Prechod zvuku v uchu. Ako počujeme

Mnohí z nás sa niekedy zaujímajú o jednoduchú fyziologickú otázku týkajúcu sa toho, ako počujeme. Pozrime sa, z čoho pozostáva a ako funguje náš sluchový orgán.

Najprv si všimneme, že sluchový analyzátor má štyri časti:

1. Vonkajšie ucho. Zahŕňa sluchový pohon, ušnicu a ušný bubienok. Ten slúži na izoláciu vnútorného konca sluchového drôtu od okolia. Čo sa týka zvukovodu, má úplne zakrivený tvar, dlhý asi 2,5 centimetra. Na povrchu zvukovodu sú žľazy a je tiež pokrytý chĺpkami. Práve tieto žľazy vylučujú ušný maz, ktorý si ráno čistíme. Zvukovod je tiež potrebný na udržanie potrebnej vlhkosti a teploty vo vnútri ucha.
2. Stredné ucho. Zložka sluchového analyzátora, ktorá sa nachádza za ušným bubienkom a je naplnená vzduchom, sa nazýva stredné ucho. Je spojený Eustachovou trubicou s nosohltanom. Eustachova trubica je pomerne úzky chrupavkový kanál, ktorý je normálne uzavretý. Keď robíme prehĺtacie pohyby, otvorí sa a do dutiny sa cez ňu dostane vzduch. Vo vnútri stredného ucha sú tri malé sluchové kostičky: nákovka, kladívko a strmienok. Kladivo sa pomocou jedného konca spojí so strmeňom a to už je s odliatkom vo vnútornom uchu. Pod vplyvom zvukov je tympanická membrána v neustálom pohybe a sluchové ossicles ďalej prenášajú svoje vibrácie dovnútra. Je to jeden z najdôležitejších prvkov, ktoré je potrebné študovať pri zvažovaní štruktúry ľudského ucha
3. Vnútorné ucho. V tejto časti sluchového súboru je naraz niekoľko štruktúr, ale iba jedna z nich, slimák, riadi sluch. Svoje meno dostal vďaka svojmu špirálovitému tvaru. Má tri kanály, ktoré sú naplnené lymfatickými tekutinami. V strednom kanáli sa kvapalina výrazne líši v zložení od zvyšku. Orgán zodpovedný za sluch sa nazýva Cortiho orgán a nachádza sa v strednom kanáli. Skladá sa z niekoľkých tisíc vlasov, ktoré zachytávajú vibrácie vytvorené tekutinou pohybujúcou sa kanálom. Vytvára tiež elektrické impulzy, ktoré sa potom prenášajú do mozgovej kôry. Konkrétna vlasová bunka reaguje na určitý druh zvuku. Ak sa stane, že vlásková bunka zomrie, potom človek prestane vnímať tento alebo ten zvuk. Aby sme pochopili, ako človek počuje, mali by sme zvážiť aj sluchové dráhy.

sluchové dráhy

Ide o súbor vlákien, ktoré vedú nervové impulzy zo samotnej kochley do sluchových centier vašej hlavy. Práve vďaka dráham náš mozog vníma ten či onen zvuk. Sluchové centrá sa nachádzajú v spánkových lalokoch mozgu. Zvuk, ktorý sa dostane cez vonkajšie ucho do mozgu, trvá asi desať milisekúnd.

Ako vnímame zvuk?

Ľudské ucho spracováva zvuky prijímané z okolia na špeciálne mechanické vibrácie, ktoré následne premieňajú pohyby tekutín v slimákovi na elektrické impulzy. Prechádzajú dráhami centrálneho sluchového systému do časových častí mozgu, aby ich bolo možné následne rozpoznať a spracovať. Teraz medziľahlé uzly a samotný mozog extrahujú niektoré informácie týkajúce sa hlasitosti a výšky zvuku, ako aj ďalších charakteristík, ako je čas zachytenia zvuku, smer zvuku a iné. Mozog teda môže vnímať prijaté informácie z každého ucha postupne alebo spoločne, pričom dostane jeden vnem.

Je známe, že v našom uchu sú nejaké „šablóny“ už študovaných zvukov, ktoré náš mozog rozpoznal. Pomáhajú mozgu správne triediť a identifikovať primárny zdroj informácií. Ak sa zvuk zníži, mozog začne dostávať nesprávne informácie, čo môže viesť k nesprávnej interpretácii zvukov. Ale nielen zvuky môžu byť skreslené, časom je mozog vystavený aj nesprávnej interpretácii niektorých zvukov. Výsledkom môže byť nesprávna reakcia osoby alebo nesprávna interpretácia informácií. Aby sme počuli správne a spoľahlivo interpretovali to, čo počujeme, potrebujeme synchrónnu prácu mozgu a sluchového analyzátora. Preto možno poznamenať, že človek počuje nielen ušami, ale aj mozgom.

Štruktúra ľudského ucha je teda pomerne zložitá. Len koordinovaná práca všetkých častí sluchového orgánu a mozgu nám umožní správne pochopiť a interpretovať to, čo počujeme.

Sluch je jednou z najdôležitejších vecí v ľudskom živote. Sluch a reč spolu tvoria dôležitý prostriedok komunikácie medzi ľuďmi, slúžia ako základ pre vzťah ľudí v spoločnosti. Strata sluchu môže viesť k poruchám správania. Nepočujúce deti sa nedokážu naučiť plnú reč.

Pomocou sluchu človek zachytáva rôzne zvuky, ktoré signalizujú dianie vo vonkajšom svete, zvuky prírody okolo nás – šumenie lesa, spev vtákov, zvuky mora, ako aj rôzne hudobné diela. Pomocou sluchu sa vnímanie sveta stáva jasnejším a bohatším.

Ucho a jeho funkcia. Zvuk alebo zvuková vlna je striedavé riedenie a kondenzácia vzduchu, ktorá sa šíri všetkými smermi od zdroja zvuku. Zdrojom zvuku môže byť akékoľvek vibrujúce teleso. Zvukové vibrácie vníma náš sluchový orgán.

Orgán sluchu je stavaný veľmi zložito a skladá sa z vonkajšieho, stredného a vnútorného ucha. Vonkajšie ucho pozostáva z ušnice a zvukovodu. Ušné ušnice mnohých zvierat sa môžu pohybovať. To pomáha zvieraťu chytiť sa tam, odkiaľ prichádza aj ten najtichší zvuk. Ľudské ušnice slúžia aj na určenie smeru zvuku, hoci sú nepohyblivé. Zvukovod spája vonkajšie ucho s ďalším úsekom – stredným uchom.

Sluchový kanál je na vnútornom konci blokovaný tesne natiahnutou bubienkovou membránou. Zvuková vlna, ktorá zasiahne bubienok, spôsobí jeho kmitanie, vibrácie. Frekvencia vibrácií tympanickej membrány je tým väčšia, čím je zvuk vyšší. Čím silnejší je zvuk, tým viac membrána vibruje. Ale ak je zvuk veľmi slabý, sotva počuteľný, potom sú tieto vibrácie veľmi malé. Minimálna počuteľnosť trénovaného ucha je takmer na hranici tých vibrácií, ktoré vznikajú náhodným pohybom molekúl vzduchu. To znamená, že ľudské ucho je z hľadiska citlivosti jedinečným načúvacím prístrojom.

