Як ми чуємо?

Голос матері, щебетання птахів, шелест листя, брязкіт машин, гуркіт грому, музика ... Людина занурюється в океан звуків буквально з перших хвилин життя. Звуки змушують нас хвилюватися, радіти, хвилюватися, наповнюють спокоєм або страхом. Але ж все це не більше ніж коливання повітря, звукові хвилі, які, потрапляючи через зовнішній слуховий прохід на барабанну перетинку, викликають її коливання. Через систему розташованих в середньому вусі слухових кісточок (молоточок, ковадло і стремечко) звукові коливання передаються далі у внутрішнє вухо, що за формою нагадує раковину виноградної равлики.

Равлик являє собою складну гідромеханічну систему. Це тонкостінна кісткова трубка конічної форми, закручена в спіраль. Порожнина трубки заповнена рідиною і по всій довжині розділена особливої ​​багатошарової перегородкою. Одним з шарів цієї перегородки є так звана базилярна мембрана, на якій і розташований власне рецепторний апарат - кортів орган. У рецепторних волоскових клітинах (поверхня їх покрита найдрібнішими протоплазматическими виростами у вигляді волосків) і відбувається дивовижний, до кінця ще не вивчений процес перетворення фізичної енергії звукових коливань в порушення цих клітин. Далі інформація про звук у вигляді нервових імпульсів по волокнам слухового нерва, чутливі закінчення якого підходять до волоскові клітини, передається в слухові центри головного мозку.

Існує й інший шлях, по якому звук, минаючи зовнішнє і середнє вухо, досягає равлики - безпосередньо через кістки черепа. Але інтенсивність сприйманого звуку в цьому випадку значно менше, ніж при повітряному звукопроведенні (частково це пояснюється тим, що при проходженні через кістки черепа енергія звукових коливань затухає). Тому значення кісткової звукопровідності у здорової людини відносно невелике.

Однак здатність сприймати звуки подвійним шляхом використовується в діагностиці порушень слуху: якщо в ході обстеження з'ясовується, що сприйняття звуків шляхом повітряного звукопроведенія порушено, а шляхом кісткового повністю збережено, лікар може зробити висновок, що постраждав тільки звукопроводящий апарат середнього вуха, звуковоспріні-мающіхся же апарат равлики не пошкоджений. В такому випадку кісткове звукопроведеніе і виявляється свого роду «паличкою-виручалочкою»: хворий може користуватися слуховим апаратом, від якого звукові коливання прямо через кістки черепа передаються кортієвого органу.

Улітку не тільки сприймає звук і трансформує його в енергію збудження рецепторних клітин, але, що не менш важливо, здійснює початкові етапи аналізу звукових коливань, зокрема частотний аналіз.

Такий аналіз можна провести за допомогою технічних приладів - частотних аналізаторів. Улітку робить це набагато швидше і, природно, на інший «технічній базі».

По ходу каналу равлики, в напрямку від овального вікна до її 'вершині поступово збільшується ширина перегородки і зменшується її жорсткість. Тому різні ділянки перегородки резонують на звуки різних частот: при дії звуків високої частоти максимальна амплітуда коливань спостерігається у підстави равлика, поблизу овального вікна, а низькочастотних звуків відповідає зона максимального резонансу у вершини. Звуки певної частоти мають своє переважне представництво в певній частині перегородки равлика і, отже, впливають тільки на ті нервові волокна, які пов'язані з волосовими клітинами збудженої області кортиева органу. Тому кожне нервове волокно реагує на обмежений діапазон частот; такий спосіб аналізу отримав назву просторового, або за принципом місця.

Крім просторового, є ще і тимчасової, коли частота звуку відтворюється і в реакції рецепторних клітин і до певної межі в реакції волокон слухового нерва. Виявилося, що волоскові клітини мають властивості мікрофона: вони перетворюють енергію звукових коливань в електричні коливання тієї ж частоти (так званий мікрофонний ефект равлики). Передбачається, що існують два способи передачі збудження від по-лосковой клітини на нервове волокно. Перший, електричний, коли електричний струм, що виник в результаті мікрофонного ефекту, безпосередньо викликає збудження нервового волокна. І другий, хімічний, коли збудження волоскової клітини передається на волокно за допомогою речовини-передавача, тобто медіатора. Часовий і просторовий способи аналізу в сукупності забезпечують хороше розрізнення звуків по частоті.

