Przechodzenie dźwięku w uchu. Jak słyszymy

Wielu z nas jest czasami zainteresowanych prostym fizjologicznym pytaniem dotyczącym tego, jak słyszymy. Przyjrzyjmy się, z czego składa się nasz narząd słuchu i jak działa.

Przede wszystkim zauważamy, że analizator słuchowy składa się z czterech części:

1. Ucho zewnętrzne. Obejmuje napęd słuchowy, małżowinę uszną i błonę bębenkową. Ten ostatni służy do odizolowania wewnętrznego końca przewodu słuchowego od otoczenia. Jeśli chodzi o kanał słuchowy, ma on całkowicie zakrzywiony kształt, o długości około 2,5 centymetra. Na powierzchni kanału słuchowego znajdują się gruczoły, jest on również pokryty włoskami. To właśnie te gruczoły wydzielają woskowinę, którą oczyszczamy rano. Ponadto przewód słuchowy jest niezbędny do utrzymania niezbędnej wilgotności i temperatury wewnątrz ucha.
2. Ucho środkowe. Ten element analizatora słuchowego, który znajduje się za błoną bębenkową i jest wypełniony powietrzem, nazywa się uchem środkowym. Jest połączona trąbką Eustachiusza z nosogardłem. Trąbka Eustachiusza jest dość wąskim kanałem chrzęstnym, który normalnie jest zamknięty. Kiedy wykonujemy ruchy połykania, otwiera się i powietrze dostaje się przez nią do jamy. Wewnątrz ucha środkowego znajdują się trzy małe kosteczki słuchowe: kowadełko, młoteczek i strzemiączko. Młotek za pomocą jednego końca jest połączony ze strzemieniem i jest już z odlewem w uchu wewnętrznym. Pod wpływem dźwięków błona bębenkowa jest w ciągłym ruchu, a kosteczki słuchowe dalej przekazują jej wibracje do wewnątrz. Jest to jeden z najważniejszych elementów, które należy zbadać, rozważając budowę ludzkiego ucha
3. Ucho wewnętrzne. W tej części zespołu słuchowego znajduje się jednocześnie kilka struktur, ale tylko jedna z nich, ślimak, kontroluje słuch. Swoją nazwę zawdzięcza spiralnemu kształtowi. Ma trzy kanały wypełnione płynami limfatycznymi. W środkowym kanale ciecz znacznie różni się składem od reszty. Narząd odpowiedzialny za słuch nazywany jest narządem Cortiego i znajduje się w kanale środkowym. Składa się z kilku tysięcy włosków, które wychwytują wibracje wytwarzane przez płyn przemieszczający się przez kanał. Generuje również impulsy elektryczne, które są następnie przekazywane do kory mózgowej. Konkretna komórka rzęskowa reaguje na określony rodzaj dźwięku. Jeśli zdarza się, że komórka rzęskowata umiera, osoba przestaje odbierać ten lub inny dźwięk. Ponadto, aby zrozumieć, jak dana osoba słyszy, należy również wziąć pod uwagę drogi słuchowe.

drogi słuchowe

Są zbiorem włókien, które przewodzą impulsy nerwowe z samego ślimaka do ośrodków słuchowych głowy. To poprzez ścieżki nasz mózg odbiera określony dźwięk. Ośrodki słuchowe znajdują się w płatach skroniowych mózgu. Dźwięk, który przechodzi przez ucho zewnętrzne do mózgu, trwa około dziesięciu milisekund.

Jak postrzegamy dźwięk?

Ludzkie ucho przetwarza dźwięki odbierane z otoczenia na specjalne drgania mechaniczne, które następnie przekształcają ruchy płynu w ślimaku w impulsy elektryczne. Przechodzą szlakami ośrodkowego układu słuchowego do skroniowych części mózgu, dzięki czemu mogą zostać rozpoznane i przetworzone. Teraz węzły pośrednie i sam mózg wydobywają pewne informacje dotyczące głośności i wysokości dźwięku, a także inne cechy, takie jak czas wychwytywania dźwięku, kierunek dźwięku i inne. W ten sposób mózg może odbierać odebrane informacje z każdego ucha po kolei lub łącznie, otrzymując pojedyncze odczucie.

Wiadomo, że w naszym uchu znajdują się „szablony” już przebadanych dźwięków, które nasz mózg rozpoznał. Pomagają mózgowi prawidłowo sortować i identyfikować główne źródło informacji. Jeśli dźwięk jest zmniejszony, mózg odpowiednio zaczyna otrzymywać nieprawidłowe informacje, co może prowadzić do błędnej interpretacji dźwięków. Ale nie tylko dźwięki mogą być zniekształcone, z biegiem czasu również mózg poddawany jest nieprawidłowej interpretacji niektórych dźwięków. Rezultatem może być niewłaściwa reakcja osoby lub błędna interpretacja informacji. Aby poprawnie słyszeć i rzetelnie interpretować to, co słyszymy, potrzebna jest synchroniczna praca zarówno mózgu, jak i analizatora słuchowego. Dlatego można zauważyć, że człowiek słyszy nie tylko uszami, ale także mózgiem.

Zatem struktura ludzkiego ucha jest dość złożona. Tylko skoordynowana praca wszystkich części narządu słuchu i mózgu pozwoli nam właściwie zrozumieć i zinterpretować to, co słyszymy.

Zmysł słuchu jest jedną z najważniejszych rzeczy w życiu człowieka. Słuch i mowa razem stanowią ważny środek komunikacji między ludźmi, służą jako podstawa relacji między ludźmi w społeczeństwie. Utrata słuchu może prowadzić do problemów behawioralnych. Dzieci głuche nie mogą nauczyć się pełnej mowy.

Za pomocą słuchu człowiek odbiera różne dźwięki, które sygnalizują to, co dzieje się w świecie zewnętrznym, odgłosy otaczającej nas przyrody - szelest lasu, śpiew ptaków, szum morza, a także różne utwory muzyczne. Za pomocą słuchu postrzeganie świata staje się jaśniejsze i bogatsze.

Ucho i jego funkcja. Dźwięk lub fala dźwiękowa to naprzemienne rozrzedzenie i kondensacja powietrza, rozchodzące się we wszystkich kierunkach od źródła dźwięku. Źródłem dźwięku może być dowolne wibrujące ciało. Wibracje dźwiękowe są odbierane przez nasz narząd słuchu.

Narząd słuchu ma bardzo złożoną budowę i składa się z ucha zewnętrznego, środkowego i wewnętrznego. Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej i przewodu słuchowego. Przedsionki wielu zwierząt mogą się poruszać. Pomaga to zwierzęciu złapać nawet najcichszy dźwięk. Ludzkie małżowiny uszne służą również do określania kierunku dźwięku, chociaż są nieruchome. Kanał słuchowy łączy ucho zewnętrzne z kolejnym odcinkiem - uchem środkowym.

Kanał słuchowy jest zablokowany na wewnętrznym końcu przez mocno rozciągniętą błonę bębenkową. Fala dźwiękowa uderzająca w błonę bębenkową powoduje jej oscylacje, wibracje. Częstotliwość drgań błony bębenkowej jest tym większa, im wyższy dźwięk. Im silniejszy dźwięk, tym bardziej membrana wibruje. Ale jeśli dźwięk jest bardzo słaby, ledwo słyszalny, to te wibracje są bardzo małe. Minimalna słyszalność wytrenowanego ucha jest prawie na granicy tych wibracji, które powstają w wyniku losowego ruchu cząsteczek powietrza. Oznacza to, że ucho ludzkie jest wyjątkowym aparatem słuchowym pod względem czułości.

Za błoną bębenkową znajduje się wypełniona powietrzem jama ucha środkowego. Ta jama jest połączona z nosogardłem wąskim przejściem - rurką słuchową. Podczas połykania dochodzi do wymiany powietrza między gardłem a uchem środkowym. Zmiana ciśnienia powietrza na zewnątrz, na przykład w samolocie, powoduje nieprzyjemne uczucie - „zapycha uszy”. Wyjaśnia to ugięcie błony bębenkowej spowodowane różnicą między ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem w jamie ucha środkowego. Podczas połykania rurka słuchowa otwiera się i ciśnienie po obu stronach błony bębenkowej wyrównuje się.