Za tympanickou membránou leží vzduchom naplnená dutina stredného ucha. Táto dutina je spojená s nosohltanom úzkym priechodom - sluchovou trubicou. Pri prehĺtaní dochádza k výmene vzduchu medzi hltanom a stredným uchom. Zmena tlaku vonkajšieho vzduchu, napríklad v lietadle, spôsobuje nepríjemný pocit – „upcháva uši“. Vysvetľuje sa vychýlením tympanickej membrány v dôsledku rozdielu medzi atmosférickým tlakom a tlakom v dutine stredného ucha. Pri prehĺtaní sa otvorí sluchová trubica a tlak na oboch stranách bubienka sa vyrovná.

V strednom uchu sú tri malé, postupne prepojené kosti: kladivo, nákovka a strmienok. Kladivo spojené s tympanickou membránou prenáša svoje vibrácie najskôr na nákovu a potom sa zosilnené vibrácie prenášajú na strmeň. V doštičke oddeľujúcej dutinu stredného ucha od dutiny vnútorného ucha sú dve okienka pokryté tenkými membránami. Jedno okno je oválne, „klope“ naň strmeň, druhé je okrúhle.

Vnútorné ucho začína za stredným uchom. Nachádza sa hlboko v spánkovej kosti lebky. Vnútorné ucho je systém labyrintu a stočených kanálikov naplnených tekutinou. V labyrinte sú dva orgány naraz: orgán sluchu - slimák a orgán rovnováhy - vestibulárny aparát. Slimák je špirálovito stočený kostný kanál, ktorý má u ľudí dva a pol otáčky. Vibrácie membrány foramen ovale sa prenášajú do tekutiny, ktorá vypĺňa vnútorné ucho. A to zase začne oscilovať s rovnakou frekvenciou. Kvapalina vibrovaním dráždi sluchové receptory umiestnené v slimáku. Kanál slimáka je po celej dĺžke rozdelený na polovicu membránovou priehradkou. Časť tejto priečky tvorí tenká membrána - membrána. Na membráne sú vnímacie bunky - sluchové receptory. Vibrácie tekutiny vypĺňajúcej slimák dráždia jednotlivé sluchové receptory. Vytvárajú impulzy, ktoré sa prenášajú pozdĺž sluchového nervu do mozgu. Diagram ukazuje všetky postupné procesy premeny zvukovej vlny na nervovú signalizáciu. Sluchové vnímanie. V mozgu sa rozlišuje sila, výška a charakter zvuku, jeho umiestnenie v priestore. Počujeme dvoma ušami a to má veľký význam pri určovaní smeru zvuku. Ak zvukové vlny prichádzajú súčasne do oboch uší, vnímame zvuk v strede (vpredu a vzadu). Ak zvukové vlny dorazia do jedného ucha o niečo skôr ako do druhého, potom zvuk vnímame buď vpravo alebo vľavo.

1. Zvukovodné a zvuk prijímajúce časti načúvacieho prístroja.

2. Úloha vonkajšieho ucha.

3. Úloha stredného ucha.

4. Úloha vnútorného ucha.

5. Určenie lokalizácie zdroja zvuku v horizontálnej rovine - binaurálny efekt.

6. Určenie lokalizácie zdroja zvuku vo vertikálnej rovine.

7. Načúvacie prístroje a protézy. Tympanometria.

8. Úlohy.

Povesť - vnímanie zvukových vibrácií, ktoré vykonávajú orgány sluchu.

4.1. Zvukovodné a zvuk prijímajúce časti načúvacieho prístroja

Ľudský sluchový orgán je komplexný systém pozostávajúci z nasledujúcich prvkov:

1 - ušnica; 2 - vonkajší sluchový meatus; 3 - bubienok; 4 - kladivo; 5 - kovadlina; 6 - strmeň; 7 - oválne okno; 8 - vestibulárny rebrík; 9 - okrúhle okno; 10 - bubnové schody; 11 - kochleárny kanál; 12 - hlavná (bazilárna) membrána.

Štruktúra načúvacieho prístroja je znázornená na obr. 4.1.

Podľa anatomického znaku sa v ľudskom načúvacom prístroji rozlišuje vonkajšie ucho (1-3), stredné ucho (3-7) a vnútorné ucho (7-13). Podľa funkcií vykonávaných v ľudskom načúvacom prístroji sa rozlišujú zvukovo vodivé a zvuk prijímajúce časti. Toto rozdelenie je znázornené na obr. 4.2.

Ryža. 4.1.Štruktúra načúvacieho prístroja (a) a prvky sluchového orgánu (b)

Ryža. 4.2. Schematické znázornenie hlavných prvkov ľudského načúvacieho prístroja

4.2. Úloha vonkajšieho ucha

Funkcia vonkajšieho ucha

Vonkajšie ucho pozostáva z ušnice, zvukovodu (vo forme úzkej trubice) a bubienka. Ušnica hrá úlohu zberača zvuku, ktorý koncentruje zvuk

vlny na zvukovode, v dôsledku čoho sa akustický tlak na bubienku zvýši oproti akustickému tlaku v dopadajúcej vlne asi 3-krát. Vonkajší zvukovod spolu s ušnicou možno prirovnať k trubicovému rezonátoru. Bubienok, ktorý oddeľuje vonkajšie ucho od stredného ucha, je platnička pozostávajúca z dvoch vrstiev kolagénových vlákien orientovaných rôznymi spôsobmi. Hrúbka membrány je cca 0,1 mm.

Dôvodom je najväčšia citlivosť ucha v oblasti 3 kHz

Zvuk sa do systému dostáva cez vonkajší zvukovod, čo je akustická trubica uzavretá z jednej strany s dĺžkou L = 2,5 cm.Zvuková vlna prechádza zvukovodom a čiastočne sa odráža od bubienka. V dôsledku toho dopadajúce a odrazené vlny interferujú a vytvárajú stojaté vlnenie. Dochádza k akustickej rezonancii. Podmienky pre jej prejav: vlnová dĺžka je 4-násobok dĺžky vzduchového stĺpca vo zvukovode. V tomto prípade bude vzduchový stĺpec vo vnútri kanála rezonovať so zvukom s vlnovou dĺžkou rovnajúcou sa štyrom jeho dĺžkam. Vo zvukovode bude rovnako ako v potrubí rezonovať vlna dĺžky λ = 4L = 4x0,025 = 0,1 m. Frekvencia, pri ktorej dochádza k akustickej rezonancii, sa určí takto: ν = v /λ = 340/(4x0,025) = 3,4 kHz. Tento rezonančný efekt vysvetľuje skutočnosť, že ľudské ucho je najcitlivejšie pri frekvencii približne 3 kHz (pozri krivky rovnakej hlasitosti v prednáške 3).

4.3. Úloha stredného ucha

Štruktúra stredného ucha

Stredné ucho je zariadenie určené na prenos zvukových vibrácií zo vzduchu vonkajšieho ucha do tekutého média vnútorného ucha. Stredné ucho (pozri obrázok 4.1) obsahuje tympanickú membránu, oválne a okrúhle okienka a sluchové kostičky (kladivo, nákovu, strmienok). Ide o akýsi bubienok (objem 0,8 cm 3), ktorý je od vonkajšieho ucha oddelený bubienkou a od vnútorného ucha oválnymi a okrúhlymi okienkami. Stredné ucho je naplnené vzduchom. Akýkoľvek rozdiel

tlak medzi vonkajším a stredným uchom vedie k deformácii bubienka. Bubienok je membrána lievikovitého tvaru vtlačená do stredného ucha. Z neho sa zvuková informácia prenáša do kosti stredného ucha (tvar bubienka zabezpečuje absenciu prirodzených vibrácií, čo je veľmi dôležité, keďže prirodzené vibrácie membrány by vytvárali hluk pozadia).

