуховые косточки: молоточек, наковальню и стремечко, что находятся уже в среднем ухе. Это память о наших далеких предках – не гоминидах, а еще более древних, обитавших в воде: слуховые косточки сформировались в процессе эволюции из рыбьих жаберных дуг. Самая маленькая из них – стремечко, она же самая крошечная и самая легкая кость нашего скелета: размером не больше 4 мм, а весит максимум 2,5 мг.
Слуховые косточки работают в связке: молоточек соединен «рукояткой» с барабанной перепонкой, а «головкой» – с наковальней. Отросток наковальни соединен со стремечком, а стремечко закрывает овальное окошечко внутреннего уха – и давит на него в 40–50 раз сильнее по сравнению с тем, как звуковая волна давит на барабанную перепонку. Таким образом, многократно усиленное колебание барабанной перепонки через слуховые косточки и тонкую мембрану овального окошечка передается дальше – во внутреннее ухо, где энергия механических колебаний будет трансформирована в электрический сигнал.
Внутреннее ухо: улитка с «антеннами»
Во внутреннем ухе находится вестибулярный аппарат, о котором мы поговорим в другой раз, и еще один орган слуха: улитка. Называется он так потому, что похож на раковину улитки, только у моллюсков в раковинах находятся внутренние органы, а у улиток в нашей голове – жидкость, похожая на лимфу. Если нашу улитку раскрутить и разрезать, мы увидим, что она напоминает кабель длиной около 3 см, внутри которого три канала: верхний, нижний и средний. 
В среднем канале находится основная мембрана, на которой расположено примерно 30 000 клеток с тоненькими «антеннами» – это волосковые клетки, наши слуховые рецепторы, а сверху их, как одеяло, накрывает еще одна мембрана – покровная.
Когда слуховые косточки передают колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо, начинают колебаться жидкость внутри улитки и две мембраны. «Антенны» волосковых клеток из-за этого изгибаются, и в их основании открываются ионные каналы. Ионы направляются внутрь клетки и создают электрический сигнал, который по слуховому нерву (его волокна отходят от волосковых клеток) несется к слуховым центрам головного мозга. 
В среднем канале находится основная мембрана, на которой расположено примерно 30 000 клеток с тоненькими «антеннами» – это волосковые клетки, наши слуховые рецепторы, а сверху их, как одеяло, накрывает еще одна мембрана – покровная.Когда слуховые косточки передают колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо, начинают колебаться жидкость внутри улитки и две мембраны. «Антенны» волосковых клеток из-за этого изгибаются, и в их основании открываются ионные каналы. Ионы направляются внутрь клетки и создают электрический сигнал, который по слуховому нерву (его волокна отходят от волосковых клеток) несется к слуховым центрам головного мозга.
Когда они двигаются, мы слышим. Волосковые клетки в объективе сканирующего электронного микроскопа. Фото: SPL/PHOTO RESEARCHERS, wsj.com
Не все волосковые клетки одинаково реагируют на разные звуки. Согласно популярной тонотопической теории, вершина улитки лучше чувствует низкие частоты, а основание – высокие. Соответственно, и волокна слухового нерва несут в мозг сигналы о разных звуках с разных частей улитки. Но изучение этой сферы продолжается, и недавно американские и шведские ученые в совместном исследовании обнаружили, что, например, у морских свинок на низкие частоты (80–1000 герц) реагируют многие волосковые клетки: почти половина улитки, с середины до верхушки. Морские свинки слышат во многом как мы, и у наших с ними волосковых клеток много общего. Возможно, выводы ученых поспособствуют каким-то новым уточнениям в тонотопической теории.
freepik.com
Далее – в мозг
Не все волосковые клетки одинаково реагируют на разные звуки. Согласно популярной тонотопической теории, вершина улитки лучше чувствует низкие частоты, а основание – высокие. Соответственно, и волокна слухового нерва несут в мозг сигналы о разных звуках с разных частей улитки. Но изучение этой сферы продолжается, и недавно американские и шведские ученые в совместном исследовании обнаружили, что, например, у морских свинок на низкие частоты (80–1000 герц) реагируют многие волосковые клетки: почти половина улитки, с середины до верхушки. Морские свинки слышат во многом как мы, и у наших с ними волосковых клеток много общего. Возможно, выводы ученых поспособствуют каким-то новым уточнениям в тонотопической теории.
freepik.com
Далее – в мозг
Итак, звуковая волна преобразована в электрический импульс и передана по слуховому нерву в мозг. На этом все? Нет, впереди самое важное – мозг должен услышать
звук: понять, знакомый он или нет, каков его источник и где он находится, при необходимости вычленить из потока звуков один важный. Все это возможно благодаря совместной работе разных участков мозга.
