Как устроено ухо человека: анатомия слуха от раковины до мозга

Ухо человека устроено в три этапа: наружное ухо улавливает звуковые волны и направляет их к барабанной перепонке, среднее ухо усиливает колебания с помощью трёх крошечных косточек, а внутреннее ухо преобразует механическое движение в электрические сигналы, которые мозг интерпретирует как звук. Весь путь от звуковой волны до слухового ощущения занимает около 1–2 миллисекунды.

Наружное ухо: раковина и слуховой проход

Ушная раковина — это хрящевая структура, покрытая кожей. Её неровный рельеф (завиток, противозавиток, козелок) не случаен: складки отражают звук под разными углами и помогают мозгу определить, с какой стороны и под каким вертикальным углом пришёл звук. Именно поэтому человек различает, говорят ли сверху или снизу, спереди или сзади, даже с одним работающим ухом. От раковины звуковая волна попадает в наружный слуховой проход длиной около 25–35 мм. Его стенки покрыты кожей с волосками и серными железами; сера смазывает проход, задерживает пыль и защищает от микроорганизмов. В конце прохода расположена барабанная перепонка, тонкая мембрана диаметром около 9 мм и толщиной 0,1 мм. Она колышется в такт звуковым волнам с частотой от 20 до 20 000 герц.

Среднее ухо: три косточки и евстахиева труба

За барабанной перепонкой находится заполненная воздухом полость, барабанная, или тимпанальная. Именно здесь расположена цепочка из трёх самых маленьких костей организма: молоточек, наковальня и стремечко. Молоточек рукоятью приращён к барабанной перепонке; когда перепонка вибрирует, молоточек толкает наковальню, а та передаёт движение стремечку. Стремечко упирается в овальное окно внутреннего уха. Вся цепочка работает как система рычагов и трансформатор импеданса: она усиливает давление звуковой волны примерно в 20–22 раза, компенсируя сопротивление жидкости внутреннего уха. Без этого усиления большая часть звуковой энергии просто отражалась бы от жидкостной среды. Барабанная полость соединена с носоглоткой евстахиевой трубой длиной около 35 мм. При глотании или зевании она открывается и выравнивает давление по обе стороны барабанной перепонки: именно поэтому уши «закладывает» при взлёте самолёта и «отпускает», когда мы зеваем.

Внутреннее ухо: улитка и вестибулярный аппарат

Внутреннее ухо заключено в плотную каменистую часть височной кости и состоит из двух функциональных систем: улитки (орган слуха) и вестибулярного аппарата (орган равновесия). Улитка — это спирально закрученный канал длиной около 35 мм, совершающий 2,5 оборота. Внутри он разделён двумя мембранами на три канала, заполненных жидкостями: эндолимфой и перилимфой. Когда стремечко давит на овальное окно, волна распространяется по жидкости и деформирует базилярную мембрану. На ней расположен кортиев орган с около 15 000 волосковых клеток. Каждая реагирует на свою частоту: у основания улитки клетки чувствительны к высоким звукам (8–20 кГц), у вершины к низким (20–200 Гц). Когда волосок изгибается, открываются ионные каналы, поступает калий, и генерируется электрический импульс. Слуховой нерв (около 30 000 нервных волокон) передаёт этот сигнал в слуховую кору головного мозга. Рядом с улиткой находятся три полукружных канала и два мешочка (утрикул и саккул), составляющие вестибулярный аппарат. Полукружные каналы расположены в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях и улавливают угловые ускорения, то есть повороты головы. Мешочки фиксируют линейные ускорения и силу тяжести. Эта система постоянно передаёт мозгу информацию о положении тела в пространстве, согласовывая работу зрения и мышц.

Как мозг обрабатывает звук

Слуховые сигналы от обоих ушей сходятся в стволе мозга, где часть волокон перекрещивается: каждое полушарие получает информацию с обеих сторон. Это позволяет мозгу сравнивать задержку и громкость сигнала от левого и правого уха; разница всего в 0,6 миллисекунды уже достаточна, чтобы точно определить направление источника звука. Первичная слуховая кора в височной доле выделяет базовые характеристики: частоту, громкость, длительность. Ассоциативные зоны достраивают контекст: знакомое слово, мелодию, эмоциональную окраску голоса. Именно поэтому опыт и память напрямую влияют на то, что мы «слышим»: тренированный музыкант различает в сложном аккорде отдельные тоны там, где нетренированный человек слышит просто «красиво».