W uchu środkowym znajdują się trzy małe, kolejno połączone ze sobą kości: młoteczek, kowadełko i strzemiączko. Młotek połączony z błoną bębenkową przenosi swoje drgania najpierw na kowadełko, a następnie wzmocnione drgania przenoszone są na strzemię. W płytce oddzielającej jamę ucha środkowego od jamy ucha wewnętrznego znajdują się dwa okienka przesłonięte cienkimi membranami. Jedno okienko jest owalne, strzemię „stuka” w nie, drugie okrągłe.

Ucho wewnętrzne zaczyna się za uchem środkowym. Znajduje się głęboko w kości skroniowej czaszki. Ucho wewnętrzne to system labiryntów i krętych kanałów wypełnionych płynem. W labiryncie znajdują się jednocześnie dwa narządy: narząd słuchu - ślimak i narząd równowagi - aparat przedsionkowy. Ślimak to spiralnie skręcony kanał kostny, który u ludzi ma dwa i pół obrotu. Drgania błony otworu owalnego przenoszone są na płyn wypełniający ucho wewnętrzne. A to z kolei zaczyna oscylować z tą samą częstotliwością. Wibrujący płyn podrażnia receptory słuchowe znajdujące się w ślimaku. Kanał ślimaka na całej długości jest podzielony na pół błoniastą przegrodą. Część tej przegrody składa się z cienkiej membrany - membrany. Na błonie znajdują się komórki percepcyjne - receptory słuchowe. Drgania płynu wypełniającego ślimak podrażniają poszczególne receptory słuchowe. Generują impulsy, które są przekazywane nerwem słuchowym do mózgu. Diagram przedstawia wszystkie kolejne procesy przekształcania fali dźwiękowej w sygnalizację nerwową. Percepcja słuchowa. W mózgu istnieje rozróżnienie między siłą, wysokością i charakterem dźwięku, jego położeniem w przestrzeni. Słyszymy dwojgiem uszu, a to ma ogromne znaczenie w określaniu kierunku dźwięku. Jeśli fale dźwiękowe docierają jednocześnie do obu uszu, odbieramy dźwięk w środku (przód i tył). Jeśli fale dźwiękowe docierają do jednego ucha nieco wcześniej niż do drugiego, wówczas dźwięk odbieramy albo po prawej, albo po lewej stronie.

1. Przewodzące i odbierające dźwięk części aparatu słuchowego.

2. Rola ucha zewnętrznego.

3. Rola ucha środkowego.

4. Rola ucha wewnętrznego.

5. Wyznaczanie lokalizacji źródła dźwięku w płaszczyźnie poziomej - efekt binauralny.

6. Wyznaczanie lokalizacji źródła dźwięku w płaszczyźnie pionowej.

7. Aparaty słuchowe i protezy. Tympanometria.

8. Zadania.

plotka - percepcja wibracji dźwiękowych, która jest realizowana przez narządy słuchu.

4.1. Przewodzące i odbierające dźwięk części aparatu słuchowego

Narząd słuchu człowieka to złożony system składający się z następujących elementów:

1 - małżowina uszna; 2 - zewnętrzny przewód słuchowy; 3 - błona bębenkowa; 4 - młotek; 5 - kowadło; 6 - strzemię; 7 - owalne okienko; 8 - drabina przedsionkowa; 9 - okrągłe okno; 10 - schody bębnowe; 11 - kanał ślimakowy; 12 - główna (podstawna) membrana.

Budowę aparatu słuchowego pokazano na ryc. 4.1.

Zgodnie z cechami anatomicznymi w aparacie słuchowym człowieka wyróżnia się ucho zewnętrzne (1-3), ucho środkowe (3-7) i ucho wewnętrzne (7-13). Zgodnie z funkcjami wykonywanymi w ludzkim aparacie słuchowym rozróżnia się części przewodzące i odbierające dźwięk. Podział ten jest pokazany na ryc. 4.2.

Ryż. 4.1. Budowa aparatu słuchowego (a) i elementy narządu słuchu (b)

Ryż. 4.2. Schematyczne przedstawienie głównych elementów ludzkiego aparatu słuchowego

4.2. Rola ucha zewnętrznego

Funkcja ucha zewnętrznego

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej, przewodu słuchowego (w postaci wąskiej rurki) i błony bębenkowej. Małżowina pełni rolę zbieracza dźwięku, skupiając dźwięk

fale na przewodzie słuchowym, w wyniku czego ciśnienie akustyczne na błonie bębenkowej wzrasta około 3-krotnie w stosunku do ciśnienia akustycznego fali padającej. Przewód słuchowy zewnętrzny wraz z małżowiną uszną można porównać do rezonatora rurkowego. Błona bębenkowa, która oddziela ucho zewnętrzne od środkowego, jest płytką składającą się z dwóch warstw włókien kolagenowych ułożonych w różny sposób. Grubość membrany wynosi około 0,1 mm.

Powód największej wrażliwości ucha w obszarze 3 kHz

Dźwięk dostaje się do układu przez przewód słuchowy zewnętrzny, który jest zamkniętą z jednej strony trąbką akustyczną o długości L = 2,5 cm Fala dźwiękowa przechodzi przez przewód słuchowy i częściowo odbija się od błony bębenkowej. W rezultacie fale padające i odbite interferują i tworzą falę stojącą. Występuje rezonans akustyczny. Warunki jego manifestacji: długość fali jest 4 razy większa od długości słupa powietrza w przewodzie słuchowym. W tym przypadku słup powietrza wewnątrz kanału będzie rezonował z dźwiękiem o długości fali równej czterem długościom. W przewodzie słuchowym, podobnie jak w rurze, będzie rezonować fala o długości λ = 4L = 4x0,025 = 0,1 m. Częstotliwość, przy której występuje rezonans akustyczny, określa się następująco: ν = w /λ = 340/(4x0,025) = 3,4 kHz. Ten efekt rezonansowy wyjaśnia fakt, że ucho ludzkie jest najbardziej czułe przy częstotliwości około 3 kHz (patrz krzywe równej głośności w wykładzie 3).

4.3. Rola ucha środkowego

Budowa ucha środkowego

Ucho środkowe to urządzenie przeznaczone do przenoszenia drgań dźwiękowych z powietrza ucha zewnętrznego do płynnego ośrodka ucha wewnętrznego. Ucho środkowe (patrz ryc. 4.1) zawiera błonę bębenkową, okienka owalne i okrągłe oraz kosteczki słuchowe (młotek, kowadełko, strzemiączko). Jest to rodzaj bębna (objętość 0,8 cm3), oddzielony od ucha zewnętrznego błoną bębenkową, a od ucha wewnętrznego owalnymi i okrągłymi okienkami. Ucho środkowe jest wypełnione powietrzem. Jakakolwiek różnica

ciśnienie między uchem zewnętrznym a środkowym prowadzi do deformacji błony bębenkowej. Błona bębenkowa to lejkowata błona wciśnięta w ucho środkowe. Z niego informacja dźwiękowa przekazywana jest do kości ucha środkowego (kształt błony bębenkowej zapewnia brak drgań własnych, co jest bardzo ważne, gdyż drgania naturalne błony tworzyłyby tło akustyczne).

Przenikanie fali dźwiękowej przez granicę faz powietrze-ciecz

Aby zrozumieć cel ucha środkowego, rozważ bezpośredni przejście dźwięku z powietrza do cieczy. Na styku dwóch ośrodków jedna część fali padającej jest odbijana, a druga część przechodzi do drugiego ośrodka. Udział energii przenoszonej z jednego ośrodka do drugiego zależy od wartości transmitancji β (patrz wzór 3.10).

Oznacza to, że podczas przemieszczania się z powietrza do wody poziom natężenia dźwięku spada o 29 dB. Z energetycznego punktu widzenia takie przejście jest absolutnie nieskuteczny. Z tego powodu istnieje specjalny mechanizm transmisyjny - system kosteczek słuchowych, które pełnią funkcję dopasowywania oporów falowych powietrza i mediów płynnych w celu zmniejszenia strat energii.

