4.3: Слухання

Цілі навчання

1. Намалюйте малюнок вуха і позначте його ключові структури та функції, а також опишіть роль, яку вони відіграють у слуху.
2. Опишіть процес трансдукції в слуху.

Як і зір і всі інші органи чуття, слух починається з трансдукції. Звукові хвилі, які збираються нашими вухами, перетворюються в нервові імпульси, які надсилаються в мозок, де вони інтегровані з минулим досвідом і інтерпретуються як звуки, які ми відчуваємо. Людське вухо чутливе до широкого спектру звуків, починаючи від слабкого кліща годинника в сусідній кімнаті до реву рок-групи в нічному клубі, і ми маємо можливість виявляти дуже невеликі варіації звуку. Але вухо особливо чутливе до звуків з тією ж частотою, що і людський голос. Мати може вибрати голос своєї дитини від безлічі інших, і коли ми беремо трубку, ми швидко розпізнаємо знайомий голос. За частки секунди наша слухова система отримує звукові хвилі, передає їх до слухової кори, порівнює їх із збереженими знаннями інших голосів та ідентифікує особу абонента.

Вухо

Подібно до того, як око виявляє світлові хвилі, вухо виявляє звукові хвилі. Вібруючі об'єкти (такі як людські голосові зв'язки або гітарні струни) змушують молекули повітря натикатися один на одного і виробляти звукові хвилі, які подорожують від свого джерела як піки та долини, подібно до брижі, які розширюються назовні, коли камінь кидається у ставок. На відміну від світлових хвиль, які можуть подорожувати у вакуумі, звукові хвилі переносяться всередині таких середовищ, як повітря, вода або метал, і саме зміни тиску, пов'язані з цими середовищами, виявляють вухо.

Як і у випадку зі світловими хвилями, ми виявляємо як довжину хвилі, так і амплітуду звукових хвиль. Довжина хвилі звукової хвилі (відома як частота) вимірюється з точки зору кількості хвиль, які надходять в секунду, і визначає наше сприйняття висоти тону, сприйнятої частоти звуку. Довші звукові хвилі мають нижчу частоту і виробляють менший крок, тоді як коротші хвилі мають більш високу частоту та більший крок.

Амплітуда, або висота звукової хвилі, визначає, скільки енергії вона містить і сприймається як гучність (ступінь гучності звуку). Більші хвилі сприймаються як голосніше. Гучність вимірюється за допомогою одиниці відносної гучності, відомої як децибел. Нульові децибели представляють абсолютний поріг людського слуху, нижче якого ми не можемо почути звук. Кожне збільшення в 10 децибел являє собою десятикратне збільшення гучності звуку (рис.\(\PageIndex{29}\)). Звук типової розмови (близько 60 децибел) в 1000 разів голосніше звуку слабкого шепоту (30 децибел), тоді як звук відбійного молотка (130 децибел) в 10 мільярдів разів голосніше шепоту.

\(\PageIndex{29}\):Звуки фігури в повсякденному житті

Людське вухо може комфортно чути звуки до 80 децибел. Тривалий вплив звуків вище 80 децибел може спричинити зниження слуху.

Прослуховування починається в раковині, зовнішньої і видимої частини вуха, яка має форму воронки для втягування звукових хвиль і направлення їх в слуховий канал. В кінці каналу звукові хвилі вражають щільно розтягнуту високочутливу мембрану, відому як барабанна перетинка (або барабанна перетинка), яка вібрує хвилями. Отримані вібрації передаються в середнє вухо через три крихітні кістки, відомі як кісточки - молоток (або молоток), ковадло (або інкус) та стремено (або штапес) - до равлика, заповненої рідиною трубку у формі равлика у внутрішньому вусі. Вібрації змушують вібрувати овальне вікно, мембрану, що закриває отвір равлики, порушуючи рідину всередині равлики.

Рухи рідини в равлику згинають волосяні клітини внутрішнього вуха, приблизно так само, як порив вітру нахиляється над стеблами пшениці в полі. Рухи волосяних клітин запускають нервові імпульси в прикріплених нейронів, які направляються в слуховий нерв, а потім в слухову кору головного мозку. Равлик містить близько 16 000 волосяних клітин, кожна з яких тримає на кінчику пучок волокон, відомих як вії. Вії настільки чутливі, що можуть виявити рух, що штовхає їх на ширину одного атома. Щоб поставити речі в перспективі, вії, що коливаються на ширині атома, еквівалентні кінчику Ейфелевої вежі, що коливається на півдюйма (Corey et al., 2004).

