Слух
Ухо и восприятие звука — от барабанной перепонки до улитки.
Слух: как колебания воздуха становятся звуком
Слух — это способность воспринимать звук: колебания воздуха, воды или твёрдых предметов. Ухо улавливает эти колебания, усиливает их, переводит в электрические сигналы и передаёт в мозг. Уже мозг распознаёт в этом потоке речь, музыку, шаги, шум дождя или предупреждающий сигнал.
Слуховая система включает не только уши. В неё входят наружное, среднее и внутреннее ухо, слуховой нерв и участки мозга, которые анализируют звук. Как и другие органы чувств, она работает по общей схеме: рецептор улавливает раздражитель, нервный путь несёт сигнал, а мозг превращает его в осознанное ощущение. Общий принцип разобран в разделе Сенсорные системы.
Какими бывают звуки
Звук описывают несколькими физическими свойствами. Они помогают понять, почему один звук кажется низким, другой высоким, один — тихим, а другой — громким.
- Частота — число колебаний в секунду. Её измеряют в герцах (Гц): 1 Гц — одно колебание за секунду. Частота определяет высоту звука: низкие звуки имеют меньше колебаний в секунду, высокие — больше.
- Амплитуда — размах колебаний. Чем она больше, тем больше звуковое давление и тем громче воспринимается звук.
- Тембр — «окраска» звука, которая позволяет отличить, например, одну и ту же ноту скрипки от ноты флейты. Он зависит от набора дополнительных частот, сопровождающих основной тон.
Человек с нормальным слухом обычно воспринимает звуки примерно от 20 до 20 000 Гц. С возрастом верхняя граница часто снижается, поэтому очень высокие звуки пожилым людям слышать труднее, чем детям и молодым взрослым.
Три отдела уха
Ухо делят на три последовательных отдела: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. Каждый выполняет собственный этап работы со звуком: собирает волну, передаёт и усиливает вибрацию, а затем превращает её в нервный сигнал.
Включает ушную раковину и наружный слуховой проход. Раковина собирает звуковые волны и помогает понять, откуда они пришли. Проход проводит волну к барабанной перепонке и частично защищает её благодаря волоскам и ушной сере.
Небольшая заполненная воздухом полость за барабанной перепонкой. В ней находятся три слуховые косточки — молоточек, наковальня и стремечко. Они передают и усиливают вибрации от перепонки к внутреннему уху.
Находится глубоко в височной кости. Его слуховая часть — улитка, заполненная жидкостью. Внутри улитки расположены чувствительные волосковые клетки: они превращают колебания жидкости в электрические сигналы для слухового нерва.
От улитки импульсы идут по слуховой части преддверно-улиткового нерва в ствол мозга, затем через таламус к слуховой коре височной доли. Здесь звук осознаётся, а мозг определяет его высоту, громкость, направление и смысл.
Путь звука: от ушной раковины до улитки
Звуковая волна проходит через ухо поэтапно. На каждом участке меняется форма энергии: сначала это колебания воздуха, затем механическая вибрация косточек, затем колебания жидкости и, наконец, нервные импульсы.
- Ушная раковина собирает звуковую волну и направляет её в наружный слуховой проход.
- Барабанная перепонка — тонкая эластичная мембрана в конце прохода — начинает колебаться в ответ на изменения звукового давления.
- Слуховые косточки среднего уха — молоточек, наковальня и стремечко — передают колебания от перепонки к овальному окну, небольшой мембране на входе во внутреннее ухо. Их система усиливает давление колебаний, помогая перенести звук из воздуха в жидкость улитки.
- Улитка — спиральный канал внутреннего уха — принимает вибрацию через овальное окно. Внутри неё возникает волна в жидкости, которая смещает гибкие структуры слухового рецептора.
- Волосковые клетки реагируют на это смещение: их тонкие волоски сгибаются, в клетках возникает электрический сигнал, и он передаётся в слуховой нерв.
Улитка: где различаются высота и громкость
Улитка — костный спиральный канал внутреннего уха длиной около 35 мм, закрученный примерно на два с половиной оборота. Внутри неё находятся каналы с жидкостью и орган Корти — слуховой рецепторный аппарат, расположенный на базилярной мембране (гибкой мембране, проходящей вдоль улитки).
Когда стремечко колеблет овальное окно, по жидкости улитки бежит волна. Она по-разному колеблет участки базилярной мембраны: её основание, ближе к овальному окну, лучше отвечает на высокие частоты, а верхушка улитки — на низкие. Так положение активированных волосковых клеток кодирует высоту звука. Этот принцип называется тонотопией (от греч. «tonos» — «тон» + «topos» — «место») — распределением частот по разным участкам слухового пути.
Громкость кодируется главным образом силой колебаний и числом активированных нервных волокон: чем сильнее звуковая волна, тем больше отклонение базилярной мембраны и тем выше активность слуховых нервных волокон; при достаточно сильном звуке возбуждение распространяется на более широкий участок улитки.
От улитки к мозгу
Слуховой нерв — слуховая часть преддверно-улиткового нерва (VIII пара черепных нервов) — несёт сигналы от улитки в ствол мозга. Слово «преддверно-улитковый» отражает две его части: одна связана со слухом (улитковая), другая — с равновесием (преддверная). Подробнее о равновесии — в статье Вестибулярная система.