Fizyczne podstawy funkcjonowania kosteczek słuchowych

Układ kosteczek słuchowych jest sekwencyjnym łączem, którego początek (młotek) połączone z błoną bębenkową ucha zewnętrznego i końcem (strzemiączko)- z owalnym okienkiem ucha wewnętrznego (ryc. 4.3).

Ryż. 4.3. Schemat propagacji fali dźwiękowej od ucha zewnętrznego przez ucho środkowe do ucha wewnętrznego:

1 - błona bębenkowa; 2 - młotek; 3 - kowadło; 4 - strzemię; 5 - owalne okienko; 6 - okrągłe okno; 7 - uderzenie bębna; 8 - ruch ślimaka; 9 - kurs przedsionkowy

Ryż. 4.4. Schematyczne przedstawienie lokalizacji błony bębenkowej i okienka owalnego: S bp - obszar błony bębenkowej; S oo - obszar owalnego okna

Powierzchnia błony bębenkowej jest równa Bbp = 64 mm 2, a powierzchnia okienka owalnego S oo = 3 mm 2. Schematycznie je

wzajemny układ pokazano na ryc. 4.4.

Ciśnienie akustyczne P 1 działa na błonę bębenkową, tworząc siłę

System kości działa jak dźwignia ze współczynnikiem ramion

L 1 /L 2 \u003d 1,3, co daje wzrost siły od strony ucha wewnętrznego 1,3 razy (ryc. 4.5).

Ryż. 4.5. Schematyczne przedstawienie działania układu kosteczek słuchowych jako dźwigni

Dlatego siła F 2 \u003d 1,3F 1 działa na owalne okienko, tworząc ciśnienie akustyczne P 2 w płynnym ośrodku ucha wewnętrznego, które jest równe

Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że ​​gdy dźwięk przechodzi przez ucho środkowe, jego poziom natężenia wzrasta o 28 dB. Utrata poziomu natężenia dźwięku podczas przejścia z powietrza do cieczy wynosi 29 dB. Całkowita utrata intensywności wynosi tylko 1 dB zamiast 29 dB, co miałoby miejsce w przypadku braku ucha środkowego.

Kolejną funkcją ucha środkowego jest ograniczenie przenoszenia drgań w przypadku dźwięku o dużym natężeniu. Za pomocą mięśni połączenie między kośćmi może zostać odruchowo osłabione przy zbyt dużym natężeniu dźwięku.

Duża zmiana ciśnienia w otoczeniu (na przykład związana ze zmianą wysokości) może spowodować rozciągnięcie błony bębenkowej, któremu towarzyszy ból, a nawet pęknięcie. Aby zabezpieczyć się przed takimi spadkami ciśnienia, mały Trąbka Eustachiusza, który łączy jamę ucha środkowego z górną częścią gardła (z atmosferą).

4.4. Rola ucha wewnętrznego

Systemem odbierania dźwięku w aparacie słuchowym jest ucho wewnętrzne i wchodzący do niego ślimak.

Ucho wewnętrzne jest zamkniętą jamą. Wnęka ta, zwana labiryntem, ma złożony kształt i jest wypełniona płynem - perilimfą. Składa się z dwóch głównych części: ślimaka, który przetwarza drgania mechaniczne na sygnał elektryczny, oraz półkola aparatu przedsionkowego, który zapewnia równowagę ciała w polu grawitacyjnym.

Struktura ślimaka

Ślimak jest wydrążoną formacją kostną o długości 35 mm i ma kształt spirali w kształcie stożka zawierającej 2,5 loków.

Przekrój ślimaka pokazano na ryc. 4.6.

Na całej długości ślimaka biegną wzdłuż niego dwie błoniaste przegrody, z których jedna nazywa się błona przedsionkowa, i inni - membrana główna. przestrzeń pomiędzy

Ryż. 4.6. Schematyczna budowa ślimaka zawierającego kanały: B - przedsionkowy; B - bęben; U - ślimak; RM - błona przedsionkowa (Reissnera); PM - nakładka; OM - główna (podstawna) membrana; KO - organy Cortiego

ich - kanał ślimakowy - jest wypełniony płynem zwanym endolimfą.

Kanały przedsionkowy i bębenkowy są wypełnione specjalnym płynem zwanym przychłonką. W górnej części ślimaka są one ze sobą połączone. Drgania strzemienia przenoszone są na błonę okienka owalnego, z niej do przychłonki kanału przedsionkowego, a następnie przez cienką błonę przedsionkową do endolimfy kanału ślimakowego. Drgania endolimfy przenoszone są na błonę główną, na której znajduje się narząd Cortiego, zawierający wrażliwe komórki rzęsate (około 24 000), w których powstają potencjały elektryczne, przekazywane nerwem słuchowym do mózgu.

Kanał bębenkowy kończy się okrągłą błoną okienną, która kompensuje ruch refemfy.

Długość głównej membrany wynosi około 32 mm. Ma bardzo niejednorodny kształt: rozszerza się i pocienia w kierunku od okienka owalnego do szczytu ślimaka. W rezultacie moduł sprężystości błony głównej w pobliżu podstawy ślimaka jest około 100 razy większy niż w górnej części.

Właściwości selektywne względem częstotliwości głównej błony ślimaka

Główną membraną jest heterogeniczna linia transmisyjna wzbudzenia mechanicznego. Pod wpływem bodźca akustycznego wzdłuż membrany głównej rozchodzi się fala, której stopień tłumienia zależy od częstotliwości: im niższa częstotliwość stymulacji, tym dalej od okienka owalnego fala rozchodzi się wzdłuż membrany głównej. Na przykład fala o częstotliwości 300 Hz będzie propagować się około 25 mm od okienka owalnego przed tłumieniem, a fala o częstotliwości 100 Hz będzie propagować się około 30 mm.

Obecnie uważa się, że postrzeganie wysokości tonu zależy od położenia maksymalnej wibracji głównej membrany.

Oscylacje błony głównej stymulują komórki receptorowe znajdujące się w narządzie Cortiego, w wyniku czego powstają potencjały czynnościowe przekazywane przez nerw słuchowy do kory mózgowej.

4.5. Wyznaczanie lokalizacji źródła dźwięku w płaszczyźnie poziomej - efekt binauralny

efekt binauralny- możliwość ustawienia kierunku źródła dźwięku w płaszczyźnie poziomej. Istotę efektu ilustruje ryc. 4.7.

Niech źródło dźwięku będzie umieszczone naprzemiennie w punktach A, B i C. Z punktu A, który znajduje się bezpośrednio przed twarzą, fala dźwiękowa uderza jednakowo w oboje uszu, natomiast droga fali dźwiękowej do małżowin usznych jest taka sama, tj. dla obojga uszu różnica dróg δ i różnica faz Δφ fal dźwiękowych są równe zeru: δ = 0, Δφ = 0. Fale przychodzące mają zatem tę samą fazę i natężenie.

Z punktu B fala dźwiękowa dociera do lewego i prawego małżowiny usznej w różnych fazach iz różną intensywnością, ponieważ pokonuje różne odległości do uszu.

Jeżeli źródło znajduje się w punkcie C, naprzeciw jednego z małżowin usznych, to w tym przypadku różnicę dróg δ można przyjąć jako równą odległości między małżowinami usznymi: δ ≈ L ≈ 17 cm = 0,17 m. W tym przypadku faza różnicę Δφ można obliczyć ze wzoru: Δφ = (2π/λ) δ. Dla częstotliwości ν = 1000 Hz i w« 340 m/s λ = v/ν = 0,34 m. Stąd otrzymujemy: Δφ = (2π/λ) δ = (2π/0,340)*0,17 = π. W tym przykładzie fale docierają w przeciwfazie.