\(\PageIndex{30}\)Малюнок людського вуха

Звукові хвилі потрапляють в зовнішнє вухо і передаються через слуховий прохід до барабанної перетинки. Утворені коливання переміщаються трьома маленькими кісточками в равлику, де вони виявляються волосяними клітинами і направляються в слуховий нерв.

Хоча гучність безпосередньо визначається кількістю вібруючих клітин волосся, для виявлення кроку використовуються два різних механізми. Частотна теорія слуху передбачає, що якою б не була висота звукової хвилі, нервові імпульси відповідної частоти будуть направлятися в слуховий нерв. Наприклад, тон, що вимірює 600 герц, буде перетворюватися в 600 нервових імпульсів в секунду. Однак ця теорія має проблеми з високими звуками, оскільки нейрони не можуть стріляти досить швидко. Щоб досягти необхідної швидкості, нейрони працюють разом у своєрідній системі залпу, в якій різні нейрони стріляють послідовно, дозволяючи нам виявляти звуки приблизно до 4000 герц.

Важлива не тільки частота, але й місце розташування є критичним. Равлик ретранслює інформацію про конкретну область, або місце, в равлику, яка найбільш активується вхідним звуком. Теорія місця слуху передбачає, що різні області равлики реагують на різні частоти. Більш високі тони збуджують ділянки, найближчі до отвору равлики (біля овального вікна). Нижні тони збуджують ділянки біля вузького кінчика равлики, на протилежному кінці. Отже, крок частково визначається площею стрільби равлики найчастіше.

Подібно до того, як наявність двох очей у дещо різних положеннях дозволяє нам сприймати глибину, тому той факт, що вуха розміщені по обидва боки голови, дозволяє нам отримати користь від стереофонічного або тривимірного слуху. Якщо звук виникає з лівого боку, ліве вухо отримає звук трохи раніше, ніж праве вухо, а звук, який він отримує, буде більш інтенсивним, дозволяючи швидко визначити місце розташування звуку. Хоча відстань між нашими двома вухами становить лише близько 6 дюймів, а звукові хвилі подорожують зі швидкістю 750 миль на годину, різниці в часі та інтенсивності легко виявляються (Middlebrooks & Green, 1991). Коли звук рівновіддалений від обох вух, наприклад, коли він знаходиться безпосередньо спереду, ззаду, знизу або над головою, нам більше труднощів визначити його розташування. Саме з цієї причини собаки (та й люди теж) схильні півень головою при спробі точно визначити звук, щоб вуха отримували трохи інші сигнали.

Втрата слуху

Понад 31 мільйон американців страждають якимось порушенням слуху (Kochkin, 2005). Провідна втрата слуху викликана фізичним пошкодженням вуха (наприклад, барабанних перепонок або кісточок), які знижують здатність вуха передавати вібрації від зовнішнього вуха до внутрішнього вуха. Нейросенсорна втрата слуху, яка викликана пошкодженням вій або слухового нерва, зустрічається рідше, але часто зустрічається з віком (Tennessen, 2007). Вії надзвичайно крихкі, і до того часу, коли нам виповниться 65 років, ми втратимо 40% з них, особливо ті, які реагують на високі звуки (Chisolm, Willott, & Lister, 2003).

Тривалий вплив гучних звуків врешті-решт створить нейросенсорну втрату слуху, оскільки вії пошкоджуються шумом. Люди, які постійно експлуатують галасливі машини без використання відповідного захисту вуха, мають високий ризик втрати слуху, як і люди, які слухають гучну музику в навушниках або займаються галасливими захопленнями, такими як полювання або мотоспорт. Звуки, які становлять 85 децибел або більше, можуть завдати шкоди вашому слуху, особливо якщо ви піддаєтеся їм неодноразово. Звуки більше 130 децибел небезпечні, навіть якщо ви піддаєтеся їм нечасто. Люди, які відчувають шум у вухах (дзвін або відчуття дзижчання) після впливу гучних звуків, дуже ймовірно, зазнали деякого пошкодження своїх вій. Вживання запобіжних заходів при впливі гучного звуку важливо, оскільки вії не відростають.

