Słuch. Jak to działa?

Cała lekcja: https://ed.ted.com/lessons/the-science-of-hearing-douglas-l-oliver

Rozpoznawanie dźwięków i określanie ich lokalizacji jest możliwe dzięki układowi słuchowemu. Składa się on z dwóch głównych części: ucha i mózgu. Zadaniem ucha jest przetworzenie fali dźwiękowej na impuls nerwowy, mózgu natomiast - odebranie i analiza informacji zawartych w tym impulsie. By zrozumieć mechanizm działania układu słuchowego, prześledźmy wraz z autorem podróż dźwięku do ucha, a następnie do mózgu.

Lekcja: Douglas L. Oliver, animacja; Cabong Studios.

Słyszysz delikatny szum fal,

odległe krzyki mewy.

Nagle spokój zakłóca
denerwujące bzyczenie,

jest coraz bliżej, i bliżej, i bliżej.

I nagle... plask!

Pozbywasz się uciążliwego komara
i spokój wraca.

Jak namierzyłeś hałas i jego źródło
z taką dokładnością?

Zdolność rozpoznawania
dźwięków i ich lokalizacji

jest możliwa dzięki układowi słuchowemu.

Jego dwie główne składowe to ucho i mózg.

Rolą ucha jest przełożenie energii
fali dźwiękowej na impuls nerwowy.

Mózgu - odebranie i przetworzenie
informacji zawartych w impulsie.

Żeby zrozumieć jak ten proces działa,

prześledzimy drogę dźwięku do ucha.

Wytworzone u źródła
wibracje niosące dźwięk

podróżują jako fale dźwiękowe w powietrzu,

cieczach

lub ciałach stałych.

Nasze ucho wewnętrzne,
nazywane ślimakiem,

wypełnia płyn przypominający słoną wodę.

Pierwszym wyzwaniem
jest zamiana fal dźwiękowych,

niezależnie od ich źródła,

na ruchy płynu.

Z pomocą przychodzi błona bębenkowa,
czyli membrana tympani,

i małe kosteczki ucha środkowego.

Przenoszą one ruchy z błony bębenkowej

na płyn w ślimaku, tworząc fale.

Kiedy dźwięk dostaje się
do kanału słuchowego,

uderza membranę jak w bęben,
wprawiając ją w wibracje.

Wibrująca błona wprawia w ruch
kostkę nazywaną młoteczkiem,

która porusza kowadełko,
a ta trzecią kość - strzemiączko.

Wprawia ona w ruch płyn
w długich kanałach ślimaka.

Fala dźwiękowa jest
przekształcana na ruch płynu,

dzięki czemu impuls dociera
na drugi koniec ślimaka.

Całą powierzchnię ślimaka
pokrywa błona podstawowa.

Zawiera ona komórki włoskowate
ze specjalnymi wypustkami,

zwanymi stereocilia,

które są poruszane przez płyn
w ślimaku i błonę podstawową.

Ruch ten generuje sygnał
przekazywany przez komórki włoskowate

do nerwu słuchowego,

a następnie do mózgu,
który interpretuje go jako dźwięk.

Kiedy dźwięk wprawia
membranę podstawową w wibracje,

nie każda komórka włosowa się porusza.

Aktywne są tylko wybrane komórki
w zależności od częstotliwości dźwięku.

To piękny przykład inżynierii.

Na jednym końcu
membrana podstawowa jest sztywna,

wibruje tylko pod wpływem
krótkich fal wysokich dźwięków.

Na drugim końcu jest elastyczna,

wibruje tylko pod wpływem
długich fal o niskiej częstotliwości.

Także dźwięki wydawane przez mewy i komary

odbierane są przez inne
rejony błony podstawowej.

Jak granie na różnych klawiszach pianina.

Ale to nie wszystko.

Mózg ma inne ważne zadanie do wykonania:

identyfikację kierunku,
z którego dociera dźwięk.

W tym celu zestawia dźwięki
dochodzące z obojga uszu,

by zlokalizować źródło.

Dźwięk wprost przed nami będzie
dochodził do obojga uszu jednocześnie,

z takim samym natężeniem w każdym uchu.

Dźwięk o niskiej częstotliwości
dochodzący z boku

dotrze do bliższego ucha o mikrosekundy
wcześniej niż do dalszego.

Dźwięki o wysokiej częstotliwości
będą głośniejsze w bliższym uchu,

ponieważ głowa blokuje
ich dostęp do drugiego ucha.

Te informacje docierają
do specjalnych części mózgu,

które analizują różnice
w intensywności dźwięku z każdego ucha.

Rezultaty analizy przesyłają
do kory słuchowej.

Teraz mózg ma wszystkie informacje,
których potrzebuje:

wzorzec aktywności mówiący,
co to za rodzaj dźwięku,

oraz informacje, skąd dochodzi.

Nie każdy słyszy w takim samym stopniu.

Utrata słuchu jest trzecią najczęstszą
chorobą przewlekłą na świecie.

Ekspozycja na głośne dźwięki
oraz niektóre narkotyki

mogą zabić komórki włoskowate

dostarczające sygnały z ucha do mózgu.

Choroby, jak stwardnienie kości,
unieruchamiają kostki w uchu,

przez co nie mogą więcej wibrować.

Gdy pojawi się szum w uszach,

mózg podaje nam błędną informację,

sugerując dźwięk tam, gdzie go nie ma.

Gdy wszystko działa sprawnie,

nasz słuch jest niesamowity.

Uszy to niezwykle dopracowana
biologiczna struktura,

która przekształca chaos wibracji
otaczającego nas powietrza

w precyzyjne impulsy elektryczne,

dzięki którym rozróżniamy klaśnięcia,
kapanie, westchnienia czy bzyczenie much.