Wszystkie rzeczywiste kierunki do źródła dźwięku w płaszczyźnie poziomej będą odpowiadać różnicy faz od 0 do π (od 0

W ten sposób różnica faz i nierównomierność intensywności fal dźwiękowych docierających do różnych uszu zapewniają efekt obuuszny. Mężczyzna z

Ryż. 4.7. Różne położenie źródła dźwięku (A, B, C) w płaszczyźnie poziomej: L - odległość między małżowinami usznymi

przy ograniczonym słuchu może ustalić kierunek do źródła dźwięku z różnicą faz 6°, co odpowiada ustaleniu kierunku do źródła dźwięku z dokładnością do 3°.

4.6. Wyznaczanie lokalizacji źródła dźwięku w płaszczyźnie pionowej

Rozważmy teraz przypadek, gdy źródło dźwięku znajduje się w płaszczyźnie pionowej zorientowanej prostopadle do prostej łączącej oba uszy. W tym przypadku jest on jednakowo usuwany z obu uszu i nie ma różnicy faz. Wartości natężenia dźwięku docierającego do prawego i lewego ucha są takie same. Rysunek 4.8 przedstawia dwa takie źródła (A i C). Czy aparat słuchowy rozróżni te źródła? Tak. W tym przypadku stanie się tak ze względu na specjalny kształt małżowiny usznej, który (kształt) pomaga określić lokalizację źródła dźwięku.

Dźwięk pochodzący z tych źródeł pada na małżowiny uszne pod różnymi kątami. Prowadzi to do tego, że dyfrakcja fal dźwiękowych na małżowinach usznych zachodzi na różne sposoby. W efekcie na widmo sygnału dźwiękowego wchodzącego do przewodu słuchowego zewnętrznego nakładają się maksima i minima dyfrakcji, w zależności od położenia źródła dźwięku. Różnice te umożliwiają określenie położenia źródła dźwięku w płaszczyźnie pionowej. Najwyraźniej w wyniku ogromnego doświadczenia w słuchaniu ludzie nauczyli się kojarzyć różne charakterystyki widmowe z odpowiednimi kierunkami. Potwierdzają to dane eksperymentalne. W szczególności ustalono, że ucho można „oszukać” przez specjalny dobór składu spektralnego dźwięku. Tak więc osoba odbiera fale dźwiękowe zawierające główną część energii w obszarze 1 kHz,

Ryż. 4.8. Różna lokalizacja źródła dźwięku w płaszczyźnie pionowej

zlokalizowane „za” niezależnie od rzeczywistego kierunku. Fala dźwiękowa o częstotliwościach poniżej 500 Hz iw okolicach 3 kHz odbierana jest jako zlokalizowana „z przodu”. Źródła dźwięku zawierające większość energii w obszarze 8 kHz są rozpoznawane jako zlokalizowane „od góry”.

4.7. Aparaty słuchowe i protezy. Tympanometria

Ubytek słuchu spowodowany upośledzeniem przewodzenia dźwięku lub częściowym upośledzeniem percepcji dźwięku można zrekompensować za pomocą aparatów-wzmacniaczy słuchowych. W ostatnich latach dokonał się w tej dziedzinie ogromny postęp, związany z rozwojem audiologii i szybkim wprowadzeniem osiągnięć w dziedzinie sprzętu elektroakustycznego opartego na mikroelektronice. Powstały miniaturowe aparaty słuchowe działające w szerokim zakresie częstotliwości.

Jednak w niektórych ciężkich postaciach ubytku słuchu i głuchoty aparaty słuchowe nie pomagają pacjentom. Dzieje się tak na przykład wtedy, gdy głuchota jest związana z uszkodzeniem aparatu receptorowego ślimaka. W tym przypadku ślimak nie generuje sygnałów elektrycznych pod wpływem drgań mechanicznych. Takie zmiany mogą być spowodowane nieprawidłowym dawkowaniem leków stosowanych w leczeniu chorób, które w ogóle nie są związane z chorobami laryngologicznymi. Obecnie możliwa jest częściowa rehabilitacja słuchu u takich pacjentów. W tym celu konieczne jest wszczepienie elektrod do ślimaka i podanie im sygnałów elektrycznych odpowiadających tym, które powstają pod wpływem bodźca mechanicznego. Taka protetyka głównej funkcji ślimaka jest wykonywana za pomocą protez ślimakowych.

Tympanometria - metoda pomiaru podatności aparatu przewodzącego dźwięk narządu słuchu pod wpływem sprzętowych zmian ciśnienia powietrza w przewodzie słuchowym.

Metoda ta pozwala na ocenę stanu czynnościowego błony bębenkowej, ruchomości łańcucha kosteczek słuchowych, ciśnienia w uchu środkowym oraz funkcji trąbki słuchowej.

Ryż. 4.9. Oznaczanie podatności aparatu przewodzącego dźwięk za pomocą tympanometrii

Badanie rozpoczyna się od założenia sondy z nałożoną wkładką uszną, która szczelnie zakrywa przewód słuchowy na początku przewodu słuchowego zewnętrznego. Poprzez sondę w przewodzie słuchowym wytwarzane jest nadmierne (+) lub niedostateczne (-) ciśnienie, a następnie aplikowana jest fala dźwiękowa o określonym natężeniu. Po dotarciu do błony bębenkowej fala jest częściowo odbijana i wraca do sondy (ryc. 4.9).

Pomiar natężenia odbitej fali pozwala ocenić zdolność przewodzenia dźwięku przez ucho środkowe. Im większe natężenie odbitej fali dźwiękowej, tym mniejsza ruchliwość układu przewodzącego dźwięk. Miarą podatności mechanicznej ucha środkowego jest parametr mobilności, mierzone w dowolnych jednostkach.

Podczas badania ciśnienie w uchu środkowym zmienia się od +200 do -200 dPa. Przy każdej wartości ciśnienia określany jest parametr ruchliwości. Wynikiem badania jest tympanogram, który odzwierciedla zależność parametru ruchomości od wielkości nadciśnienia w przewodzie słuchowym. W przypadku braku patologii ucha środkowego maksymalną ruchliwość obserwuje się przy braku nadciśnienia (P = 0) (ryc. 4.10).

Ryż. 4.10. Tympanogramy o różnym stopniu ruchomości układu

Zwiększona ruchomość wskazuje na niedostateczną elastyczność błony bębenkowej lub przemieszczenie kosteczek słuchowych. Zmniejszona ruchomość wskazuje na nadmierną sztywność ucha środkowego związaną np. z obecnością płynu.

Wraz z patologią ucha środkowego zmienia się wygląd tympanogramu

4.8. Zadania

1. Rozmiar małżowiny usznej wynosi d = 3,4 cm Przy jakiej częstotliwości będą obserwowane zjawiska dyfrakcyjne na małżowinie usznej? Rozwiązanie

Zjawisko dyfrakcji staje się zauważalne, gdy długość fali jest porównywalna z rozmiarem przeszkody lub szczeliny: λ ≤ d. Na krótsze długości fale lub wysokie częstotliwości dyfrakcja staje się pomijalna.

λ \u003d v / ν \u003d 3,34, ν \u003d v / d \u003d 334 / 3,34 * 10 -2 \u003d 10 4 Hz. Odpowiedź: mniej niż 10 4 Hz.

Ryż. 4.11. Główne typy tympanogramów w patologiach ucha środkowego: A - brak patologii; B - wysiękowe zapalenie ucha środkowego; C - naruszenie drożności rurki słuchowej; D - zanikowe zmiany w błonie bębenkowej; E - pęknięcie kosteczek słuchowych

2. Wyznacz maksymalną siłę działającą na błonę bębenkową człowieka (powierzchnia S = 64 mm 2) dla dwóch przypadków: a) progu słyszenia; b) próg bólu. Przyjmuje się częstotliwość dźwięku równą 1 kHz.

Rozwiązanie

Ciśnienia akustyczne odpowiadające progom słyszenia i bólu wynoszą odpowiednio ΔΡ0 = 3-10-5 Pa i ΔPm = 100 Pa. F = ΔΡ*S. Zastępując wartości progowe, otrzymujemy: F 0 \u003d 310 -5 64 10 -6 \u003d 1,9-10 -9 H; F m = 100? 64-10 -6 \u003d 6,410 -3 H.

Odpowiedź: a) F0 = 1,9 nN; b) Fm = 6,4 mN.