Prienik zvukových vĺn cez rozhranie vzduch-kvapalina

Aby ste pochopili účel stredného ucha, zvážte priamy prechod zvuku zo vzduchu do kvapaliny. Na rozhraní medzi dvoma médiami sa jedna časť dopadajúcej vlny odráža a druhá časť prechádza do druhého média. Podiel energie prenesenej z jedného média do druhého závisí od hodnoty priepustnosti β (pozri vzorec 3.10).

To znamená, že pri prechode zo vzduchu do vody sa hladina intenzity zvuku zníži o 29 dB. Z energetického hľadiska je takýto prechod absolútne neefektívne. Z tohto dôvodu existuje špeciálny prenosový mechanizmus - systém sluchových kostičiek, ktoré plnia funkciu prispôsobenia vlnových odporov vzduchu a kvapalného média na zníženie energetických strát.

Fyzikálny základ fungovania sluchových kostičiek

Ossikulárny systém je sekvenčným článkom, ktorého začiatok (kladivo) spojené s tympanickou membránou vonkajšieho ucha, a koniec (stužka)- s oválnym okienkom vnútorného ucha (obr. 4.3).

Ryža. 4.3. Schéma šírenia zvukových vĺn z vonkajšieho ucha cez stredné ucho do vnútorného ucha:

1 - bubienok; 2 - kladivo; 3 - kovadlina; 4 - strmeň; 5 - oválne okno; 6 - okrúhle okno; 7 - zdvih bubna; 8 - pohyb slimáka; 9 - vestibulárny kurz

Ryža. 4.4. Schematické znázornenie umiestnenia tympanickej membrány a oválneho okna: S bp - oblasť tympanickej membrány; S oo - oblasť oválneho okna

Plocha tympanickej membrány sa rovná Bbp = 64 mm 2 a plocha oválneho okienka S oo = 3 mm 2. Schematicky ich

vzájomné usporiadanie je znázornené na obr. 4.4.

Akustický tlak P 1 pôsobí na bubienok a vytvára silu

Systém kostí funguje ako páka s pomerom ramien

L 1 /L 2 \u003d 1,3, čo dáva zvýšenie sily zo strany vnútorného ucha 1,3-krát (obr. 4.5).

Ryža. 4.5. Schematické znázornenie fungovania kostného systému ako páky

Preto na oválne okienko pôsobí sila F 2 \u003d 1,3 F 1 a vytvára akustický tlak P 2 v kvapalnom médiu vnútorného ucha, ktorý sa rovná

Z vykonaných výpočtov vyplýva, že pri prechode zvuku stredným uchom sa úroveň jeho intenzity zvýši o 28 dB. Strata hladiny intenzity zvuku pri prechode zo vzduchu do kvapaliny je 29 dB. Celková strata intenzity je len 1 dB namiesto 29 dB, čo by bolo v prípade absencie stredného ucha.

Ďalšou funkciou stredného ucha je zníženie prenosu vibrácií v prípade zvuku veľkej intenzity. Pomocou svalov sa dá pri príliš vysokých intenzitách zvuku reflexne oslabiť spojenie medzi kosťami.

Veľká zmena tlaku v prostredí (napríklad spojená so zmenou nadmorskej výšky) môže spôsobiť natiahnutie bubienka sprevádzané bolesťou alebo dokonca prasknutie. Na ochranu pred takýmito poklesmi tlaku je malý Eustachova trubica, ktorý spája stredoušnú dutinu s hornou časťou hltana (s atmosférou).

4.4. Úloha vnútorného ucha

Zvukovo vnímajúcim systémom načúvacieho prístroja je vnútorné ucho a slimák, ktorý do neho vstupuje.

Vnútorné ucho je uzavretá dutina. Táto dutina, nazývaná labyrint, má zložitý tvar a je vyplnená tekutinou – perilymfou. Pozostáva z dvoch hlavných častí: slimáka, ktorý premieňa mechanické vibrácie na elektrický signál, a polkruhu vestibulárneho aparátu, ktorý zabezpečuje rovnováhu tela v gravitačnom poli.

Štruktúra slimáka

Slimák je dutý kostný útvar dlhý 35 mm a má tvar kužeľovitej špirály s 2,5 kučeravkami.

Rez kochley je znázornená na obr. 4.6.

Po celej dĺžke slimáka po nej prebiehajú dve membránové prepážky, z ktorých jedna je tzv. vestibulárna membrána, a druhý - hlavná membrána. priestor medzi

Ryža. 4.6. Schematická štruktúra kochley obsahujúcej kanály: B - vestibulárny; B - bubon; U - kochleárne; RM - vestibulárna (Reissnerova) membrána; PM - krycia doska; OM - hlavná (bazilárna) membrána; KO - Cortiho orgán

ich - kochleárny priechod - je naplnený tekutinou nazývanou endolymfa.

Vestibulárne a tympanické kanály sú naplnené špeciálnou tekutinou nazývanou perilymfa. V hornej časti slimáka sú navzájom prepojené. Vibrácie strmeňa sa prenášajú na membránu oválneho okienka, z nej do perilymfy vestibulárneho priechodu a potom cez tenkú vestibulárnu membránu do endolymfy kochleárneho priechodu. Vibrácie endolymfy sa prenášajú na hlavnú membránu, na ktorej sa nachádza Cortiho orgán, obsahujúci citlivé vláskové bunky (asi 24 000), v ktorých vznikajú elektrické potenciály prenášané cez sluchový nerv do mozgu.

Bubienok končí okrúhlou okennou membránou, ktorá kompenzuje pohyb relymfy.

Dĺžka hlavnej membrány je približne 32 mm. Je veľmi heterogénny vo svojom tvare: rozširuje sa a stenčuje v smere od oválneho okienka k hornej časti slimáka. V dôsledku toho je modul pružnosti hlavnej membrány v blízkosti základne slimáka asi 100-krát väčší ako v hornej časti.

Frekvenčne selektívne vlastnosti hlavnej membrány kochley

Hlavná membrána je heterogénna prenosová linka mechanického budenia. Pôsobením akustického podnetu sa pozdĺž hlavnej membrány šíri vlna, ktorej stupeň útlmu závisí od frekvencie: čím nižšia je frekvencia stimulácie, tým ďalej od oválneho okienka sa vlna šíri pozdĺž hlavnej membrány. Takže napríklad vlna s frekvenciou 300 Hz sa bude šíriť približne 25 mm od oválneho okienka pred útlmom a vlna s frekvenciou 100 Hz sa bude šíriť približne 30 mm.

V súčasnosti sa verí, že vnímanie výšky tónu je určené polohou maximálnej vibrácie hlavnej membrány.

Oscilácie hlavnej membrány stimulujú receptorové bunky umiestnené v Cortiho orgáne, čo vedie k akčnému potenciálu prenášanému sluchovým nervom do mozgovej kôry.