Слуховые нервы, которые тянутся от улиток внутреннего уха, входят в ствол головного мозга, на границе продолговатого мозга и моста.
Здесь слуховые ядра сравнивают сигнал от правого и левого уха, чтобы установить, где находится источник звука. Это у них получается довольно хорошо, с точностью до двух-трех градусов. Пройдя через продолговатый мозг и мост, сигнал от правого уха направляется к левому полушарию, а сигнал от левого уха – к правому. 
Но сначала нужно пройти средний мозг и таламус. Средний мозг оценивает новизну слухового сигнала, сравнивает его с тем, что поступил долей секунды ранее. Если он фиксирует что-то новое, то запускает ориентировочный рефлекс: мы смотрим или поворачиваемся в сторону нового сигнала, чтобы получить больше информации. Таламус обрабатывает слуховую информацию, прежде чем она отправится в кору больших полушарий. Представьте, что вы хотите показать кому-то статью или письмо и предварительно подчеркиваете самое важное, чтобы человеку было проще уловить суть.
Но сначала нужно пройти средний мозг и таламус. Средний мозг оценивает новизну слухового сигнала, сравнивает его с тем, что поступил долей секунды ранее. Если он фиксирует что-то новое, то запускает ориентировочный рефлекс: мы смотрим или поворачиваемся в сторону нового сигнала, чтобы получить больше информации. Таламус обрабатывает слуховую информацию, прежде чем она отправится в кору больших полушарий. Представьте, что вы хотите показать кому-то статью или письмо и предварительно подчеркиваете самое важное, чтобы человеку было проще уловить суть.
В таламусе происходит примерно то же самое: сигнал контрастируется, становится четче или выделяется из нескольких менее важных – например, если нам нужно разобрать среди гомона чей-то конкретный голос. Наконец сигнал поступает в слуховую кору, которая находится в височной доле. Эта кора неоднородна и включает три отдела, точнее, уровня клеток: первичную слуховую кору, вторичную и третичную. 
В первичной находятся клетки, которые различают частоты – от самых низких до самых высоких. Люди, у которых особенно хорошо развита эта зона, обладают и хорошим музыкальным слухом, а если человек таких способностей не имеет – значит, на его первичную слуховую кору наступил медведь. Во вторичной слуховой коре распознаются слуховые образы: не частоты по отдельности, а их «букеты».
Благодаря тому, что когда-то мы познакомились с разными слуховыми образами, мы узнаем лай собаки, шум ручья, рев мотора, голос знакомого человека. Такое обучение продолжается всю жизнь, но некоторые слуховые образы достаются нам как «базовая настройка»: например, мы с самого рождения можем понять, когда кричат от боли. 
Жаль, что картинки не передают звук Фото: Lisandro Leonardi unsplash.com
Третичная слуховая кора, которая находится ближе к затылочной доле, распознает более сложные слуховые образы. Например, мы легко узнаем мелодию «В лесу родилась елочка» вне зависимости от того, кто ее исполняет: ребенок, мужчина, женский хор, а может, ее наигрывают на бокалах. Это непростая задача, и в нашем мозге даже есть специализация по распознаванию сложных слуховых образов: левое полушарие лучше работает со словами, а правое – с музыкой. На очень краткое описание сложнейшего процесса потребовалось около 7000 слов – а в жизни он занимает доли секунды. Находясь в тишине среди невидимых механических колебаний, мы носим в своей голове звонкий, шумный, музыкальный, а иногда ошеломляющий мир, который начинается с тоненькой пленки.
Третичная слуховая кора, которая находится ближе к затылочной доле, распознает более сложные слуховые образы. Например, мы легко узнаем мелодию «В лесу родилась елочка» вне зависимости от того, кто ее исполняет: ребенок, мужчина, женский хор, а может, ее наигрывают на бокалах. Это непростая задача, и в нашем мозге даже есть специализация по распознаванию сложных слуховых образов: левое полушарие лучше работает со словами, а правое – с музыкой. На очень краткое описание сложнейшего процесса потребовалось около 7000 слов – а в жизни он занимает доли секунды. Находясь в тишине среди невидимых механических колебаний, мы носим в своей голове звонкий, шумный, музыкальный, а иногда ошеломляющий мир, который начинается с тоненькой пленки.
Наука
Юлия Александрова
Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Лангуаге без перемен: реформа английской орфографии
Да будет звук: советы римского архитектора
Звук и ярость: почему некоторые звуки нас раздражают
Языковая семья Дагестана: история и происхождение