3. Różnica w ścieżce fal dźwiękowych docierających do lewego i prawego ucha osoby wynosi χ \u003d 1 cm Określ przesunięcie fazowe między obydwoma wrażeniami dźwiękowymi dla tonu o częstotliwości 1000 Hz.

Rozwiązanie

Różnica faz wynikająca z różnicy dróg wynosi: Δφ = 2πνχ/ν = 6,28x1000x0,01/340 = 0,18. Odpowiedź:Δφ = 0,18.

Fala dźwiękowa jest podwójną oscylacją ośrodka, w której rozróżnia się fazę wzrostu ciśnienia i fazę spadku ciśnienia. Wibracje dźwiękowe dostają się do przewodu słuchowego zewnętrznego, docierają do błony bębenkowej i wprawiają ją w wibracje. W fazie wzrostu ciśnienia lub pogrubienia błona bębenkowa wraz z rączką młoteczka przesuwa się do wewnątrz. W tym przypadku korpus kowadła, połączony z główką młotka, za sprawą więzadeł zawieszenia, jest przesunięty na zewnątrz, a długi trzon kowadła jest skierowany do wewnątrz, przemieszczając tym samym do wewnątrz i strzemiączko. Wciskając się w okno przedsionka, strzemię gwałtownie prowadzi do przemieszczenia przychłonki przedsionka. Dalsza propagacja fali wzdłuż przedsionka scala przenosi ruchy oscylacyjne do błony Reissnera, która z kolei wprawia w ruch endolimfę, a przez błonę główną perilimfę scala tympani. W wyniku tego ruchu przychłonki dochodzi do oscylacji błony głównej i błony Reissnera. Z każdym ruchem strzemienia w kierunku przedsionka, przychłonka ostatecznie prowadzi do przemieszczenia w kierunku jamy bębenkowej błony okna przedsionkowego. W fazie redukcji ciśnienia układ przeniesienia napędu powraca do swojego pierwotnego położenia.

Najważniejszy jest powietrzny sposób dostarczania dźwięków do ucha wewnętrznego. Innym sposobem przewodzenia dźwięków do narządu spiralnego jest przewodnictwo kostne (tkankowe). W tym przypadku do gry wchodzi mechanizm, w którym drgania dźwiękowe powietrza padają na kości czaszki, rozchodzą się w nich i docierają do ślimaka. Jednak mechanizm przenoszenia dźwięku przez tkankę kostną może być dwojaki. W jednym przypadku fala dźwiękowa w postaci dwóch faz, rozchodząca się wzdłuż kości do ośrodka płynnego ucha wewnętrznego, w fazie ciśnienia wystawi błonę okienka okrągłego oraz w mniejszym stopniu podstawę ucha wewnętrznego. strzemię (biorąc pod uwagę praktyczną nieściśliwość cieczy). Równolegle z takim mechanizmem kompresji można zaobserwować inny - wariant bezwładnościowy. W tym przypadku, gdy dźwięk jest przenoszony przez kość, wibracje układu przewodzącego dźwięk nie będą pokrywać się z wibracjami kości czaszki, a w konsekwencji membrana główna i membrana Reissnera będą wibrować i wzbudzać narząd spiralny w Zwykły sposób. Wibracje kości czaszki mogą być spowodowane dotknięciem jej brzmiącym kamertonem lub telefonem. Zatem droga transmisji kości w przypadku naruszenia transmisji dźwięku w powietrzu ma ogromne znaczenie.

Małżowina uszna. Rola małżowiny usznej w fizjologii słuchu człowieka jest niewielka. Ma pewne znaczenie w ototopii i jako kolektory fal dźwiękowych.

Zewnętrzny przewód słuchowy. Ma kształt tuby, dzięki czemu dobrze przewodzi dźwięki w głębi. Szerokość i kształt kanału słuchowego nie odgrywają szczególnej roli w przewodzeniu dźwięku. Jednocześnie jego mechaniczna blokada uniemożliwia propagację fal dźwiękowych do błony bębenkowej i prowadzi do zauważalnego uszkodzenia słuchu. W przewodzie słuchowym w pobliżu błony bębenkowej utrzymuje się stały poziom temperatury i wilgotności, niezależnie od wahań temperatury i wilgotności w środowisku zewnętrznym, co zapewnia stabilność ośrodka sprężystego jamy bębenkowej. Ze względu na specjalną budowę ucha zewnętrznego ciśnienie fali dźwiękowej w przewodzie słuchowym zewnętrznym jest dwukrotnie większe niż w swobodnym polu dźwiękowym.

Błona bębenkowa i kosteczki słuchowe. Główną rolą błony bębenkowej i kosteczek słuchowych jest przekształcanie drgań dźwiękowych o dużej amplitudzie i małej sile w drgania płynów ucha wewnętrznego o małej amplitudzie i dużej sile (ciśnieniu). Drgania błony bębenkowej podporządkowują ruch młoteczka, kowadełka i strzemiączka. Z kolei strzemię przenosi drgania na przychłonkę, co powoduje przemieszczenie błon przewodu ślimakowego. Ruch błony głównej powoduje podrażnienie wrażliwych komórek rzęsatych narządu spiralnego, w wyniku czego powstają impulsy nerwowe podążające drogą słuchową do kory mózgowej.

Błona bębenkowa wibruje głównie w dolnym kwadrancie z synchronicznym ruchem przyczepionego do niej młoteczka. Im bliżej peryferii, tym wahania maleją. Przy maksymalnym natężeniu dźwięku oscylacje błony bębenkowej mogą wahać się od 0,05 do 0,5 mm, przy czym amplituda oscylacji jest większa dla tonów o niskiej częstotliwości, a mniejsza dla tonów o wysokiej częstotliwości.

Efekt transformacyjny uzyskuje się dzięki różnicy powierzchni błony bębenkowej i podstawy strzemienia, której stosunek wynosi około 55:3 (stosunek powierzchni 18:1), a także dzięki systemowi dźwigni kosteczek słuchowych. W przeliczeniu na dB działanie dźwigni układu kosteczek słuchowych wynosi 2 dB, a wzrost ciśnienia akustycznego wynikający z różnicy w stosunku użytecznych obszarów błony bębenkowej do podstawy strzemienia zapewnia wzmocnienie dźwięku o 23–24 dB.

Według Bekeshi /I960/, całkowity zysk akustyczny transformatora ciśnienia akustycznego wynosi 25 - 26 dB. Ten wzrost ciśnienia kompensuje naturalną utratę energii akustycznej wynikającą z odbicia fali dźwiękowej podczas jej przejścia z powietrza do cieczy, zwłaszcza dla niskich i średnich częstotliwości (Vulshtein JL, 1972).

Oprócz transformacji ciśnienia akustycznego błona bębenkowa; pełni również funkcję ochrony akustycznej (ekranowania) okna ślimaka. Normalnie ciśnienie akustyczne przenoszone przez układ kosteczek słuchowych do ośrodka ślimakowego dociera do okienka przedsionkowego nieco wcześniej niż dociera do okienka ślimakowego przez powietrze. W wyniku różnicy ciśnień i przesunięcia fazowego dochodzi do ruchu przychłonki, powodując wygięcie błony głównej i podrażnienie aparatu receptorowego. W tym przypadku membrana okienka ślimakowego oscyluje synchronicznie z podstawą strzemienia, ale w przeciwnym kierunku. W przypadku braku błony bębenkowej ten mechanizm transmisji dźwięku jest zaburzony: fala dźwiękowa podążająca przewodem słuchowym zewnętrznym dociera jednocześnie w fazie do okna przedsionka i ślimaka, w wyniku czego działanie fali zostaje zniesione. Teoretycznie nie powinno dojść do przesunięcia przychłonki i podrażnienia wrażliwych komórek rzęsatych. W rzeczywistości przy całkowitym uszkodzeniu błony bębenkowej, gdy oba okna są jednakowo dostępne dla fal dźwiękowych, słuch spada do 45 - 50. Zniszczeniu łańcucha kosteczek słuchowych towarzyszy znaczny ubytek słuchu (do 50-60 dB ).