4.5. Určenie lokalizácie zdroja zvuku v horizontálnej rovine - binaurálny efekt

binaurálny efekt- možnosť nastavenia smeru k zdroju zvuku v horizontálnej rovine. Podstata efektu je znázornená na obr. 4.7.

Zdroj zvuku nech je striedavo umiestnený v bodoch A, B a C. Z bodu A, ktorý je priamo pred tvárou, dopadá zvuková vlna rovnako na obe uši, pričom dráha zvukovej vlny do ušníc je rovnaká. t.j. pre obe uši sa dráhový rozdiel δ a fázový rozdiel Δφ zvukových vĺn rovnajú nule: δ = 0, Δφ = 0. Preto majú prichádzajúce vlny rovnakú fázu a intenzitu.

Z bodu B prichádza zvuková vlna do ľavého a pravého ušného ucha v rôznych fázach a s rôznou intenzitou, pretože k ušiam prechádza rôznymi vzdialenosťami.

Ak sa zdroj nachádza v bode C, oproti jednému z ušníc, potom v tomto prípade môže byť dráhový rozdiel δ rovnajúci sa vzdialenosti medzi ušnicami: δ ≈ L ≈ 17 cm = 0,17 m. rozdiel Δφ možno vypočítať podľa vzorca: Δφ = (2π/λ) δ. Pre frekvenciu ν = 1000 Hz a v« 340 m/s λ = v/ν = 0,34 m Odtiaľ dostaneme: Δφ = (2π/λ) δ = (2π/0,340)*0,17 = π. V tomto príklade prichádzajú vlny v protifáze.

Všetky skutočné smery k zdroju zvuku v horizontálnej rovine budú zodpovedať fázovému rozdielu od 0 do π (od 0

Fázový rozdiel a nerovnomernosť intenzít zvukových vĺn vstupujúcich do rôznych uší teda poskytujú binaurálny efekt. Muž s

Ryža. 4.7. Rôzne umiestnenie zdroja zvuku (A, B, C) v horizontálnej rovine: L - vzdialenosť medzi ušnicami

pri obmedzenom sluchu dokáže fixovať smer k zdroju zvuku s fázovým rozdielom 6°, čo zodpovedá fixovaniu smeru k zdroju zvuku s presnosťou 3°.

4.6. Určenie lokalizácie zdroja zvuku vo vertikálnej rovine

Uvažujme teraz o prípade, keď je zdroj zvuku umiestnený vo vertikálnej rovine orientovanej kolmo na priamku spájajúcu obe uši. V tomto prípade je rovnako odstránený z oboch uší a neexistuje žiadny fázový rozdiel. Hodnoty intenzity zvuku vstupujúceho do pravého a ľavého ucha sú rovnaké. Obrázok 4.8 ukazuje dva takéto zdroje (A a C). Bude načúvací prístroj rozlišovať medzi týmito zdrojmi? Áno. V tomto prípade sa to stane kvôli špeciálnemu tvaru ušnice, ktorý (tvar) pomáha určiť lokalizáciu zdroja zvuku.

Zvuk pochádzajúci z týchto zdrojov dopadá na ušnice pod rôznymi uhlami. To vedie k tomu, že k difrakcii zvukových vĺn na ušných ušniciach dochádza rôznymi spôsobmi. Výsledkom je, že spektrum zvukového signálu vstupujúceho do vonkajšieho zvukovodu je superponované difrakčnými maximami a minimami v závislosti od polohy zdroja zvuku. Tieto rozdiely umožňujú určiť polohu zdroja zvuku vo vertikálnej rovine. Zdá sa, že v dôsledku rozsiahlych skúseností s počúvaním sa ľudia naučili spájať rôzne spektrálne charakteristiky s príslušnými smermi. Potvrdzujú to experimentálne údaje. Predovšetkým sa zistilo, že ucho môže byť „oklamané“ špeciálnym výberom spektrálneho zloženia zvuku. Takže človek vníma zvukové vlny obsahujúce hlavnú časť energie v oblasti 1 kHz,

Ryža. 4.8. Rôzna lokalizácia zdroja zvuku vo vertikálnej rovine

lokalizované „vzadu“ bez ohľadu na skutočný smer. Zvuková vlna s frekvenciami pod 500 Hz a v oblasti 3 kHz je vnímaná ako lokalizovaná „vpredu“. Zdroje zvuku obsahujúce väčšinu energie v oblasti 8 kHz sú rozpoznané ako lokalizované „zhora“.

4.7. Načúvacie prístroje a protézy. Tympanometria

Stratu sluchu v dôsledku zhoršeného vedenia zvuku alebo čiastočného poškodenia vnímania zvuku je možné kompenzovať pomocou načúvacích prístrojov-zosilňovačov. V posledných rokoch sa v tejto oblasti dosiahol veľký pokrok spojený s rozvojom audiológie a rýchlym zavádzaním výdobytkov v elektroakustických zariadeniach na báze mikroelektroniky. Boli vytvorené miniatúrne načúvacie prístroje pracujúce v širokom frekvenčnom rozsahu.

Pri niektorých ťažkých formách straty sluchu a hluchoty však načúvacie prístroje pacientom nepomáhajú. K tomu dochádza napríklad vtedy, keď je hluchota spojená s poškodením receptorového aparátu slimáka. V tomto prípade kochlea negeneruje elektrické signály, keď je vystavená mechanickým vibráciám. Takéto lézie môžu byť spôsobené nesprávnym dávkovaním liekov používaných na liečbu ochorení, ktoré vôbec nesúvisia s ochoreniami ORL. V súčasnosti je u takýchto pacientov možná čiastočná rehabilitácia sluchu. K tomu je potrebné implantovať elektródy do slimáka a aplikovať na ne elektrické signály zodpovedajúce tým, ktoré vznikajú pri vystavení mechanickému podnetu. Takáto protetika hlavnej funkcie kochley sa vykonáva pomocou kochleárnych protéz.

Tympanometria - spôsob merania poddajnosti zvukovodného aparátu sluchovej sústavy pod vplyvom hardvérových zmien tlaku vzduchu vo zvukovode.

Táto metóda umožňuje zhodnotiť funkčný stav bubienka, pohyblivosť reťazca kostičiek, tlak v strednom uchu a funkciu sluchovej trubice.

Ryža. 4.9. Stanovenie poddajnosti zvukovodného prístroja tympanometriou

Štúdia začína inštaláciou sondy s nasadenou ušnou formou, ktorá tesne pokrýva zvukovod na začiatku vonkajšieho zvukovodu. Cez sondu vo zvukovode sa vytvorí nadmerný (+) alebo nedostatočný (-) tlak a následne sa aplikuje zvuková vlna určitej intenzity. Po dosiahnutí ušného bubienka sa vlna čiastočne odrazí a vráti sa späť do sondy (obr. 4.9).

Meranie intenzity odrazenej vlny umožňuje posúdiť zvukovovodivé schopnosti stredného ucha. Čím väčšia je intenzita odrazenej zvukovej vlny, tým menšia je pohyblivosť zvukovodného systému. Meradlom mechanickej poddajnosti stredného ucha je parameter mobility, merané v konvenčných jednotkách.

