Слух

Мир наполнен звуками, самыми разнообразными. Шум волн и стрекотание кузнечика, гром оркестра и голоса людей — все это мы слышим, все эти звуки «влетают» в наше ухо. Каким-то образом в ухе звук превращается в «пулеметную очередь» нервных импульсов, которые по слуховому нерву передаются в мозг.

Как именно мозг расшифровывает эти импульсы и узнает, понимает звуки, ученым еще не ясно. Но мы никогда не спутаем мяуканье кошки с телефонным звонком. Больше того, прислушавшись, мы даже можем отличить мяуканье нашей кошки от соседской.

Что такое звук, как возникает и распространяется звуковая волна, какие звуки бывают по высоте, тону, тембру и громкости, мы рассказывать не будем. Раздел физики — акустика (см. т. 3 ДЭ) — специально занимается этими вопросами. Скажем только, что звук, или звуковая волна, — это чередующиеся разряжения и сгущения воздуха, распространяющиеся во все стороны от колеблющегося тела. Такие колебания воздуха с частотой от 20 до 20 тыс. в секунду мы слышим. 20 тыс. колебаний в секунду — это самый высокий звук самого маленького деревянного инструмента в оркестре — флейты-пикколо, а 24 колебаниям соответствует звук самой низкой струны самого большого смычкового инструмента — контрабаса.

О том, что звук «влетает» в одно ухо, а «вылетает» из другого, конечно, не может быть и речи. Оба уха выполняют одну и ту же работу, но друг с другом не сообщаются.

Первой научной теорией слуха следует считать теорию немецкого естествоиспытателя, физика и физиолога Г. Гельмгольца. Ее называют резонансной теорией.

Итак, звук, например звон часов, «влетел» в ухо. Ему предстоит мгновенное, но довольно сложное путешествие. Вместе со звоном часов совершим и мы путешествие к рецепторам, т. е. к тем клеткам, в которых при действии звуковых волн рождается слуховой сигнал.

Схематическое изображение органов слуха и равновесия. Звук, пройдя наружное (1) и среднее (2) ухо, попадает во внутреннее (3). Собственно орган слуха — кортиев орган — находится в костной улитке (4). Здесь же расположены три полукружных канала (5) — органы равновесия. Внизу — слева и справа схема разреза улитки в разных плоскостях.

Звон (звуковые волны, возникающие, например, в будильнике и распространяющиеся через воздух) «влетает» в ушную раковину. У человека ушные раковины играют небольшую роль, но большинству животных они очень нужны. Вспомните зайца или слона : ушные раковины у них большие и они могут двигаться, помогая животному улавливать направление, откуда доносится даже самый тихий шорох.

«Влетев» в ухо, звон ударился в барабанную перепонку. Перепонка на конце слухового хода натянута сравнительно туго и закрывает слуховой проход наглухо. Этот проход можно сравнить с органной трубой, закрытой с одного конца.

Звон, ударяя в барабанную перепонку, заставляет ее колебаться, вибрировать. Чем сильнее звук, тем сильнее колеблется перепонка. Но если звук еле-еле слышимый, то колебания эти удивительно малы: смещение мембраны может тогда быть равным 0,1 ангстрема! — расстояние меньше радиуса атома.

Человеческое ухо — уникальный по чувствительности слуховой прибор. Порог слышимости натренированного уха лежит почти на границе флуктуации давления воздуха, т. е. тех колебаний атмосферного давления, которые возникают при абсолютной тишине и вызываются только беспорядочным тепловым движением молекул воздуха (броуновское движение).

Есть и верхний предел громкости звука: если его перейти, то в ушах возникает сильная боль и появляется ощущение давления. Такое сильное звуковое давление мы можем почувствовать даже кончиками пальцев.

Но вернемся к звону, который ударился в барабанную перепонку и заставил ее колебаться. Перепонка эта закрывает вход в среднее ухо — небольшую полость, наполненную воздухом и спрятанную в толще височной кости. Здесь находятся три малюсенькие косточки — молоточек, наковальня и стремечко. Костяной молоточек, прижимаясь к барабан; ной перепонке, передает ее колебания сначала на наковальню, а затем, усиленные, эти колебания передаются на костяное стремечко. Стремечко в свою очередь давит на перепонку так называемого овального окна. Барабанной перепонкой загорожен вход в среднее ухо, а выход из него затянут наглухо перепонками двух других «окон».

При вибрации барабанной перепонки одновременно со слуховыми косточками — молоточком, наковальней и стремечком — начинает колебаться и воздух в полости среднего уха. Эти движения передаются перепонке круглого окна, и та тоже колеблется.