Cechy konstrukcyjne systemu dźwigni pozwalają nie tylko wzmacniać słabe dźwięki, ale także w pewnym stopniu pełnić funkcję ochronną - osłabiać transmisję mocnych dźwięków. Przy słabych dźwiękach podstawa strzemienia oscyluje głównie wokół osi pionowej. Przy silnych dźwiękach dochodzi do poślizgu w stawie kowadełkowo-kostkowym, głównie przy tonach o niskiej częstotliwości, w wyniku czego ruch długiego procesu młoteczka jest ograniczony. Wraz z tym podstawa strzemienia zaczyna oscylować głównie w płaszczyźnie poziomej, co również osłabia przenoszenie energii dźwięku.

Oprócz błony bębenkowej i kosteczek słuchowych ochrona ucha wewnętrznego przed nadmiarem energii akustycznej odbywa się w wyniku skurczu mięśni jamy bębenkowej. Wraz ze skurczem mięśnia strzemienia, gdy impedancja akustyczna ucha środkowego gwałtownie wzrasta, wrażliwość ucha wewnętrznego na dźwięki, głównie o niskiej częstotliwości, spada do 45 dB. Na tej podstawie uważa się, że mięsień strzemiączka chroni ucho wewnętrzne przed nadmiarem energii dźwięków o niskiej częstotliwości (Undrits V.F. i in., 1962; Moroz B.S., 1978)

Funkcja mięśnia napinacza błony bębenkowej pozostaje słabo poznana. Uważa się, że ma to więcej wspólnego z wentylacją ucha środkowego i utrzymaniem prawidłowego ciśnienia w jamie bębenkowej niż z ochroną ucha wewnętrznego. Oba mięśnie wewnątrzuszne kurczą się również podczas otwierania ust, połykania. W tym momencie zmniejsza się wrażliwość ślimaka na percepcję niskich dźwięków.

Układ przewodzący dźwięk ucha środkowego funkcjonuje optymalnie, gdy ciśnienie powietrza w jamie bębenkowej i komórkach wyrostka sutkowatego jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Zwykle ciśnienie powietrza w układzie ucha środkowego jest równoważone ciśnieniem środowiska zewnętrznego, osiąga się to dzięki trąbce słuchowej, która otwierając się do nosogardzieli zapewnia przepływ powietrza do jamy bębenkowej. Jednak ciągła absorpcja powietrza przez błonę śluzową jamy bębenkowej tworzy w niej nieznacznie podciśnienie, które wymaga stałego wyrównania z ciśnieniem atmosferycznym. W spoczynku trąbka słuchowa jest zwykle zamknięta. Otwiera się podczas połykania lub ziewania w wyniku skurczu mięśni podniebienia miękkiego (rozciąganie i unoszenie podniebienia miękkiego). Kiedy rurka słuchowa jest zamknięta w wyniku procesu patologicznego, gdy powietrze nie dostaje się do jamy bębenkowej, powstaje gwałtownie podciśnienie. Prowadzi to do zmniejszenia wrażliwości słuchowej, a także wynaczynienia płynu surowiczego z błony śluzowej ucha środkowego. Ubytek słuchu w tym przypadku, głównie tonów niskich i średnich, sięga 20 - 30 dB. Naruszenie funkcji wentylacyjnej trąbki słuchowej wpływa również na wewnątrzbłędnikowe ciśnienie płynów ucha wewnętrznego, co z kolei upośledza przewodzenie dźwięków o niskiej częstotliwości.

Fale dźwiękowe, powodując ruch płynu labiryntowego, wprawiają w drgania główną membranę, na której znajdują się wrażliwe komórki rzęsate narządu spiralnego. Podrażnieniu komórek rzęsatych towarzyszy impuls nerwowy, który wchodzi do zwoju spiralnego, a następnie wzdłuż nerwu słuchowego do centralnych odcinków analizatora.

Śpiew ptaków, przyjemna melodia, radosny śmiech wesołego dziecka... Czym byłoby nasze życie bez dźwięków? Niewiele osób zastanawia się nad tym, jakie złożone mechanizmy nosimy w swoim ciele. Nasza zdolność słyszenia zależy od niezwykle złożonego, wzajemnie połączonego i szczegółowego systemu. „Słyszące ucho i widzące oko Pan uczynił jednym i drugim” (Prz 20,12). Nie chce, abyśmy mieli jakiekolwiek wątpliwości co do autorstwa tego systemu. Wręcz przeciwnie, Bóg chce, aby człowiek szedł mocno w urzeczywistnianiu prawdy o Stworzeniu: „Wiedzcie, że Pan jest Bogiem i że nas stworzył, a my należymy do Niego” (Psalm 99:3).

Ludzki słuch zaprojektowany do wychwytywania szerokiego zakresu fal dźwiękowych, przekształcania ich w miliony impulsów elektrycznych, wysyłania ich dalej do mózgu w celu głębokiej i szybkiej analizy. Wszystkie dźwięki są w rzeczywistości „słuchane” przez mózg, a następnie przedstawiane nam jako pochodzące z zewnętrznego źródła. Jak działa aparat słuchowy?

Proces zaczyna się od dźwięku - oscylacyjnego ruchu powietrza - wibracji, w którym impulsy ciśnienia powietrza rozchodzą się w kierunku słuchacza, docierając ostatecznie do błony bębenkowej. Nasze ucho jest niezwykle czułe i jest w stanie wyczuć zmiany ciśnienia tak małe, jak 0,0000000001 atmosfery.

Ucho składa się z 3 części: zewnętrznej, środkowej i wewnętrznej. Dźwięk najpierw dociera do ucha zewnętrznego przez powietrze, a następnie uderza w błonę bębenkową. Membrana przenosi wibracje na kości. Tutaj następuje zmiana sposobu prowadzenia dźwięku – z powietrza na kości. Dźwięk dociera następnie do ucha wewnętrznego, gdzie jest przenoszony przez płyn. Tak więc w procesie słyszenia zaangażowane są 3 metody transmisji dźwięku: powietrze, kość, ciecz. Przyjrzyjmy się im bliżej.

Ludzki słuch: podróż dźwięku

Dźwięk najpierw dociera do uszu, które działają jak anteny satelitarne. (Ryc. 1) Małżowina ucha ludzkiego ma swoją unikalną płaskorzeźbę wybrzuszeń, wklęsłości i rowków, dzięki czemu dźwięk dochodzi z małżowiny usznej do przewodu słuchowego na dwa sposoby. Jest to niezbędne do jak najdokładniejszej analizy akustycznej i trójwymiarowej, pozwalającej na rozpoznanie kierunku i źródła dźwięku, co jest ważne dla komunikacji językowej.

Rysunek 1 Źródło: APP, www.apologeticspress.org

Małżowina wzmacnia również fale dźwiękowe, które dalej dostają się do przewodu słuchowego - przestrzeń od muszli do błony bębenkowej ma ok. 2,5 cm długości i ok. 0,7 cm średnicy.Tutaj projekt Pana jest już bezpośrednio widoczny - nasz palec jest grubszy niż przewód słuchowy! Inaczej byśmy ucierpieli przesłuchanie jeszcze w niemowlęctwie. To przejście jest ukształtowane w celu stworzenia optymalnego rezonansu zakresu.

Inną jego interesującą cechą jest obecność woskowiny (woskowiny), która jest stale wydzielana z 4000 gruczołów. Ma właściwości antyseptyczne, chroniąc ucho przed bakteriami i insektami. Ale w jaki sposób to wąskie przejście jest stale oczyszczane? Pan zadbał o ten szczegół, tworząc mechanizm oczyszczający.

Okazuje się, że wewnątrz kanału wszelkie cząsteczki poruszają się po spirali, ponieważ komórki na powierzchni przewodu słuchowego układają się w spiralę skierowaną na zewnątrz. Ponadto naskórek (wierzchnia warstwa skóry) narasta tam na boki, a nie do góry, jak to zwykle bywa na skórze. Opadając, porusza się spiralnie na zewnątrz do małżowiny usznej, stale zabierając ze sobą woskowinę. Bez takiego systemu czyszczącego nasze ucho szybko by się zatkało.