Počas štúdie sa tlak v strednom uchu mení z +200 na -200 dPa. Pri každej hodnote tlaku sa určuje parameter mobility. Výsledkom štúdie je tympanogram, ktorý odráža závislosť parametra mobility od množstva nadmerného tlaku vo zvukovode. Pri absencii patológie stredného ucha sa maximálna pohyblivosť pozoruje pri absencii nadmerného tlaku (P = 0) (obr. 4.10).

Ryža. 4.10. Tympanogramy s rôznym stupňom mobility systému

Zvýšená pohyblivosť naznačuje nedostatočnú elasticitu tympanickej membrány alebo dislokáciu sluchových ossicles. Znížená pohyblivosť poukazuje na nadmernú stuhnutosť stredného ucha spojenú napríklad s prítomnosťou tekutiny.

S patológiou stredného ucha sa mení vzhľad tympanogramu

4.8. Úlohy

1. Veľkosť ušnice je d = 3,4 cm Pri akej frekvencii budú pozorované difrakčné javy na ušnici? Riešenie

Fenomén difrakcie sa stáva viditeľným, keď je vlnová dĺžka porovnateľná s veľkosťou prekážky alebo medzery: λ ≤ d. O kratšie dĺžky vlny resp vysoké frekvencie difrakcia sa stáva zanedbateľnou.

λ \u003d v / ν \u003d 3,34, ν \u003d v / d \u003d 334 / 3,34 * 10 -2 \u003d 10 4 Hz. odpoveď: menej ako 104 Hz.

Ryža. 4.11. Hlavné typy tympanogramov v patológiách stredného ucha: A - žiadna patológia; B - exsudatívny zápal stredného ucha; C - porušenie priechodnosti sluchovej trubice; D - atrofické zmeny v tympanickej membráne; E - prasknutie sluchových ossicles

2. Určte maximálnu silu pôsobiacu na ľudský bubienok (plocha S = 64 mm 2) pre dva prípady: a) prah sluchu; b) prah bolesti. Frekvencia zvuku sa rovná 1 kHz.

Riešenie

Zvukové tlaky zodpovedajúce prahom sluchu a bolesti sú ΔΡ0 = 3?10-5 Pa a ΔP m = 100 Pa. F = ΔΡ*S. Nahradením prahových hodnôt dostaneme: F 0 \u003d 310 -5? 64? 10 -6 \u003d 1,9-10 -9 H; Fm = 100? 64-10-6 \u003d 6,410-3 H.

odpoveď: a) F° = 1,9 nN; b) Fm = 6,4 mN.

3. Rozdiel v dráhe zvukových vĺn prichádzajúcich do ľavého a pravého ucha človeka je χ \u003d 1 cm. Určte fázový posun medzi oboma zvukovými vnemami pre tón s frekvenciou 1000 Hz.

Riešenie

Fázový rozdiel vyplývajúci z dráhového rozdielu je: Δφ = 2πνχ/ν = 6,28x1000x0,01/340 = 0,18. odpoveď:Δφ = 0,18.

Zvuková vlna je dvojité kmitanie média, pri ktorom sa rozlišuje fáza nárastu tlaku a fáza poklesu tlaku. Zvukové vibrácie vstupujú do vonkajšieho zvukovodu, dostávajú sa k bubienku a spôsobujú jeho vibrácie. Vo fáze zvýšenia alebo zhrubnutia tlaku sa bubienka spolu s rukoväťou malleusu posúva dovnútra. V tomto prípade je telo nákovy spojené s hlavou kladiva v dôsledku závesných väzov posunuté smerom von a dlhý výbežok nákovy je dovnútra, čím sa premiestňuje dovnútra a strmeň. Zatlačením do okna vestibulu strmeň trhavo vedie k posunutiu perilymfy vestibulu. Ďalšie šírenie vlny po vestibule scala prenáša oscilačné pohyby na Reissnerovu membránu, ktorá zasa uvádza do pohybu endolymfu a cez hlavnú membránu perilymfu scala tympani. V dôsledku tohto pohybu perilymfy dochádza k osciláciám hlavnej a Reissnerovej membrány. Pri každom pohybe strmeňa smerom k vestibulu vedie perilymfa nakoniec k posunutiu membrány predsiene smerom k bubienkovej dutine. Vo fáze znižovania tlaku sa prevodový systém vráti do pôvodnej polohy.

Vzduchový spôsob dodávania zvukov do vnútorného ucha je hlavný. Ďalším spôsobom vedenia zvukov do špirálového orgánu je kostné (tkanivové) vedenie. V tomto prípade vstupuje do hry mechanizmus, pri ktorom zvukové vibrácie vzduchu dopadajú na kosti lebky, šíria sa v nich a dostávajú sa až do slimáka. Mechanizmus prenosu zvuku kostným tkanivom však môže byť dvojaký. V jednom prípade zvuková vlna vo forme dvoch fáz, šíriaca sa pozdĺž kosti do tekutého média vnútorného ucha, v tlakovej fáze vyčnieva membránu okrúhleho okienka a v menšej miere aj spodinu ucha. strmeň (berúc do úvahy praktickú nestlačiteľnosť kvapaliny). Súčasne s takýmto kompresným mechanizmom možno pozorovať ďalší - inerciálny variant. V tomto prípade, keď sa zvuk prenáša cez kosť, vibrácie zvukovovodného systému sa nezhodujú s vibráciami kostí lebky a následne sa hlavná a Reissnerova membrána rozvibrujú a vybudia špirálový orgán v obvyklým spôsobom. Vibrácia kostí lebky môže byť spôsobená dotykom so znejúcou ladičkou alebo telefónom. Dráha prenosu kostí v prípade narušenia prenosu zvuku vzduchom tak nadobúda veľký význam.

Ušnica. Úloha ušnice vo fyziológii ľudského sluchu je malá. Má určitý význam v ototopiách a ako zberatelia zvukových vĺn.

Vonkajší zvukovod. Je to trubicový tvar, vďaka čomu je dobrým vodičom zvukov do hĺbky. Šírka a tvar zvukovodu nehrá pri vedení zvuku zvláštnu úlohu. Jeho mechanická blokáda zároveň zabraňuje šíreniu zvukových vĺn k bubienku a vedie k citeľnej poruche sluchu. Vo zvukovode v blízkosti tympanickej membrány je udržiavaná konštantná úroveň teploty a vlhkosti bez ohľadu na kolísanie teploty a vlhkosti vo vonkajšom prostredí, čo zabezpečuje stabilitu elastických médií bubienkovej dutiny. Vďaka špeciálnej štruktúre vonkajšieho ucha je tlak zvukovej vlny vo vonkajšom zvukovode dvakrát vyšší ako vo voľnom zvukovom poli.

Tympanická membrána a sluchové kostičky. Hlavnou úlohou bubienka a sluchových kostičiek je transformovať zvukové vibrácie vysokej amplitúdy a nízkej sily na vibrácie tekutín vnútorného ucha s nízkou amplitúdou a vysokou silou (tlakom). Vibrácie bubienka uvádzajú pohyb kladiva, nákovy a strmeňa do podriadenosti. Strmeň zase prenáša vibrácie do perilymfy, čo spôsobuje posunutie membrán kochleárneho kanálika. Pohyb hlavnej membrány spôsobuje podráždenie citlivých, vláskových buniek špirálovitého orgánu, v dôsledku čoho vznikajú nervové impulzy, ktoré sledujú sluchovú dráhu do mozgovej kôry.

