Слух. Як ми чуємо звук

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Ви чуєте ніжний плескіт хвиль, далекий крекіт чайок.
Аж раптом подразливе дзижчання перериває ваш спокій, стаючи все ближчим і ближчим.
Доки не... хлоп!
І все, ви позбулися надокучливого комара, і спокій відновлено.
Але, як вам вдалося виявити цей звук здалеку і встановити місце розташування джерела з такою точністю?
За здатність розпізнавати звуки й визначати координати їхнього джерела відповідає слухова сенсорна система.
Вона складається з двох основних частин — вуха і мозку.
Завдання вуха — перетворення енергії звуку в нервові імпульси.
А завдання мозку — є отримання й обробка інформації, що переноситься цими імпульсами.
Щоби зрозуміти, як працює ця система, ми простежимо за звуком на його шляху до вуха.
Джерело звуку створює коливання, які передаються у вигляді хвиль тиску в повітрі чи інших газах, рідинах або твердих речовинах.
Слухова частина нашого внутрішнього вуха, яка називається завиткою, заповнена рідиною.
Тож перша проблема, яку треба розв’язати — це перетворити звукові хвилі, звідки вони б не приходили, на хвилі в рідині.
Вирішенням цієї проблеми є барабанна перетинка разом з крихітними звуковими кісточками, які передають коливання барабанної перетинки у середнє вухо, спричиняючи коливання рідини у завитці.
Коли звук входить у слуховий прохід, то досягаючи барабанної перетинки, змушує її коливатися, або вібрувати.
Вібруюча перетинка приводить в рух кісточку під назвою молоточок, який передає коливання іншій кісточці — коваделку, яка, своєю чергою, передає коливання третій кісточці — стремінцю.
І стремінце штовхає рідину в довгих каналах завитки.
Звукові коливання повітря перетворюються всередині завитки на коливання рідини.
І потім у вигляді хвилі поширюються від одного кінця завитки до іншого.
Нижня стінка завиткової протоки по усій її довжині вкрита базилярною мембраною.
На її поверхні є волоскові клітини, які мають спеціалізовані частини, звані стереоціліями, які рухаються разом з коливаннями кохлеарної рідини й базилярної мембрани.
Цей рух породжує сигнал, який передається через волоскові клітини в слуховий нерв, і далі в головний мозок, який інтерпретує їх як звук.
Коли звук змушує базилярну мембрану вібрувати, то рухаються не всі волоскові клітини, а лише деякі з них, в залежності від частоти звуку.
Все це зводиться до елегантної механіки.
На одному кінці базилярна мембрана жорстка, тож вібрує, реагуючи лише на звуки високої частоти з малою довжиною хвилі.
На іншому ж кінці мембрана більш гнучка і вібрує лише у відповідь на звук і з низькою частотою і великою довжиною хвилі.
Таким чином, звуки, створені птахами чи комарами, викликають коливання різних ділянок базилярної мембрани, нагадуючи натискання різних клавіш на фортепіано.
Але це ще не все.
Мозку належить виконати ще одне важливе завдання — визначити, звідки прийшов звук.
Для цього він порівнює звуки, що приходять в обидва вуха, щоби визначити місце знаходження джерела у просторі.
Звук від джерела, розташованого безпосередньо перед вами, досягне обох ваших вух одночасно.
До того ж ви чутимете цей звук обома вухами однаково інтенсивним.
Однак, низькочастотний звук, що приходить збоку відносно вас, досягне ближче розташованого вуха на кілька мікросекунд раніше ніж іншого вуха.
А високочастотні звуки будуть сприйматися гучнішими ближнім вухом, тому що голова блокує проходження звуку до більш віддаленого вуха.
Ці потоки сигналів досягають спеціальних частин стовбура головного мозку, у яких аналізується відмінності в часі та інтенсивності між вашими вухами.
Результати цього аналізу відправляються в слухову кору головного мозку.
Тепер мозок має всю необхідну йому інформацію — патерни активності, які дозволяють нам ідентифікувати звук, а також інформацію про місце знаходження джерела звуку.
Але не кожна людина має нормальний слух.
Втрата слуху є третім найпоширенішим хронічним захворюванням у світі.
Гучні звуки й деякі ліки можуть вбивати волоскові клітини, унеможливлюючи передавання сигналів від вуха до мозку.
А такі захворювання як остеосклероз знерухомлюють слухові кісточки, через що вони більше не можуть вібрувати.
А у випадку тинітусу, або дзвеніння у вухах, мозок робить дивні речі, змушуючи нас думати, ніби є звук, хоч це і не так.
Однак, коли з ним все гаразд, наш слух — це незрівнянна і витончена система.
В наших вухах криється чітко налаштована біологічна машина, яка перетворює какофонію коливань в повітрі навколо нас на точно згенеровані електричні імпульси, що дозволяє нам розрізняти оплески, стукіт, зітхання і дзижчання.