Ludzki słuch: ucho środkowe po mistrzowsku rozwiązuje najtrudniejszy problem w fizyce

Czy kiedykolwiek próbowałeś krzyczeć na osobę pod wodą? Jest to praktycznie niemożliwe, ponieważ 99,9% dźwięku rozchodzącego się w powietrzu odbija się od wody. Ale w naszym uchu dźwięk dociera do wrażliwych komórek ślimaka przez płyn, ponieważ te komórki nie mogą znajdować się w powietrzu. Jak rozwiązuje się w naszym uchu to najtrudniejsze zadanie przejścia dźwięku z powietrza w ciecz? Potrzebujemy pasującego urządzenia. Tę rolę odgrywa ucho środkowe, które składa się z błony, specjalnych kości, mięśni i nerwów. (Patrz rys. 2)

Po dotarciu do błony bębenkowej dźwięk wprawia ją w wibracje. Kołysząc się, wprawia w ruch młotek, którego trzonek przyczepiony jest do membrany. Młotek z kolei zmusza następną kość, zwaną kowadłem, do ruchu. Pomiędzy nimi znajduje się staw chrzęstny, który podobnie jak wszystkie inne stawy musi być stale smarowany, aby mógł funkcjonować. O to też Pan zadbał – wszystko odbywa się automatycznie, bez naszego udziału, więc nie mamy się czym martwić.

Dolna część kowadła, która wygląda jak oś, przenosi ruch na następną kość, zwaną strzemiączkiem (swoim kształtem przypomina strzemię). W wyniku przenoszenia ruchu strzemię jest stale popychane. Dolna owalna podstawa strzemienia przypomina tłok i wchodzi do owalnego okienka ślimaka. Ten tłok jest połączony z okienkiem owalnym za pomocą specjalnego uchwytu, mocnego, ale ruchomego, dzięki czemu tłok porusza się w przód iw tył w okienku owalnym.

Błona bębenkowa jest niezwykle wrażliwa. Jest w stanie reagować na wibracje o średnicy zaledwie jednego atomu wodoru! Jeszcze bardziej zaskakujące jest to, że błona jest żywą tkanką z naczyniami krwionośnymi i nerwami. Komórki krwi są tysiące razy większe od atomu wodoru i poruszając się w naczyniach nieustannie wibrują membranę, ale jednocześnie wciąż jest w stanie wychwycić wibrację dźwiękową wielkości jednego atomu wodoru. Jest to możliwe dzięki niezwykle wydajnemu systemowi filtrowania szumów. Po wykryciu nawet najsłabszej wibracji membrana może wrócić do swojego pierwotnego położenia w ciągu 5 tysięcznych sekundy. Gdyby nie mogła tak szybko wrócić do normalnego stanu, każdy dźwięk, który doszedłby do jej ucha, odbijałby się echem.

Młotek, kowadełko i strzemiączko to najmniejsze kości w naszym ciele. A te kości mają mięśnie i nerwy! Jeden mięsień przyczepiony jest ścięgnem do rączki młoteczka, drugi do strzemienia. Co oni robią? Przy głośnym dźwięku trzeba obniżyć czułość całego układu, aby go nie uszkodzić. Przy ostrym, głośnym dźwięku mózg reaguje znacznie szybciej, niż mamy czas na uświadomienie sobie tego, co usłyszeliśmy, natomiast natychmiast zmusza mięśnie do skurczu i tępi wrażliwość. Czas reakcji na głośny dźwięk to tylko około 0,15 sekundy.

Z pewnością mutacje genetyczne lub przypadkowe stopniowe zmiany proponowane przez ewolucjonistów nie mogą być odpowiedzialne za rozwój tak złożonego mechanizmu. Ciśnienie powietrza w uchu środkowym powinno być takie samo jak ciśnienie na zewnątrz błony bębenkowej. Problem polega na tym, że powietrze wewnątrz jest wchłaniane przez organizm. Powoduje to spadek ciśnienia w uchu środkowym i zmniejszenie wrażliwości błony bębenkowej na skutek jej dociskania do wewnątrz przez wyższe ciśnienie powietrza zewnętrznego.

Aby rozwiązać ten problem, ucho jest wyposażone w specjalny kanał zwany trąbką Eustachiusza. Jest to pusta rurka o długości 3,5 cm, która biegnie od ucha wewnętrznego do tylnej części nosa i gardła. Zapewnia wymianę powietrza między uchem środkowym a otoczeniem. Podczas połykania, ziewania i żucia specjalne mięśnie otwierają trąbkę Eusticheja, wpuszczając powietrze z zewnątrz. Zapewnia to równowagę ciśnień. Nieprawidłowe działanie rurki prowadzi do bólu, przedłużającej się blokady, a nawet krwawienia w uchu. Ale jak to się w ogóle zaczęło i które części ucha środkowego pojawiły się jako pierwsze? Jak funkcjonowały jedno bez drugiego? Analiza wszystkich części ucha i znaczenia każdej z nich dla ludzkiego słuchu wykazuje obecność nieredukowalnej złożoności (cały narząd musiał powstać jako jeden, inaczej nie mógłby funkcjonować), co jest mocnym dowodem stworzenia.

Ludzki słuch: ucho wewnętrzne: system o niewiarygodnej złożoności

Tak więc dźwięk przechodził przez powietrze do błony bębenkowej iw postaci wibracji był przenoszony do kości. Co dalej? A potem te mechaniczne ruchy powinny zamienić się w sygnały elektryczne. Ten cud przemiany dokonuje się w uchu wewnętrznym. Ucho wewnętrzne składa się ze ślimaka i połączonych z nim nerwów. Tutaj również obserwujemy bardzo złożoną strukturę.

Posiadanie dwojga uszu pomaga nam obliczyć położenie dźwięku. Różnica w czasie, w jakim dźwięk dociera do uszu, może wynosić zaledwie 20 milionowych części sekundy, ale to opóźnienie wystarczy, aby określić źródło dźwięku.

Ślimak to specjalny narząd ucha wewnętrznego, który ma kształt labiryntu i jest wypełniony specjalnym płynem (perilimfą). Patrz Rys. 1 i Rys. 3. potrójnie powlekany dla trwałości i szczelności. Jest to konieczne dla zachodzących w nim subtelnych procesów. Pamiętamy, że ostatnia kość ( strzemiączko ) wchodzi do okienka owalnego ślimaka (ryc. 2 i ryc. 3). Po otrzymaniu wibracji z błony bębenkowej strzemiączko porusza swoim tłokiem tam iz powrotem w tym okienku, tworząc wahania ciśnienia wewnątrz cieczy. Innymi słowy, strzemię przenosi wibracje dźwiękowe do ślimaka.

Wibracja ta rozchodzi się w płynie ślimaka i dociera tam do specjalnego narządu słuchu, narządu Cortiego. Zamienia wibracje cieczy w sygnały elektryczne, które przechodzą przez nerwy do mózgu. Ponieważ ślimak jest całkowicie wypełniony cieczą, w jaki sposób tłok może się do niego dostać? Pamiętaj, jak prawie niemożliwe jest włożenie korka do całkowicie napełnionej butelki. Ze względu na dużą gęstość cieczy trudno ją skompresować.

Okazało się, że w dolnej części ślimaka znajduje się okrągłe okienko (takie jak tylne wyjście), zakryte elastyczną membraną. Gdy tłok strzemiączka wchodzi do owalnego okienka, membrana okrągłego okienka poniżej wybrzusza się pod ciśnieniem płynu. To jak butelka z gumowym dnem, która ugina się za każdym razem, gdy wkłada się korek. Dzięki temu pomysłowemu urządzeniu obniżającemu ciśnienie strzemię może przenosić wibracje dźwiękowe do płynu ślimakowego.

Jednak impulsy ciśnienia nie rozchodzą się w cieczy w prosty sposób. Aby zrozumieć, w jaki sposób się rozprzestrzeniają, zajrzyjmy do wnętrza labiryntu ślimaka (patrz ryc. 3 i 4). Kanał błędnika składa się z trzech kanałów – górnego (scala vestibularis), dolnego (scala tympani) i kanału środkowego (przewód ślimakowy). Nie są ze sobą połączone i idą równolegle w labiryncie.