Bubonová membrána vibruje primárne vo svojom dolnom kvadrante so synchrónnym pohybom malleus, ktorý je k nej pripojený. Bližšie k periférii sa jej výkyvy zmenšujú. Pri maximálnej intenzite zvuku sa kmity bubienka môžu meniť od 0,05 do 0,5 mm a amplitúda kmitov je väčšia pre nízkofrekvenčné tóny a menšia pre vysokofrekvenčné tóny.

Transformačný efekt sa dosahuje vďaka rozdielu v oblasti tympanickej membrány a plochy základne strmeňa, ktorých pomer je približne 55:3 (pomer plôch 18:1), ako aj v dôsledku pákového systému sluchových kostičiek. Po prepočte na dB je pákový účinok kostného systému 2 dB a zvýšenie akustického tlaku v dôsledku rozdielu v pomere užitočných plôch bubienkovej membrány k základni strmeňa poskytuje zosilnenie zvuku o 23 - 24 dB.

Celkový akustický zisk transformátora akustického tlaku je podľa Bekeshi /I960/ 25 - 26 dB. Toto zvýšenie tlaku kompenzuje prirodzenú stratu zvukovej energie, ktorá je výsledkom odrazu zvukovej vlny pri jej prechode zo vzduchu do kvapaliny, najmä pre nízke a stredné frekvencie (Vulshtein JL, 1972).

Okrem transformácie akustického tlaku, bubienka; plní aj funkciu zvukovej ochrany (tienenia) okna slimáka. Normálne akustický tlak prenášaný cez kostný systém do kochleárneho média dosiahne vestibulárne okno o niečo skôr, ako dosiahne kochleárne okno vzduchom. V dôsledku tlakového rozdielu a fázového posunu dochádza k pohybu perilymfy, čo spôsobuje ohnutie hlavnej membrány a podráždenie receptorového aparátu. V tomto prípade membrána kochleárneho okienka kmitá synchrónne so základňou strmeňa, ale v opačnom smere. Pri absencii bubienka je tento mechanizmus prenosu zvuku narušený: zvuková vlna sledujúca vonkajší zvukovod vo fáze súčasne dosiahne okno vestibulu a slimáka, v dôsledku čoho sa pôsobenie vlny ruší. Teoreticky by nemalo dochádzať k posunu perilymfy a podráždeniu citlivých vláskových buniek. V skutočnosti pri úplnom defekte bubienka, keď sú obe okná rovnako prístupné zvukovým vlnám, sa sluch zníži na 45 - 50. Zničenie reťaze kostičiek je sprevádzané výraznou stratou sluchu (až 50-60 dB ).

Konštrukčné vlastnosti pákového systému umožňujú nielen zosilniť slabé zvuky, ale do určitej miery plniť aj ochrannú funkciu - oslabiť prenos silných zvukov. Pri slabých zvukoch kmitá základňa strmeňa hlavne okolo zvislej osi. Pri silných zvukoch dochádza k kĺzaniu v kovadlovo-malleolárnom kĺbe, hlavne pri nízkofrekvenčných tónoch, v dôsledku čoho je pohyb dlhého výbežku malleus obmedzený. Spolu s tým sa základňa strmeňa začne kývať hlavne v horizontálnej rovine, čím sa oslabuje aj prenos zvukovej energie.

Okrem tympanickej membrány a sluchových kostičiek sa ochrana vnútorného ucha pred nadmernou zvukovou energiou vykonáva v dôsledku kontrakcie svalov bubienkovej dutiny. S kontrakciou strmeňového svalu, kedy sa akustická impedancia stredného ucha prudko zvyšuje, klesá citlivosť vnútorného ucha na zvuky prevažne nízkej frekvencie na 45 dB. Na základe toho existuje názor, že stapesový sval chráni vnútorné ucho pred nadmernou energiou nízkofrekvenčných zvukov (Undrits V.F. et al., 1962; Moroz B.S., 1978)

Funkcia napínacieho svalu tympanickej membrány zostáva nedostatočne pochopená. Predpokladá sa, že má viac spoločného s ventiláciou stredného ucha a udržiavaním normálneho tlaku v bubienkovej dutine než s ochranou vnútorného ucha. Oba vnútroušné svaly sa sťahujú aj pri otváraní úst, prehĺtaní. V tomto bode sa citlivosť slimáka na vnímanie nízkych zvukov znižuje.

Zvukovo-vodivý systém stredného ucha funguje optimálne vtedy, keď sa tlak vzduchu v bubienkovej dutine a mastoidných bunkách rovná atmosférickému tlaku. Normálne je tlak vzduchu v stredoušnom systéme vyrovnaný s tlakom vonkajšieho prostredia, čo sa dosahuje vďaka sluchovej trubici, ktorá ústi do nosohltanu a zabezpečuje prúdenie vzduchu do bubienkovej dutiny. Nepretržitá absorpcia vzduchu sliznicou bubienkovej dutiny však v nej vytvára mierne podtlak, ktorý si vyžaduje neustále vyrovnávanie sa s atmosférickým tlakom. V pokoji je sluchová trubica zvyčajne uzavretá. Otvára sa pri prehĺtaní alebo zívaní v dôsledku kontrakcie svalov mäkkého podnebia (natiahnutie a zdvihnutie mäkkého podnebia). Pri uzavretí sluchovej trubice v dôsledku patologického procesu, keď vzduch nevstupuje do bubienkovej dutiny, vzniká prudko podtlak. To vedie k zníženiu citlivosti sluchu, ako aj k extravazácii seróznej tekutiny zo sliznice stredného ucha. Strata sluchu v tomto prípade, hlavne tónov nízkych a stredných frekvencií, dosahuje 20 - 30 dB. Porušenie ventilačnej funkcie sluchovej trubice ovplyvňuje aj vnútrolabyrintový tlak tekutín vnútorného ucha, čo následne zhoršuje vedenie nízkofrekvenčných zvukov.

Zvukové vlny spôsobujúce pohyb labyrintovej tekutiny rozvibrujú hlavnú membránu, na ktorej sa nachádzajú citlivé vláskové bunky špirálového orgánu. Podráždenie vlasových buniek je sprevádzané nervovým impulzom, ktorý vstupuje do špirálového ganglia a potom pozdĺž sluchového nervu do centrálnych častí analyzátora.

Spev vtákov, príjemná melódia, šťastný smiech veselého dieťaťa... Aký by bol náš život bez zvukov? Málokto sa zamýšľa nad tým, aké zložité mechanizmy nosíme v tele. Naša schopnosť počuť závisí od mimoriadne zložitého, prepojeného a detailného systému. „Pán stvoril ucho počujúce a oko, ktoré vidí“ (Príslovia 20:12). Nechce, aby sme mali pochybnosti o autorstve tohto systému. Práve naopak, Boh chce, aby človek kráčal pevne v realizácii pravdy o stvorení: „Vedzte, že Pán je Boh a že nás stvoril a my sme jeho“ (Žalm 99:3).

Ľudský sluch navrhnuté tak, aby zachytávali široké spektrum zvukových vĺn, premieňali ich na milióny elektrických impulzov a posielali ich ďalej do mozgu na hĺbkovú a rýchlu analýzu. Všetky zvuky v skutočnosti mozog „počúva“ a potom nám ich prezentuje ako prichádzajúce z externého zdroja. Ako funguje sluchový systém?

