聽覺的科學

你能辨識出聲音並找出它們的位置，可能要感謝聽覺系統。這個系統主要由兩部分構成：耳朵和大腦。耳朵把聲能轉變成神經訊號，大腦則接收和處理那些訊號所含的資訊。道格拉斯 L. 奧利佛帶我們走一趟聲音進入耳朵之旅，了解聽覺如何運作。

完整課程：https://ed.ted.com/lessons/the-science-of-hearing-douglas-l-oliver
課程：道格拉斯 L. 奧利佛
動畫：Cabong Studios

你聽見海浪溫柔拍打的聲音，

聽見遠方的海鷗叫。

但接著，惱人的聲音打斷了寧靜，

這聲音越來越近，越來越近。

直到……狠狠一打！

你迅速了結進攻的蚊子，
再度恢復平靜。

你是如何遠遠就偵測到那噪音的？
又如何準確找到噪音來源？

你能辨識聲音並找出它們的所在

可能要感謝聽覺系統。

這系統主要由兩部分構成：
耳朵和大腦。

耳朵的工作是要把聲能
轉變成神經訊號；

大腦的工作是要接收
和處理那些訊號所含的資訊。

為了要了解這系統如何運作，

我們跟聲音進入耳朵的旅程走一回。

聲音的來源會創造出震動，

以壓力波的形式透過粒子在空中、

水中，

或固體中傳遞。

但我們的內耳，也就是耳蝸，

其實充滿了像鹽水一樣的液體。

所以，第一個要解決的問題
是如何轉換那些聲波，

不論它們來自何處，

都要能轉為液體中的波。

解決方案就是鼓膜，也就是耳膜，

以及中耳的小骨頭。

它們將鼓膜的大震動轉換為壓力波，

傳入耳蝸的液體中。

當聲音進入耳道時，

它會撞擊到鼓膜，使之震動，
就像鼓的鼓皮一樣。

震動的鼓膜會猛力推動
一塊骨頭，稱為錘骨，

它會撞擊到砧骨，
動到第三塊骨頭，叫做鐙骨。

它的活動就會推動
耳蝸長室當中的液體。

一旦這些都完成了，

聲音震動就被轉換為液體的震動，

之後它們就像波一般，
從耳蝸的一端傳導到另一端。

有片和耳蝸一樣長的表面，
叫做基底膜，

它的上面排滿了毛細胞，
毛細胞有專門的組成成分，

叫做纖毛，

纖毛會隨著耳蝸液體
和基底膜的震動而動。

震動會觸發訊號，通過毛細胞傳輸，

傳到聽覺神經，

進而傳到大腦，
大腦將它轉譯為特定的聲音。

當一個聲音讓基底膜震動時，

並非所有的毛細胞都會跟著動，

只有被選中的毛細胞才會動，
根據聲音的頻率來選。

這就涉及了非常精良的工程。

基底膜的一端是硬的，

只有在遇到短波長、
高頻率的聲音時才會震動。

另一端比較有彈性，

遇到較長的波長
和低頻率的聲音時才會震動。

所以，海鷗和蚊子造成的噪音，

會導致基底膜上
不同的位置產生震動，

就像按下鋼琴上不同的琴鍵一樣。

但還不只如此而已。

大腦還有另一項重要的工作要完成：

找出聲音是從何而來。

為了這個目的，它會比較
來自兩隻耳朵的聲音，

來判定聲音源頭在空間中的所在。

來自你正前方的聲音
會同時抵達你的兩耳。

兩耳聽到的強度也會一樣。

然而，來自單邊的低頻聲音，

抵達較近的耳朵和較遠的耳朵之間
會有幾微秒的時間差。

高頻的聲音，用近的耳朵
聽起來會比較強，

因為你的頭會擋住它們，
使之無法接觸較遠的耳朵。

這一股一股的資訊
會到達腦幹中的特殊部位，

這些部位會分析兩耳
聽到的時間差和強度差。

它們會把分析結果送到聽覺皮質區。

現在，大腦有了所有需要的資訊：

活動的模式說明聲音是什麼，

還有關於在空間中所在位置的資訊。

並不是每個人都有正常的聽覺。

聽力損失是世界上
排名第三的常見慢性疾病。

暴露在大聲的噪音或某些藥物中，
都可能殺死毛細胞，

讓訊號無法從耳朵傳到大腦。

像骨質硬化這類的疾病，
會讓耳朵中的小骨頭僵固，

它們就無法再震動。

至於耳鳴，

大腦會做出很奇怪的事

在沒有聲音的時候，
讓我們認為有聲音存在。

但在運作良好時，

我們的聽覺是個很了不起、
很精緻的系統。

我們的耳朵內部
有很精確的生物機械裝置，

會把我們周邊空氣中的震動雜音轉換

成為精準的電脈衝，

因此能區別出拍手、水龍頭滴水、
嘆氣，和蒼蠅的聲音。