Z tłoka ciśnienie idzie w górę w labiryncie do szczytu ślimaka tylko przez górny kanał (a nie przez wszystkie trzy). Tam przez specjalny otwór łączący ciśnienie przechodzi do dolnego kanału, który wraca labiryntem i wychodzi okrągłym okienkiem. Na rycinie 3 czerwona strzałka wskazuje ścieżkę ciśnienia od owalnego okienka w górę okręgu w labiryncie. U góry ciśnienie przechodzi do innego kanału, oznaczonego niebieską strzałką, i jest kierowane wzdłuż niego w dół do okrągłego okienka. Ale po co to wszystko? Jak to pomaga nam słyszeć?

Faktem jest, że pośrodku dwóch kanałów labiryntu znajduje się trzeci kanał (przewód ślimakowy), również wypełniony płynem, ale inny niż płyn w pozostałych dwóch kanałach. Ten środkowy kanał nie jest połączony z pozostałymi dwoma. Od górnego kanału oddziela go płytka elastyczna (błona Reissnera), a od kanału dolnego płytka sprężysta (błona podstawna). Przechodząc górnym kanałem w górę labiryntu, dźwięk w cieczy wibruje górną płytą. Wracając do ślimaka wzdłuż dolnego kanału, dźwięk w cieczy wprawia w wibracje dolną płytkę. Tak więc, gdy dźwięk przemieszcza się przez płyn labiryntu w górę ślimaka iz powrotem w dół, płytki środkowego kanału wibrują. Po przejściu dźwięku ich wibracja stopniowo zanika. W jaki sposób wibracje płyt kanału środkowego zapewniają nam słuch?

Pomiędzy nimi znajduje się najważniejsza część układu słuchowego - narząd Cortiego. Jest bardzo mały, ale bez niego bylibyśmy głusi. Komórki nerwowe narządu Cortiego przekształcają ruchy oscylacyjne płytek w sygnały elektryczne. Nazywane są komórkami rzęsatymi i odgrywają ogromną rolę. W jaki sposób komórki rzęsate narządu Cortiego potrafią przekształcić drgania płytek w sygnały elektryczne?

Spójrz na ryciny 4 i 5. Faktem jest, że komórki te stykają się od góry ze specjalną błoną powłokową narządu Cortiego, która wygląda jak twarda galareta. Na szczycie komórek rzęsatych znajduje się od 50 do 200 rzęsek zwanych stereocilia. Wchodzą do błony pokrywającej.

Ryc.7

Gdy dźwięk przechodzi przez labirynt ślimaka, blaszki kanału środkowego wibrują, co powoduje drgania galaretowatej błony pokrywającej. A jego ruch powoduje oscylację steriocilii komórek rzęsatych. Kołysanie steriocilia powoduje, że komórki rzęsate wytwarzają sygnały elektryczne, które są wysyłane dalej do mózgu. Niesamowite, prawda? Narząd Cortiego ma około 20 000 komórek rzęsatych, które dzielą się na wewnętrzne i zewnętrzne (ryc. 5 i 6). Ale w jaki sposób wibracje rzęsek wytwarzają sygnały elektryczne?

Okazuje się, że ruch steriocilii powoduje otwieranie i zamykanie specjalnych kanałów jonowych na ich powierzchni (ryc. 7). Kanały, otwierając się, przepuszczają do środka jony, które zmieniają ładunek elektryczny wewnątrz komórki włosa. Zmiany ładunku elektrycznego umożliwiają komórce włosów wysyłanie sygnałów elektrycznych do mózgu. Sygnały te są interpretowane przez mózg jako dźwięk. Problem polega na tym, że musimy otwierać i zamykać kanał jonowy z prędkością do najwyższej częstotliwości dźwięku, jaką jesteśmy w stanie wykryć – do 20 000 razy na sekundę. Coś musi otwierać i zamykać miliony tych kanałów na powierzchni rzęsek nawet 20 000 razy na sekundę. Naukowcy odkryli, że w tym celu do powierzchni sterocilii przyczepia się sprężynę molekularną!!! (Ryc. 7.) Gwałtownie rozciągając się i kurcząc, gdy rzęski wibrują, zapewnia tak dużą prędkość otwierania i zamykania kanałów. Genialny projekt!

Ludzki słuch: tak naprawdę słuchamy za pomocą mózgu

Ślimak jest w stanie wychwycić każdy instrument w orkiestrze i zauważyć brakującą nutę, usłyszeć każdy oddech i usłyszeć szepty – a wszystko to z zadziwiającą częstotliwością próbkowania do 20 000 razy na sekundę. Mózg interpretuje sygnały i określa częstotliwość, siłę i znaczenie sygnałów. Podczas gdy duży fortepian ma 240 strun i 88 klawiszy, ucho wewnętrzne ma 24 000 „strun” i 20 000 „klawiszy”, które pozwalają nam słyszeć niewiarygodną ilość i różnorodność dźwięków.

Powyższe to tylko połowa drogi, ponieważ najtrudniejsza część dzieje się w mózgu, czyli tym, co właściwie „słyszymy”. Nasze uszy są wystarczająco wrażliwe, aby usłyszeć piórko ślizgające się po ubraniu, ale nie słyszymy krwi przepływającej przez naczynia włosowate kilka milimetrów od naszych uszu. Gdybyśmy ciągle słuchali swojego oddechu, połykania śliny, każdego bicia serca, ruchu stawów itp., nigdy nie bylibyśmy w stanie się na niczym skupić. Nasz mózg automatycznie tłumi niektóre dźwięki, aw niektórych przypadkach całkowicie je blokuje. Wdychaj powietrze i sprawdź, czy je słyszysz. Oczywiście, że możesz, ale zwykle nie słyszysz. Wdychałeś około 21 000 razy w ciągu ostatnich 24 godzin. Słuchowa część ludzkiego mózgu działa jak ochroniarz, nasłuchując każdego dźwięku i mówiąc nam, co powinniśmy usłyszeć, a czego nie. Dźwięki mogą również przywoływać wspomnienia.

Wniosek

Oczywiste jest, że wszystkie części ucha są niezbędne dla ludzkiego słuchu. Na przykład, jeśli wszystkie elementy są na swoim miejscu, ale nie ma błony bębenkowej, to w jaki sposób dźwięk dotrze do kości i ślimaka? Po co więc mieć labirynt, narząd Cortiego i komórki nerwowe, skoro dźwięk nawet do nich nie dociera? Jeśli wszystko jest na swoim miejscu, łącznie z membraną, ale brakuje „tylko” okienka owalnego lub, powiedzmy, płynu w ślimaku, nie będzie słyszenia, ponieważ dźwięk nie może dotrzeć do komórek nerwowych.

Brak najdrobniejszego szczegółu ogłuchnie, a obecność reszty systemu – bezużyteczna. Co więcej, każdy „drobny szczegół” w tym łańcuchu jest tak naprawdę systemem wielu elementów. Na przykład błona bębenkowa składa się ze wyspecjalizowanej żywej tkanki, przyczepów młoteczka, nerwów, naczyń krwionośnych i tak dalej. Ślimak to labirynt, potrójna powłoka, trzy oddzielne kanały, różne płyny, elastyczne płytki kanałowe itp.

Głupotą jest sądzić, że tak niesamowita złożoność powstała przez przypadek w wyniku stopniowej ewolucji. Zaobserwowana złożoność narządu słuchu człowieka wskazuje na historyczną rzeczywistość stworzenia Adama przez Boga, jak mówi Słowo Boże. „Słyszące ucho i widzące oko Pan uczynił jednym i drugim” (Prz 20,12).

W przyszłych wydaniach będziemy nadal badać Boży plan dla ludzkiego ciała. Mam nadzieję, że ten artykuł pomógł ci głębiej zrozumieć Jego mądrość i miłość do ciebie. „Będę Cię wysławiał, bo jestem wspaniale zbudowany i moja dusza jest tego świadoma” (Psalm 139:13). Oddajcie Bogu chwałę i wdzięczność, bo jest godzien!