Proces začína zvukom - kmitavým pohybom vzduchu - vibráciou, pri ktorej sa impulzy tlaku vzduchu šíria smerom k poslucháčovi, prípadne sa dostanú až k bubienku. Naše ucho je mimoriadne citlivé a je schopné vnímať zmeny tlaku už od 0,0000000001 atmosféry.

Ucho sa skladá z 3 častí: vonkajšej, strednej a vnútornej. Zvuk sa najprv dostane do vonkajšieho ucha vzduchom a potom narazí na bubienok. Membrána prenáša vibrácie na kosti. Tu dochádza k zmene spôsobu vedenia zvuku – zo vzduchu do kostí. Zvuk potom putuje do vnútorného ucha, kde sa prenáša tekutinou. V procese sluchu sa teda podieľajú 3 spôsoby prenosu zvuku: vzduch, kosť, kvapalina. Poďme sa na ne pozrieť bližšie.

Ľudský sluch: Cesta zvuku

Zvuk sa najskôr dostane do uší, ktoré pôsobia ako paraboly. (obr.1) Ľudský ušný boltec má svoj vlastný unikátny reliéf vydutín, vydutín a rýh, vďaka ktorým zvuk prichádza z ušnice do zvukovodu dvoma spôsobmi. Je to nevyhnutné pre najjemnejšiu akustickú a trojrozmernú analýzu, ktorá vám umožní rozpoznať smer a zdroj zvuku, čo je dôležité pre jazykovú komunikáciu.

Obrázok 1 Zdroj: APP, www.apologeticspress.org

Ušnica tiež zosilňuje zvukové vlny, ktoré sa potom dostávajú do zvukovodu - priestor od mušle po bubienok je dlhý cca 2,5 cm a priemer cca 0,7 cm Tu je už priamo viditeľný dizajn Pána - náš prst je hrubší ako zvukovodu! Inak by nás bolelo sluchu ešte v detskom veku. Tento priechod je tvarovaný tak, aby vytváral optimálny rozsah rezonancie.

Ďalšou zaujímavou charakteristikou je prítomnosť vosku (ušného mazu), ktorý neustále vylučuje 4000 žliaz. Má antiseptické vlastnosti, chráni ucho pred baktériami a hmyzom. Ale ako sa potom tento úzky priechod neustále čistí? Pán sa postaral o tento detail a vytvoril čistiaci mechanizmus.

Ukazuje sa, že vo vnútri priechodu sa akékoľvek častice pohybujú v špirále, pretože bunky na povrchu zvukovodu sú usporiadané vo forme špirály smerujúcej von. Okrem toho tam epidermis (vrchná vrstva kože) rastie do strán, a nie nahor, ako sa to bežne stáva na koži. Odpadá, pohybuje sa v špirále smerom von k ušnému ušnému ušnému uchu a neustále si so sebou berie vosk. Bez takéhoto systému čistenia by sa nám ucho rýchlo zapchalo.

Ľudský sluch: stredné ucho majstrovsky rieši najťažší problém fyziky

Skúsili ste niekedy kričať na človeka pod vodou? To je prakticky nemožné, keďže 99,9 % zvuku, ktorý sa šíri vzduchom, odráža voda. Ale v našom uchu sa zvuk šíri do citlivých buniek slimáka cez kvapalinu, pretože tieto bunky nemôžu byť vo vzduchu. Ako sa rieši táto najťažšia úloha prechodu zvuku zo vzduchu do kvapaliny v našom uchu? Potrebujeme zodpovedajúce zariadenie. Túto úlohu zohráva stredné ucho, ktoré pozostáva z membrány, špeciálnych kostí, svalov a nervov. (Pozri obr. 2)

Po dosiahnutí ušného bubienka zvuk spôsobí jeho vibrácie. Švihnutím uvedie do pohybu kladivo, ktorého rukoväť je pripevnená k membráne. Kladivo zasa núti nasledujúcu kosť, nazývanú kovadlina, aby sa pohla. Medzi nimi je chrupavčitý kĺb, ktorý, rovnako ako všetky ostatné kĺby, musí byť neustále mazaný, aby sa zachovala prevádzka. Pán sa postaral aj o toto – všetko prebieha automaticky bez našej účasti, takže sa nemáme čoho obávať.

Spodná časť nákovy, ktorá vyzerá ako os, prenáša pohyb na ďalšiu kosť, ktorá sa nazýva strmeň (tvarom pripomína strmeň). V dôsledku prenosu pohybu sa strmeň neustále tlačí. Spodná oválna základňa strmeňa sa podobá piestu a vstupuje do oválneho okienka slimáka. Tento piest je spojený s oválnym okienkom špeciálnym prípravkom, pevným, ale pohyblivým, takže piest sa pohybuje v oválnom okienku tam a späť.

Ušný bubienok je úžasne citlivý. Je schopný reagovať na vibrácie s priemerom iba jedného atómu vodíka! Ešte prekvapivejšie je, že membrána je živé tkanivo s krvnými cievami a nervami. Krvné bunky sú tisíckrát väčšie ako atóm vodíka a pri pohybe v cievach membránu neustále vibrujú, no zároveň je stále schopná zachytiť zvukovú vibráciu veľkosti jedného atómu vodíka. To je možné vďaka mimoriadne účinnému systému filtrovania hluku. Po určení aj tých najslabších vibrácií sa membrána dokáže vrátiť do pôvodnej polohy za 5 tisícin sekundy. Ak by sa nedokázala vrátiť do normálneho stavu tak rýchlo, každý zvuk, ktorý sa jej dostal do ucha, by sa ozýval.

Kladivo, nákova a strmeň sú najmenšie kosti v našom tele. A tieto kosti majú svaly a nervy! Jeden sval je pripevnený šľachou k rukoväti kladivka, druhý k strmeňu. Čo robia? Pri hlasnom zvuku je potrebné znížiť citlivosť celého systému, aby nedošlo k jeho poškodeniu. Pri ostrom hlasnom zvuku mozog reaguje oveľa rýchlejšie, než si stihneme uvedomiť, čo sme počuli, pričom okamžite prinúti svaly stiahnuť sa a utlmiť citlivosť. Doba odozvy na hlasitý zvuk je len asi 0,15 sekundy.

Za vývoj takéhoto zložitého mechanizmu určite nemôžu byť zodpovedné genetické mutácie alebo náhodné postupné zmeny navrhované evolucionistami. Tlak vzduchu vo vnútri stredného ucha by mal byť rovnaký ako tlak mimo bubienka. Problém je, že vzduch vo vnútri je absorbovaný telom. To má za následok zníženie tlaku v strednom uchu a zníženie citlivosti bubienka v dôsledku toho, že je tlačený dovnútra vyšším vonkajším tlakom vzduchu.

Na vyriešenie tohto problému je ucho vybavené špeciálnym kanálom známym ako Eustachova trubica. Je to prázdna trubica dlhá 3,5 cm, ktorá vedie od vnútorného ucha k zadnej časti nosa a hrdla. Zabezpečuje výmenu vzduchu medzi stredným uchom a okolím. Pri prehĺtaní, zívaní a žuvaní otvárajú špeciálne svaly Eustichovu trubicu a prepúšťajú vonkajší vzduch. Tým je zabezpečená rovnováha tlaku. Porucha trubice vedie k bolesti, predĺženému upchatiu a dokonca krvácaniu do ucha. Ale ako to vôbec vzniklo a ktoré časti stredného ucha sa objavili ako prvé? Ako fungovali jeden bez druhého? Analýza všetkých častí ucha a dôležitosti každej z nich pre ľudský sluch demonštruje prítomnosť neredukovateľnej zložitosti (celý orgán musel vzniknúť ako jeden, inak by nemohol fungovať), čo je silný dôkaz stvorenia.