Хоча кондуктивну втрату слуху часто можна покращити за допомогою слухових апаратів, які підсилюють звук, вони мало допомагають сенсоневральної втрати слуху. Але якщо слуховий нерв все ще неушкоджений, може бути використаний кохлеарний імплантат. Кохлеарний імплантат - це пристрій, що складається з серії електродів, які розміщуються всередині равлики. Прилад служить для обходу волосяних клітин шляхом стимуляції безпосередньо слухових нервових клітин. Останні імплантати використовують теорію місця, що дозволяє різним плямам на імплантатах реагувати на різні рівні кроку. Кохлеарний імплантат може допомогти дітям почути, хто, як правило, глухий, і якщо пристрій імплантується досить рано, ці діти можуть часто навчитися говорити, часто так само, як це роблять звичайні діти (Деттман, Піндер, Бріггс, Доуелл, & Leigh, 2007; Dorman & Wilson, 2004).

Ключові виноси

• Звукові хвилі, що вібрують через середовища, такі як повітря, вода або метал, є енергією стимулу, яка відчувається вухом.
• Слухова система призначена для оцінки частоти (висоти тону) і амплітуди (гучності).
• Звукові хвилі потрапляють в зовнішнє вухо (вухо) і направляються в барабанну перетинку через слуховий прохід. Отримані коливання передаються трьома кісточками, внаслідок чого вібрує овальне вікно, що закриває равлику. Вібрації виявляються віями (волосяними клітинами) і направляються через слуховий нерв в слухову кору.
• Існує дві теорії щодо того, як ми сприймаємо висоту: Частотна теорія слуху передбачає, що коли висота звукової хвилі змінюється, нервові імпульси відповідної частоти надходять у слуховий нерв. Теорія слуху місця говорить про те, що ми чуємо різні смоли, оскільки різні області равлики реагують на більш високі та нижчі смоли.
• Провідна втрата слуху викликана фізичним пошкодженням вуха або барабанної перетинки і може бути покращена слуховими апаратами або кохлеарними імплантатами. Сенсоневральна втрата слуху, викликана пошкодженням клітин волосся або слухових нервів у внутрішньому вусі, може бути викликана тривалим впливом звуків понад 85 децибел.

Вправа і критичне мислення

1. Враховуючи те, що ви дізналися про слух у цьому розділі, чи займаєтесь ви будь-якою діяльністю, яка може спричинити тривалу втрату слуху? Якщо так, то як ви можете змінити свою поведінку, щоб зменшити ймовірність зазнати шкоди?

Посилання

Чізольм, Т., Віллотт, Дж. Ф., і Лістер, Дж. Старіння слухової системи: анатомічні та фізіологічні зміни та наслідки для реабілітації. Міжнародний журнал аудіології, 42 (Suppl. 2), 2S3—2S10.

Корі, Д. П., Гарсія-Аньоверос, Дж., Холт, Дж. Р., Кван, К.Ю., Лін, С.-Ю., Волрат, М.А., Амальфітано, А.,... Чжан, Д.-С. (2004). TRPA1 є кандидатом на механочутливий канал трансдукції клітин хребетних волосся. Природа, 432, 723—730. Отримано з http://www.nature.com/nature/journal/v432/n7018/full/nature03066.html

Деттман, С.Дж., Піндер, Д., Бріггс, Р.Дж., Дауелл, Р.К., і Лі, Дж. Р. (2007). Розвиток комунікації у дітей, які отримують кохлеарний імплантат молодше 12 місяців: ризик проти переваг. Вухо і слух, 28 (2, допл.), 11—18С;

Дорман, М.Ф., і Вілсон, Б.С. (2004). Конструкція і функції кохлеарних імплантатів. Американський вчений, 92, 436—445.

Кочкін С. MarketRak VII: Населення втрати слуху перевищує 31 мільйон людей. Огляд слухання, 12 (7) 16—29.

Мідлбрукс, Дж. С., Грін, Д.М. (1991). Локалізація звуку людськими слухачами. Щорічний огляд психології, 42, 135—159.

Теннесєн, М. (2007, 10 березня). Пройшов сьогодні, почуй завтра. Новий вчений, 2594, 42—45.