Ухо является невероятно сложной системой и состоит из нескольких отделов; оно улавливает звуки из окружающего мира, усиливает их, преобразует в сигнал, понятный нейронам, и отправляет в мозг.
Что такое звук с точки зрения физики
Первая фраза о слухе в любом учебнике по нейрофизиологии сообщает о том, что человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне частот от 16(20) до 20 000 герц.
По-видимому, этот диапазон велик, но что эти цифры в действительности означают?
Частота звука выражается в количестве циклов колебаний, которые звук проделывает за одну секунду. Для порогов восприятия человека это будет 20 или 20 тысяч циклов в секунду, и такой звук будет восприниматься как низкий и высокий соответственно. При этом реально данный порог не зафиксирован, а зависит от громкости звука, которую измеряют в децибелах.
Громкость звука можно понимать как давление, оказываемой волной звука на барабанную перепонку: чем сильнее давление, тем громче звук. Так, в диапазоне от 0 (тишина) до 130 децибел (болевой порог) громкость нормальной речи располагается на уровне 50–60, а концерт рок-группы — 110–120 децибел.
Из чего состоит ухо и как оно усиливает звук?
Теперь от устройства звука перейдем к уху — органу чувств, этот звук воспринимающему. В учебниках принято делить ухо на три отдела: наружное, среднее и внутреннее ухо.
Наружное ухо знакомо всем и не нуждается в особом представлении — это ушная раковина и наружный слуховой проход. Ушная раковина благодаря своей форме улавливает окружающие звуки. Многие животные, возьмем хотя бы собак, могут ею двигать и контролировать поступающие звуковые волны — способность, утерянная большей частью представителей Homo sapiens.
Среднее ухо отделено от наружного барабанной перепонкой и содержит три самые маленькие косточки в организме: молоточек, наковальню и стремечко, — на которые с барабанной перепонки передается звуковое колебание воздуха. Косточки работают как система рычагов, за счет чего улавливают звук и передают его к следующей мембране — овальному окошечку. Любая сенсорная система человека и животных — это об усилении сигнала, полученного извне, поэтому дизайн среднего уха несет еще один механизм усиления: площадь наружной барабанной перепонки в разы больше площади овального окошечка, и за счет этого звук как бы «туннелируется». В итоге полученные барабанной перепонкой колебания усиливаются в 200 раз!
Овальное окошечко — это тонкая мембрана, через колебание которой звук передается во внутреннее ухо, невероятно сложный и изящный отдел, в котором помимо процесса восприятия звука также расположен вестибулярный аппарат. Работу внутреннего уха можно описывать с бесконечным количеством деталей, но мы объясним только самые необходимые для понимания следующих разделов, а также расскажем некоторые увлекательные факты.
Вся магия происходит в органе под названием «улитка» — неудивительно, что по внешнему виду он напоминает улитку. Косточки среднего уха крепятся к улитке через овальное окошечко и колебание передается дальше, в спиральный лабиринт улитки.
Внутри лабиринт улитки разделен на три отдела, заполненные жидкостью. Самый главный — средний, где расположены клетки, отвечающие за восприятие и преобразование звука, в то время как боковые отделы чисто механистически поддерживают колебания и сбрасывают давление от звуковых волн через круглое окошечко, тоже закрытое мембраной и выходящее в среднее ухо.
Таким образом, звуковые колебания мимолетно входят во внутреннее ухо через овальное окошечко и покидают его через круглое — вот вам и вся гамма окружающих нас звуков.
В среднем отделе улитки расположен кортиев орган — так собирательно называют все клетки, расположенные внутри. Нас интересуют только два типа клеток — внутренние и наружные волосковые клетки. Внутренние волосковые клетки — это рецепторы звука, которые как раз и преобразуют механические колебания жидкости в улитке в электрический сигнал.
Они называются волосковыми благодаря расположенным на их верхушке волоскам — стереоцилиям, похожими на антенны клетки. В покое клетка спокойно сидит себе в улитке, а при прохождении звуковой волны в жидкости стереоцилии отклоняются, и в их основании механически открываются ионные каналы.
Клетка активируется благодаря тому, что ионы калия начинают течь в клетку по градиенту концентрации и делать заряд клетки внутри более положительным.
Этот процесс называется деполяризацией и его можно сравнить с током электронов по проводам, только в случае живой клетки ток проводится с помощью ионов калия.
На этом все!
А если вы хотите разобраться в этой теме, рекомендуем прочитать эту статью, а пока благодарим вас за то, что вы прочитали эту статью до конца.
Будем рады вашим лайкам и подписке на наш канал —здесь мы рассказываем много интересного из мира науки! 💚