Отже, інформація про звук передана волокну слухового нерва, але вищого слухового центру, розташованого в скроневій частці кори большйх півкуль, вона досягає не відразу. Центральна, знаходиться в мозку, частина слухової системи складається з декількох центрів, кожен з яких налічує сотні тисяч і мільйони нейронів. У цих центрах існує своєрідна ієрархія, і при переході від нижніх до верхніх реакція нейронів На звук змінюється.

На нижніх рівнях центральної частини слуховий системи, в слухових центрах довгастого мозку, імпульсна реакція нейронів на звук добре відображає його фізичні властивості: тривалість реакції точно відповідає тривалості сигналу; чим більше інтенсивність звуку, тим більше (до певної межі) число і частота імпульсів і тим більше число нейронів, що втягуються в реакцію, і т. д.

При переході від нижніх слухових центрів до верхніх поступово, але неухильно знижується імпульсна активність нейронів. Створюється враження, що нейрони, що становлять верхівку в ієрархії, трудяться набагато менше, ніж нейрони нижніх центрів.

І дійсно, якщо у піддослідної тварини видалити вищий слуховий аналізатор, майже не порушується ні абсолютна слухова чутливість, тобто здатність виявлення гранично слабких звуків, ні здатність до розрізнення звуків по частоті, інтенсивності та тривалості.

У чому ж в такому випадку полягає роль верхніх центрів слуховий системи?

Виявляється, нейрони вищих слухових центрів на відміну від нижніх працюють за принципом вибірковості, тобто реагують лише на звуки з певними властивостями. При цьому характерно, що вони можуть відгукуватися тільки на складні звуки, наприклад, на звуки, що змінюються в часі по частоті, на рухомі звуки або тільки на окремі слова і звуки мови. Ці факти дають підставу говорити про спеціалізовану виборчої реакції нейронів вищих слухових центрів на складні звукові сигнали.

І це дуже важливо. Адже виборча реакція цих нейронів проявляється по відношенню до таких звуків, які біологічно цінні. Для людини це перш за все звуки мови. Біологічно важливий звук як би екстрагується з лавини оточуючих звуків і виявляється спеціалізованими нейронами навіть при дуже слабкою його інтенсивності і на лінії звукових перешкод. Саме завдяки цьому ми можемо розрізнити, наприклад, в гуркоті сталепрокатного цеху слова, сказані співрозмовником.

Спеціалізовані нейрони виявляють свій звук навіть в тому випадку, якщо змінюються його фізичні властивості. Будь-яке слово, вимовлене чоловічим, або жіночим, або дитячим голосом, голосно або тихо, швидко або повільно, завжди сприймається як одне і те ж слово.

Вчених цікавило питання, яким чином досягається висока вибірковість нейронів вищих центрів. Відомо, що нейрони здатні реагувати на роздратування не тільки порушенням, тобто потоком нервових імпульсів, але і гальмуванням - придушенням здатності генерувати імпульси. Завдяки процесу гальмування обмежується коло сигналів, на які нейрон дає реакцію збудження. Характерно, що гальмівні процеси особливо добре виражені саме в верхніх центрах слуховий системи. Як відомо, процеси гальмування і збудження вимагають витрати енергії. Тому ніяк не можна вважати, що нейрони верхніх центрів байдикують; вони інтенсивно працюють, тільки робота у них інша, ніж у нейронів нижніх слухових центрів.

А що ж відбувається з потоками нервових імпульсів, що йдуть від нижніх слухових центрів? Як використовується ця інформація, якщо вищі центри її відкидають?

По-перше, відкидають не всю інформацію, а лише якусь її частину. По-друге, імпульси від нижніх центрів йдуть не тільки до верхніх, вони надходять і до рухових центрів мозку і до так званим неспецифічним системам, які мають безпосереднє відношення до організації різних елементів поведінки (пози, руху, уваги) і емоційних станів (контактності, агресії). Ці системи мозку здійснюють свою діяльність на основі інтеграції тієї інформації про зовнішній світ, яка надходить до них з різних сенсорних каналах.

Така в загальних рисах складна і далеко не повністю вивчена картина роботи слуховий системи. Сьогодні багато відомо про процеси, що відбуваються при сприйнятті звуків, і, як бачите, фахівці в значній мірі можуть відповісти на питання, винесене в заголовок, «Як ми чуємо?». Але поки що не можна пояснити, чому одні звуки нам приємні, а інші неприємні, чому одна і та ж музика одній людині подобається, а іншому ні, чому одні фізичні властивості звуків мови сприймаються нами як привітні інтонації, а інші як грубі. Ці та інші проблеми вирішують дослідники однієї з найцікавіших областей фізіології

Я. Альтман, Е. Радіонова, доктор медичних наук, доктор біологічних наук