Как работает слух: что происходит в ухе, когда мы слышим звук
Слух работает в три этапа: ухо улавливает звуковые колебания воздуха, механически усиливает их и передаёт в нервную систему в виде электрических импульсов. Весь путь от удара молоточком воздуха по барабанной перепонке до осознанного восприятия звука занимает менее одной тысячной доли секунды.
Три отдела уха и их задачи
Ухо анатомически делится на три части: наружное, среднее и внутреннее. Наружное ухо включает ушную раковину и слуховой проход длиной около 2,5 сантиметра. Ушная раковина работает как параболическая антенна: её складки создают слабые отражения, которые помогают определять, откуда именно приходит звук. Слуховой проход усиливает частоты от 2000 до 5500 герц — именно там находится диапазон человеческой речи.
На границе наружного и среднего уха натянута барабанная перепонка, тонкая мембрана площадью около 55 квадратных миллиметров. Она колеблется даже от ничтожного перепада давления воздуха. За ней расположены три самые маленькие кости скелета: молоточек, наковальня и стремечко. Вместе они образуют рычажную систему, которая усиливает колебания примерно в 22 раза и передаёт их во внутреннее ухо.
Улитка: где звук превращается в сигнал
Внутреннее ухо содержит улитку: заполненный жидкостью спиральный канал длиной около 35 миллиметров, закрученный в два с половиной оборота. Когда стремечко давит на мембрану овального окна, жидкость внутри улитки начинает волнообразно двигаться. Вдоль всей улитки натянута базилярная мембрана, на которой стоят около 15 000–16 000 волосковых клеток.
Разные участки базилярной мембраны резонируют на разных частотах. Основание улитки, у входа, реагирует на высокие звуки (до 20 000 герц), вершина реагирует на низкие (от 20 герц). Когда нужный участок мембраны приходит в движение, волосковые клетки изгибают свои микроскопические «волоски» — стереоцилии длиной от 1 до 10 микрометров. Изгиб открывает ионные каналы, в клетку входят ионы калия и кальция, и возникает электрический импульс.
Слуховой нерв и обработка в мозге
Импульсы от волосковых клеток уходят по слуховому нерву в ствол мозга, затем в слуховую кору, расположенную в верхней части височной доли. Здесь сигнал декодируется: мозг сравнивает поступающие данные с накопленными образцами и распознаёт, что именно прозвучало. Именно поэтому знакомое слово на шумном фоне слышится отчётливее незнакомого слова той же громкости.
Пространственный слух формируется за счёт разницы во времени прихода звука в левое и правое ухо. Задержка всего в 10–20 микросекунд достаточна, чтобы мозг точно определил направление источника. Мозжечок и двигательная кора используют эту информацию для автоматического поворота головы в сторону звука.
Диапазон и пределы слуха
Здоровый взрослый человек слышит частоты от 20 до 20 000 герц. Наиболее чувствительна слуховая система к диапазону 1000–4000 герц: именно там сосредоточена бо́льшая часть информации человеческой речи. Болевой порог достигается при уровне около 130 децибел. Для сравнения: обычный разговор создаёт около 60 децибел, работающий перфоратор в одном метре составляет около 100.
С возрастом чувствительность к высоким частотам снижается первой, это явление называется пресбиакузис. К 60 годам верхняя граница слуха нередко опускается до 12 000–14 000 герц. Длительное воздействие шума выше 85 децибел ускоряет этот процесс, разрушая стереоцилии волосковых клеток. В отличие от других клеток, волосковые клетки у человека не восстанавливаются после гибели.