Что же происходит за этими двумя «окнами», куда ведут два «туннеля», закрытые перепонками «окон» — овального и круглого?

«Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Но в рассказе о слухе все как раз наоборот: «дело делается» очень быстро — через сотую долю секунды мы слышим звук, «влетевший» в ушную раковину.

Теперь речь пойдет о внутреннем ухе. Звон часов воздушным путем добрался в среднем ухе до овального и круглого «окон». За ними — каналы, заполненные жидкостью. Анатомы назвали эти каналы «лестницами», ведут они в ушной лабиринт. Лабиринт находится в толстой височной кости. Этот костный лабиринт служит капсулой для второго лабиринта — перепончатого. Щель между двумя лабиринтами заполнена жидкостью — перилитфой. Внутри перепончатого лабиринта — другая жидкость — эндолимфа. В лабиринте расположены сразу два органа: орган слуха — улитка и вестибулярный аппарат — орган равновесия.

Улиткой называется спирально извитой костный канал, имеющий у человека два с половиной оборота, или завитка. Внутри весь улитковый канал разделен пополам: от одной его стенки до середины просвета канала отходит костяная пластинка. К ее краю прикреплена тонкая перепонка — мембрана, которая уже доходит до другой стенки канала. Анатомы назвали эту мембрану основной, в слухе она играет наиважнейшую роль. Канал не пустой, он заполнен жидкостью.

На основной мембране расположен кортиев орган. Сто с лишним лет назад молодой итальянский анатом А. Корти разглядел внутри костной улитки какое-то образование, в котором заканчивались волокна слухового нерва. Он совершенно правильно решил, что здесь, внутри костного «домика» улитки, которая находится в толстой височной кости, спрятан орган слуха.

Клетки в кортиевом органе — это особые слуховые волосковые клетки. Они воспринимают звуковые волны. Добраться ученым до этих клеток было чрезвычайно трудно: слишком глубоко они упрятаны, слишком нежны и малы (у человека — не более 0,1 мм, чаще и короче, а у некоторых животных — до 0,001 мм). И только недавно удалось изолировать улитку у животного и при этом добиться, чтобы она оставалась живой. В результате кортиев орган стал сейчас доступен экспериментатору — физиологу, биохимику, биофизику.

Вот мы и добрались вместе со звуком до кортиева органа — собственно органа слуха. В нем каким-то еще неизвестным образом механические звуковые колебания преобразуются в нервные импульсы, которые по 25—30 тысячам нервных волокон слухового нерва «бегут» в мозг. Г. Гельмгольц, создатель резонансной теории слуха, считал, что основная мембрана в улитке состоит из множества «струн», натянутых поперек канала улитки. Таким образом, улитка, по его мнению, — это «микроскопический рояль» в ухе. Просвет костного канала улитки постепенно уменьшается от ее основания к верхушке; ширина основной мембраны при этом меняется в обратном направлении: самая узкая часть — у основания улитки, а широкая — в области верхнего завитка.

Итак, основная мембрана, по Гельмгольцу, — это «струны» рояля или арфы. По подсчетам некоторых ученых, в слуховой «микроарфе» должно быть 24 тыс. «струн». Гельмгольц утверждал, что каждая «струна» основной мембраны настроена на определенный звук, как в рояле. Короткие «струны» отвечают на высокие звуки, длинные — у верхушки улитки — на низкие. Громкость же звуков, по Гельмгольцу, зависит от амплитуды колебания каждой «струны». Резонирующая на определенный звук «струна» раздражает слуховые волосковые клетки; в них тогда возникают импульсы, которые и передаются в мозг.

Многие физиологи поддерживали резонансную теорию, но в последние годы в ней обнаружились слабые места. Установить это помог электронный микроскоп. При больших увеличениях, на которые обычный световой микроскоп не способен, «струн» увидеть не удалось. У классической резонансной теории слуха есть и другие погрешности. Однако в ней содержится очень много и верного, она сослужила большую службу науке и сейчас уточняется и развивается. Любая плодотворная научная теория обязательно должна развиваться — тогда она ценна, тогда приносит людям новые знания.

Механизмы работы органа слуха только начинают выясняться. Важно понять, как именно превращается энергия звука в волосковых клетках кор-тиева органа в физиологическое возбуждение, в слуховой сигнал. Не менее увлекательно узнать, как мозг расшифровывает код импульсов, поступающих к нему из уха.

Пионеры в изучении слуха — Корти и Гельмгольц сделали лишь первые шаги. За последние сто лет пройден немалый путь, но большая часть его еще впереди.

Современная физиология и биофизика слуха ждут новых Гельмгольцев!

перейти к началу страницы