В отличие от зрительного пути, слуховая информация довольно рано поступает к структурам обеих сторон мозга. Поэтому повреждение слуховой коры одного полушария обычно не вызывает полной глухоты одного уха, хотя может нарушать сложный анализ звука, например определение направления или распознавание речи в шуме.
В слуховой коре височной доли мозг сохраняет «карту» частот, полученную от улитки, и сопоставляет сигналы двух ушей. Благодаря этому мы отличаем речь от шума, узнаём голоса, слушаем музыку и определяем, с какой стороны раздался звук.
Защита и настройка слуха
Ухо не только воспринимает звук, но и защищает чувствительные структуры и поддерживает условия для их работы.
- Ушная сера (церумен) — естественный секрет желез наружного слухового прохода. Она удерживает пыль и мелкие частицы, поддерживает кислую защитную среду и не даёт коже прохода пересыхать. В норме сера постепенно выводится наружу сама.
- Слуховая труба (евстахиева труба) соединяет среднее ухо с носоглоткой — верхней частью глотки позади носа. Она выравнивает давление воздуха по обе стороны барабанной перепонки. Когда при взлёте самолёта «закладывает уши», глоток или зевок помогают трубе открыться и уравнять давление.
- Мышцы среднего уха могут рефлекторно уменьшать передачу очень громких звуков, слегка ограничивая колебания косточек. Однако этот механизм не успевает надёжно защитить от внезапного резкого шума, например хлопка или взрыва.
Что происходит при нарушениях
Снижение слуха может возникнуть в наружном или среднем ухе, во внутреннем ухе, в слуховом нерве или на уровне мозга. По механизму его обычно делят на два главных типа.
Кондуктивная тугоухость означает, что звук плохо проводится к внутреннему уху. Причина находится в наружном или среднем ухе: серная пробка, воспаление среднего уха, жидкость за перепонкой, повреждение перепонки или косточек. Часто такое снижение слуха можно частично или полностью устранить, если убрать причину.
Нейросенсорная тугоухость связана с повреждением волосковых клеток улитки, слухового нерва или центральных слуховых путей. Частые причины — возрастные изменения, длительный громкий шум, некоторые инфекции и лекарства. Волосковые клетки у человека почти не восстанавливаются, поэтому защита слуха особенно важна.
Тиннитус — ощущение звона, шума, свиста или гудения без внешнего источника звука. Он может возникать после громкого шума, при снижении слуха, болезнях уха, действии некоторых лекарств или нарушениях сосудов. Постоянный или односторонний тиннитус требует оценки специалиста.
Отит — воспаление уха. Наружный отит поражает кожу слухового прохода, средний — полость за барабанной перепонкой. При среднем отите может накапливаться жидкость, ухудшая проведение звука и вызывая боль или временное снижение слуха.
Длительное или очень интенсивное шумовое воздействие повреждает волосковые клетки улитки. Особенно опасны громкая музыка в наушниках, производственный шум и взрывные звуки. Потеря часто начинается с восприятия высоких частот и может развиваться постепенно, незаметно для самого человека.
Болезнь Меньера — хроническое заболевание внутреннего уха, при котором возникают приступы сильного головокружения, шум в ухе, ощущение заложенности и колеблющееся снижение слуха. Она показывает, насколько тесно рядом в одном органе расположены системы слуха и равновесия.
Как беречь слух
- Снижать громкость и время. Чем громче звук, тем короче должно быть безопасное время воздействия. В наушниках полезно держать комфортную, а не максимальную громкость и делать перерывы.
- Использовать защиту от шума. Беруши или защитные наушники нужны на концертах, в мастерской, на производстве, при стрельбе и работе с громкой техникой.
- Не чистить слуховой проход глубоко. Ватные палочки нередко проталкивают серу к перепонке и могут травмировать кожу или барабанную перепонку. Обычно наружную часть уха достаточно мыть снаружи.
- Обращаться к врачу при внезапном снижении слуха, боли, выделениях или стойком шуме в ухе. Внезапная потеря слуха требует срочной медицинской оценки.
Связи с другими системами
- Сенсорные системы: слух и равновесие используют соседние структуры внутреннего уха и передаются по разным частям одного преддверно-улиткового нерва. Подробнее — в разделе Вестибулярная система.
- Нервная система: волосковые клетки переводят механические колебания в нервные импульсы, а слуховые пути и кора анализируют звук и речь. Подробнее — в разделе Нервная система.
- Дыхательная система: слуховая труба открывается в носоглотку, поэтому инфекции верхних дыхательных путей могут нарушать вентиляцию среднего уха и временно ухудшать слух. Подробнее — в разделе Дыхательная система.
- Опорно-двигательная система: слух помогает удерживать равновесие, ориентироваться в пространстве и координировать движения вместе со зрением и вестибулярной системой. Подробнее — в разделе Опорно-двигательная система.
Таким образом, слух — это последовательное превращение колебаний воздуха в нервные сигналы. Ушная раковина и слуховой проход собирают звук, барабанная перепонка и косточки передают и усиливают вибрацию, улитка с волосковыми клетками переводит её в электрический код, а мозг распознаёт в этом коде речь, музыку, направление и смысл звука. Точная работа каждого звена важна и для слуха, и для ориентации в окружающем мире.