Наука о слухе — Дуглас Оливер

Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/the-science-of-hearing-douglas-l-oliver

Возможность узнавать звуки и идентифицировать их источник существует благодаря слуховой сенсорной системе. Она включает в себя две основные части: ухо и мозг. Задача уха — превращать энергию звука в нервные импульсы, а мозга — получать и обрабатывать информацию, содержащуюся в этих сигналах. Чтобы понять, как это работает, Дуглас Оливер проследит за звуком на пути прямо в ухо.

Урок — Дуглас Оливер, мультипликация — Cabong Studios.

До вас доносится слабый шум прибоя,

отдалённые крики чайки.

Но вдруг умиротворение нарушает
противный писк:

всё ближе и ближе, и ближе...

Пока не... хлоп!

Вы избавились от надоедливого комара,
и покой восстановлен.

Как вы различили этот звук издалека
и с точностью определили его источник?

За способность узнавать звуки
и определять нахождение их источника

отвечает слуховая сенсорная система.

Она состоит из двух
основных частей: уха и мозга.

Задача уха превращать энергию звука
в нервные импульсы,

а мозга — получать и обрабатывать
информацию, содержащуюся в импульсах.

Чтобы понять, как работает эта система,

мы проследим за звуком
на пути прямо в ухо.

Источник звука создаёт колебания,

которые передаются в виде упругих волн
колеблющихся частиц в воздухе,

жидкости

или твёрдых веществах.

Но часть нашего внутреннего уха,
или ушная улитка,

заполнена солоноватой жидкостью.

Поэтому первая проблема,
которую предстоит решить,

это как превратить звуковые волны,
откуда бы они ни доносились,

в колебания жидкости.

Решается проблема благодаря
барабанной перепонке

и тончайшим косточкам среднего уха.

Они превращают большие колебания
барабанной перепонки

в волны жидкости в ушной улитке.

Когда звук входит в слуховой канал,
он сталкивается с барабанной перепонкой

и заставляет её вибрировать,
как мембрану барабана.

Вибрирующая перепонка даёт толчок
косточке под названием молоточек,

который ударяет по наковальне и двигает
третьей косточкой, стремечком.

Её движения надавливают на жидкость
в длинных каналах ушной улитки.

Попав в улитку,

звуковые колебания наконец-то
передадутся колебаниям жидкости

и затем как волна распространяются
в улитке из одного конца в другой.

Сквозь всю улитку проходит
поверхность базальной мембраны.

Она покрыта волосковыми клетками,
у которых есть особые нитьевые отростки,

называемые стереоцилии,

которые двигаются вместе с вибрациями
жидкости в улитке и базальной мембраны.

От этого движения образуется сигнал,
который передаётся через волосковые клетки

в слуховой нерв и далее — в головной мозг,

который интерпретирует поступающие сигналы
и выявляет определённый звук.

Когда от звука вибрирует
базальная мембрана,

двигаются не все волосковые клетки,

а только отдельные их группы
в зависимости от частоты звука.

Это можно сравнить с тонкой механикой.

С одного конца базальная мембрана жёсткая

и вибрирует, только реагируя
на коротковолновые высокочастотные звуки.

С другого конца мембрана более гибкая

и вибрирует только от длинноволновых
низкочастотных звуков.

Поэтому звуки,
издаваемые чайками или комарами,

заставляют вибрировать
различные участки базальной мембраны,

это как нажимать
различные клавиши на фортепьяно.

Но это не всё.

Мозгу предстоит выполнить
ещё одно важное задание:

определить, откуда исходит звук.

Для этого он сравнивает звуки,
приходящие в оба уха,

и локализует
источник звука в пространстве.

Звук, направленный прямо на вас,
достигнет обоих ушей в одно и то же время.

Вы также будете слышать его каждым ухом
с одинаковой интенсивностью.

Однако низкочастотный звук,
исходящий с одной стороны от вас,

достигнет ближнего по отношению к нему
уха на микросекунды быстрее, чем второго.

А высокочастотные звуки будут слышны
с большей интенсивностью ближним ухом,

потому что их звучанию
для дальнего уха мешает голова.

Разрозненные сигналы достигают
определённых частей мозгового ствола,

где происходит анализ разницы по времени
и интенсивности звучания между ушами.

Результаты этого анализа поступают
в слуховую зону коры головного мозга.

Таким образом у мозга появляется
вся необходимая ему информация:

карты активности,
из которых понятно, что это за звук,

и данные об источнике
звука в пространстве.

Но нормальным слухом обладают не все люди.

Потеря слуха является третьим в мире
распространённым хроническим заболеванием.

Воздействие сильных шумов и некоторых
лекарств повреждают волосковые клетки,

что не даёт сигналам
передаваться из уха в мозг.

А в результате таких заболеваний,
как остеосклероз, прекращают работать

и больше не могут
вибрировать крохотные косточки уха.

А при появлении тиннитуса,
или звона в ушах,

мозг вытворяет странные вещи,

заставляя нас поверить, что мы
слышим звук, хотя никаких звуков нет.

Однако при нормальной работе

слух — это необычная
и очень тонко работающая система.

Наши уши заключают в себе
усовершенствованный биологический прибор,

превращающий какофонию
окружающих нас воздушных колебаний

в электрические импульсы
точнейшей настройки,

что позволяет различать хлопки,
стук, вздохи и жужжание мухи.