Книга: 100 великих тайн человека

ПАРАДОКСЫ СЛУХА

ПАРАДОКСЫ СЛУХА

Человеческое ухо представляет собой уникальнейшее устройство, которое не только воспринимает, а затем преобразует звуковые волны в нервные импульсы, но и поддерживает в равновесии человеческое тело.

В целом же орган слуха состоит из трех частей: наружного уха, или ушной раковины, среднего и внутреннего уха. В свою очередь, каждый из этих отделов представлен более тонкими структурами, взаимодействие которых и позволяет человеку слышать огромное разнообразие звуков: от писка комара до рева турбины реактивного самолета.

Итак, ушная раковина. Основное биологическое назначение этой своеобразной воронки – концентрировать и усиливать звуковые волны. Если судить только по внешнему виду, то можно подумать, что ушная раковина устроена довольно просто. Но такое впечатление обманчиво.

Наружное ухо имеет довольно сложное строение. В нем расположены потовые и сальные железы, разнообразные бугорки, углубления и канавки, многие из которых носят довольно забавные названия: «завиток» и «противозавиток», «бугорок», «ладья», «козелок» и «противокозелок». У некоторых людей верхняя часть наружного уха заканчивается небольшим выростом, который называется сатиров бугорок.

Все эти неровности и углубления в ушной раковине служат в первую очередь для улучшения качественных характеристик звука. Например, «козелок», уменьшая частоту резонанса, в то же время усиливает громкость звука.

Основным структурным элементом ушной раковины является хрящевая ткань. Однако в нижней части уха, в так называемой мочке, хрящ отсутствует. У большинства людей мочка висит свободно, как лепесток у растения, но у 10 % мальчиков и 21 % девочек она полностью прирастает к уху. Кстати, это образование встречается только у людей. И ни у одного животного мочки нет.

Ткань наружного уха «прошита» языкоглоточным, блуждающим, тройничным и промежуточным нервами, а также отростками шейного сплетения. Поэтому ушная раковина является структурой, весьма чувствительной к различного рода воздействиям.

Кроме того, считается, что на ней находятся точки, связанные со всеми внутренними органами. Поэтому нет ничего удивительного в том, что уже в 111 веке нашей эры наружное ухо стали использовать для иглоукалывания. И этому, видимо, есть обоснование. Ведь только на мочке специалисты по иглотерапии насчитывают 11 точек, которые связаны с зубами и языком, а также с глазами, мускулатурой лица, органами половой системы. У каждого человека форма ушной раковины строго индивидуальна, как, например, отпечатки пальцев. А вот температура наружного уха у всех людей обычно ниже температуры тела на 1,5–2 °C.

Королева Франции Мария-Антуанетта по свидетельствам современников умела шевелить ушами

В отличие от млекопитающих, мышцы ушной раковины человека развиты слабо, поэтому двигать ею могут лишь 19,9 % мужчин и 9,6 % женщин. В ряду тех, кто мог это делать, есть и несколько хорошо известных людей: например, королева Франции Мария-Антуанетта, российская императрица Екатерина II, а также Робеспьер.

Сконцентрированные раструбом ушной раковины звуки направляются в волнообразно искривленный слуховой проход. Его длина около 24 миллиметров, а диаметр – в среднем 7 миллиметров. Этот «лабиринт», словно заслонкой, перекрыт барабанной перепонкой. Она представляет собой соединительнотканную пластинку толщиной около 0,1 миллиметра.

Этот «коридор» выполняет в ухе несколько важных функций. Так, в нем происходит усиление поступающего звукового сигнала за счет резонанса стенок. Кроме того, проход предохраняет барабанную перепонку от механических и термических воздействий, а также, вне зависимости от атмосферных условий, поддерживает в ухе постоянную температуру и влажность.

Следующая составная часть органа слуха – среднее ухо, почти целиком расположенное в пирамиде височной кости. Оно представляет собой неправильной формы полость объемом около 0,8–1,0 кубический сантиметр, расположенную за барабанной перепонкой.

Эта заполненная воздухом полость особым каналом связана с носоглоткой. Этот проток выполняет в ухе несколько важных функций: защитную, вентиляционную и дренажную – удаляет из среднего уха ненужные жидкости. Кроме того, он уравнивает давления с обеих сторон барабанной перепонки. Длина этого канала 30–40 миллиметров, а диаметр – около 1–2-х миллиметров.

В полости среднего уха находятся также слуховые косточки: «молоточек», «наковальня» и самая крохотная кость человека – «стремечко». Все эти три миниатюрные скелетные образования завершают свое окончательное формирование еще в период эмбрионального развития человека, и после его рождения уже не растут.

В свою очередь, эти три костных элемента соединены в целостную структуру такими же миниатюрными, как и они сами, суставчиками.

Молоточек этого уникального рычажного устройства соединен с барабанной перепонкой, а стремя – с улиткой внутреннего уха. Благодаря этому механизму, давление, передаваемое во внутреннее ухо, возрастает приблизительно в полтора-два раза.

А теперь настало время ближе познакомиться с особенностями внутреннего уха. Это – наиболее сложно устроенная часть органа слуха. Располагается внутреннее ухо в височной кости и состоит из двух элементов: костного лабиринта и расположенного внутри него перепончатого лабиринта.

В свою очередь, костный лабиринт сформирован тремя связанными между собой отделами: улиткой, преддверием и полукружными каналами.

Соответственно, и улитка состоит из двух частей: костной улитки и находящейся внутри нее перепончатой улитки, или перепончатого протока. Отделены они друг от друга двумя полостями, называемыми лестницами. Сами же полости заполнены перилимфой – жидкостью, близкой по составу к спинномозговому ликвору, а проток, их разделяющий, – эндолимфой, которая по составу схожа с внутриклеточной средой.

Само же строение «сложной улитки» таково: внутри нее имеется спиральный канал, который, словно змея посох, двумя с половиной витками обвивает костный стержень с нервными волокнами внутри.

Нам уже известно, что стремя соединено с улиткой. Так вот, когда оно воздействует на жидкость внутреннего уха, толкая ее в такт своему движению, происходит перемещение перилимфы, которое, в свою очередь, вызывает колебание мягких стенок «перепончатой улитки».

В нижние части этих стенок «вмонтированы» рецепторы слухового анализатора, окруженные чувствительными волосковыми клетками. Волосковые клетки реагируют на колебания жидкости, заполняющей канал. В свою очередь, на дистальном конце этих клеток находится около 60 стереоцилий – микроскопических ресничек длиной около 1 микрона и толщиной 200 нанометров. Чувствительность этих образований невероятна: рассчитано, что волосковые клетки фиксируют перемещение кончика реснички всего на десять нанометров.

В свою очередь, волосковые клетки являются весьма высокодифференцированными структурами. Каждая из них устроена так, что воспринимает только конкретную звуковую частоту. Причем клетки, реагирующие на низкочастотные звуковые сигналы, находятся в верхней части улитки, а те, что настроены на высокие частоты, расположены в ее нижней части.

Эти колебания воздействуют на клеточные элементы кортиевого органа, который, по сути, является сверхчувствительным передатчиком, преобразующим механическое раздражение волосков в электрический нервный импульс. А поскольку кровеносные сосуды в кортиевом органе отсутствуют, на его работе не сказываются и сокращения сердечной мышцы.

В свой черед механические колебания, которые передаются по жидкости «улитки», воздействуют на слуховые рецепторы нервных окончаний, которых у человека около 17 000. А уже после этого импульсы по слуховому нерву перемещаются в слуховую область коры головного мозга.

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.