Следовательно, внутреннее ухо является механизмом, преобразующим механические колебания в электрические сигналы, которые и воспринимает мозг.
Участок же головного мозга, куда поступает электрический сигнал из кортиева органа, располагается в височной доле коры больших полушарий. С его помощью мы воспринимаем различные тоны, шумы, формируем музыкальные мелодии, оцениваем звучание слов, фраз, песен.
Но как все-таки мозг различает те или иные звуки?
Ученым известно, что слуховой нерв, словно многожильный кабель, состоит из множества тончайших нервных волоконец. Каждое из них соединено с конкретным участком улитки, который генерирует сигнал определенной частоты. Именно он и передается по этим нервным волокнам в соответствующий отдел головного мозга.
Звуки низкой частоты – удар по мячу или раскаты грома – перемещаются по волокнам, исходящим из верхушки улитки, а высокочастотные – например, трель соловья или звон хрусталя – по волокнам, связанным с ее основанием.
Значит, различные по частоте звуки вызывают электрическое возбуждение тех волокон слухового нерва, которые соответствуют этим частотам. В свою очередь, эти разнородные сигналы, попав в мозг, соответствующим образом интерпретируются им. Поэтому мы и слышим все то разнообразие звуков, которые нас окружают…
Кстати, левое и правое ухо, в отличие от глаз, имеют определенные различия: информация, поступающая от них в мозг, не полностью равноценна.
Как правило, у правшей главным является правое ухо, в то время как у левшей – наоборот, левое. Это хорошо заметно во время телефонного разговора: именно к ведущему уху обычно прикладывают трубку. Если сделать наоборот, то может возникнуть определенный психологический дискомфорт. Также инстинктивно мы поворачиваемся к говорящему шепотом человеку именно тем ухом, которым лучше слышим.
Специалисты объясняют феномен правого уха тем, что сигналы от него поступают в левое полушарие, где находится речевой центр. Сигналы от левого уха поступают сначала в правое полушарие, а оттуда по нервным связям – в левое полушарие, хотя и с крошечной задержкой…
В 1965 году группа сотрудников Гарвардского университета под руководством профессора психологии Н. Кьянга начала эксперименты по определению параметров сигналов, идущих от кортиева органа в соответствующие отделы полушарий головного мозга.
Исследования проводились на животных и энтузиастах – добровольцах. Во время экспериментов в волокна их слухового нерва вводили тончайшие электроды. Оказалось, что в ответ на звуковой раздражитель от улитки через отдельное волокно проходит серия импульсов. Причем чем выше был звук, тем длиннее оказывались импульсы. При этом одно волокно могло пропускать до 200–300 импульсов в секунду. А так как человек в состоянии услышать звуки частотой до 20 000 герц, то возникло предположение, что при передаче информации в мозг даже сигнал одной частоты контролируется множеством нервных волокон.
В середине 1970-х годов американцы М. Сакс и Э. Янг исследования в этом направлении продолжили. Они изучали реакцию слухового нерва на сложные сигналы, в частности, на речь.
Проведенные исследования позволили выяснить, что мозг не только определяет частоту звука, но и получает более обширную информацию по распределению импульсов в серии. Благодаря этому свойству мозга человек может среди шума улавливать речь или локализовать источник звука в пространстве.
Сделанные открытия позволили прийти к выводу, что кортиев орган совмещает в себе функции анализатора спектра и своеобразного аналого-цифрового преобразователя.
На основе достигнутых учеными результатов были созданы приборы, позволяющие слышать абсолютно глухим людям.
С помощью вживленных в волокна слухового нерва сверхминиатюрных электродов (их число в наиболее совершенных аппаратах может достигать 22-х) импульсы передаются в соответствующий отдел коры головного мозга. Пациенты получают возможность распознавать одно– и двусложные слова, что уже обеспечивает довольно устойчивую их связь с внешним миром.
СЛЫШИМОСТЬ НА МИКРОУРОВНЕ
О том, что расположенные в «улитке» внутреннего уха волосковые клетки, чтобы усилить звуки, могут совершать вертикальные движения – растягиваться и сокращаться – ученые знали давно.
Но, оказывается, звуки усиливаются также благодаря сгибанию и разгибанию стереоцилий, о которых речь шла в предыдущем очерке.
В результате такого сгибания появляется электрический сигнал, в который до этого были преобразованы звуковые волны. Благодаря его энергии «нановолоски» начинают совершать механическую работу. При этом в соответствии с так называемым флексоэлектрическим эффектом, во время сгибания и скручивания возникает электрический ток. Причем чем больше угол сгибания, тем мощнее звуковая волна.
Так вот, как только к сенсорным клеткам доберется звуковой сигнал, они сразу начинают совершать ритмичные колебания. Причем первые свои «танцевальные движения» они делают уже при звуках, громкость которых не превышает шума, который сопровождает пульсацию крови.
Именно благодаря этому механизму человеческое ухо может уловить звуки, громкость которых не более 10–15 децибел. Для сравнения: шепот достигает уровня 20 децибел, шум работающего холодильника или негромкий разговор – около 35–40.
Кроме того, было сделано еще одно открытие, связанное со слухом. В ходе эксперимента исследователи выяснили, что правое ухо человека лучше воспринимает речь, чем левое. В то же время левое ухо больше приспособлено для восприятия песен.
Ушная раковина и наружный слуховой проход – это направленная широкополосная приемная антенна, работающая в диапазоне от 16 до 20 000 герц, и волновод, направляющий звуковую энергию к преобразователю.
Опытным путем установлено, что минимальная интенсивность звука, которую способно воспринимать человеческое ухо, равна 0,0000000000000001 ватт на сантиметр квадратный при частоте 1000 герц.
Человек осознает звук всего через 35–175 миллисекунд после того, как он оказался в ушной раковине. Еще 180–500 миллисекунд требуется уху на то, чтобы не только настроиться на прием данного звука, но и достичь максимальной чувствительности.
Человек способен отличить звук частотой 1000 герц от звука частотой 1001 герц! Встречаются люди, особенно часто среди музыкантов, которые обладают так называемым абсолютным слухом и могут определять высоту одного звука даже без сопоставления его с другими звуками.
Точные опыты показали, что каждый человек с нормальным слухом способен выделить важное для него сообщение из семи одновременно и с равной громкостью передаваемых.
Звуки с частотой 7 герц смертельны для человека.
Разгадали ученые и причину удивительной взаимосвязи в организме человека, которая долгое время оставалась загадкой. И она, как выяснилось, тоже скрыта во внутренних микроскопических структурах уха.
О том, что все коты-альбиносы с самого рождения глухие, известно давно. Хотя при этом никаких видимых повреждений внутреннего уха у них не наблюдалось, да и все остальные органы слуха у них функционировали без видимых отклонений. И, тем не менее, к различным звуковым раздражителям коты-альбиносы оставались безразличными.