Ľudský sluch: Vnútorné ucho: Systém neuveriteľnej zložitosti

Zvuk teda prechádzal vzduchom do ušného bubienka a vo forme vibrácií sa prenášal do kostí. Čo bude ďalej? A potom by sa tieto mechanické pohyby mali zmeniť na elektrické signály. Tento zázrak premeny sa odohráva vo vnútornom uchu. Vnútorné ucho pozostáva z slimáka a nervov, ktoré sú k nemu pripojené. Aj tu pozorujeme veľmi zložitú štruktúru.

Mať dve uši nám pomáha vypočítať umiestnenie zvuku. Rozdiel v čase, keď zvuk dorazí do uší, môže byť len 20 milióntin sekundy, ale toto oneskorenie je dostatočné na určenie zdroja zvuku.

Slimák je špeciálny orgán vnútorného ucha, ktorý je usporiadaný vo forme labyrintu a naplnený špeciálnou tekutinou (perilymfa). Pozri obr.1 a obr.3. trojitá vrstva pre odolnosť a tesnosť. To je nevyhnutné pre jemné procesy, ktoré v ňom prebiehajú. Pamätáme si, že posledná kosť (stapes) vstupuje do oválneho okienka slimáka (obr. 2 a obr. 3). Po prijatí vibrácií z ušného bubienka strmienok pohybuje piestom tam a späť v tomto okienku, čím vytvára kolísanie tlaku vo vnútri kvapaliny. Inými slovami, strmeň prenáša zvukové vibrácie do slimáka.

Táto vibrácia sa šíri v tekutine slimáka a dosahuje tam špeciálny orgán sluchu, Cortiho orgán. Premieňa vibrácie kvapaliny na elektrické signály, ktoré prechádzajú nervami do mozgu. Keďže slimák je úplne naplnený kvapalinou, ako sa doňho piest dostane? Pamätajte, že je takmer nemožné vložiť korok do úplne naplnenej fľaše. Kvôli vysokej hustote kvapaliny je ťažké ju stlačiť.

Ukázalo sa, že v spodnej časti slimáka je okrúhle okno (ako zadný východ), pokryté pružnou membránou. Keď piest sponky vstupuje do oválneho okienka, membrána okrúhleho okienka pod tlakom sa v tekutine vydúva. Je to ako fľaša s gumeným dnom, ktorá sa prepadá pri každom zatlačení korku. Pomocou tohto dômyselného zariadenia na uvoľnenie tlaku môže strmeň prenášať zvukové vibrácie do kochleárnej tekutiny.

Tlakové impulzy sa však v kvapaline nešíria jednoduchým spôsobom. Aby sme pochopili, ako sa šíria, pozrime sa do labyrintu slimáka (pozri obrázok 3 a obrázok 4). Labyrintový kanál pozostáva z troch kanálov - horného (scala vestibularis), dolného (scala tympani) a stredného kanála (kochleárny kanál). Nie sú navzájom prepojené a idú paralelne v labyrinte.

Od piestu stúpa tlak v labyrinte do hornej časti slimáka iba cez horný kanál (a nie cez všetky tri). Tam cez špeciálny spojovací otvor prechádza tlak do spodného kanála, ktorý sa vracia späť labyrintom a vystupuje v okrúhlom okne. Na obrázku 3 červená šípka označuje dráhu tlaku z oválneho okna nahor po kruhu v labyrinte. V hornej časti tlak prechádza do iného kanála označeného modrou šípkou a smeruje pozdĺž neho nadol k okrúhlemu okienku. Ale prečo toto všetko? Ako nám to pomáha počuť?

Faktom je, že v strede dvoch kanálov labyrintu je tretí kanál (kochleárny kanál), tiež naplnený kvapalinou, ale odlišný od kvapaliny v ostatných dvoch kanáloch. Tento stredný kanál nie je pripojený k ostatným dvom. Od horného kanála je oddelený pružnou platňou (Reissnerova membrána) a od spodného kanála elastickou platňou (bazilárna membrána). Pri prechode horným kanálom hore labyrintom zvuk v kvapaline rozvibruje hornú dosku. Keď sa vraciate späť dole kochley pozdĺž spodného kanála, zvuk v kvapaline rozvibruje spodnú platňu. Keď teda zvuk prechádza tekutinou labyrintu hore slimákom a späť dole, platničky stredného kanála vibrujú. Po prechode zvuku sa ich vibrácia postupne vytráca. Ako nám vibrácie platní stredného kanála poskytujú sluch?

Medzi nimi je najdôležitejšia časť sluchového systému - Cortiho orgán. Je extrémne malý, no bez neho by sme boli hluchí. Nervové bunky Cortiho orgánu premieňajú oscilačné pohyby platničiek na elektrické signály. Nazývajú sa vlasové bunky a zohrávajú obrovskú úlohu. Ako sa vláskovým bunkám Cortiho orgánu darí premieňať vibrácie platničiek na elektrické signály?

Pozrite si obrázky 4 a 5. Faktom je, že tieto bunky sú zhora v kontakte so špeciálnou krycou membránou Cortiho orgánu, ktorá vyzerá ako tvrdá želé. Na vrchole vláskových buniek je 50 až 200 riasiniek nazývaných stereocilia. Vstupujú do integumentálnej membrány.

Obr.7

Keď zvuk prechádza labyrintom slimáka, lamely stredného kanála vibrujú, čo spôsobuje, že rôsolovitá krycia membrána vibruje. A jeho pohyb spôsobuje osciláciu steriocílie vláskových buniek. Kolísanie steriocilie spôsobuje, že vlasové bunky produkujú elektrické signály, ktoré sa posielajú ďalej do mozgu. Úžasné, však? Cortiho orgán má asi 20 000 vláskových buniek, ktoré sa delia na vnútorné a vonkajšie (obr. 5 a obr. 6). Ako však vibrácie riasiniek vytvárajú elektrické signály?

Ukazuje sa, že pohyb steriocílie spôsobuje otváranie a zatváranie špeciálnych iónových kanálov na ich povrchu (obr. 7). Kanály, otváranie, vpúšťajú ióny dovnútra, čím sa mení elektrický náboj vo vnútri vlasovej bunky. Zmeny elektrického náboja umožňujú vlasovej bunke vysielať elektrické signály do mozgu. Tieto signály mozog interpretuje ako zvuk. Problém je v tom, že musíme otvárať a zatvárať iónový kanál rýchlosťou až po najvyššiu zvukovú frekvenciu, ktorú dokážeme rozpoznať – až 20 000-krát za sekundu. Niečo musí otvárať a zatvárať milióny týchto kanálov na povrchu mihalníc rýchlosťou až 20 000-krát za sekundu. Vedci zistili, že na tento účel je na povrchy sterocilií pripevnená molekulárna pružina!!! (Obr. 7.) Rýchle natiahnutie a stiahnutie, keď riasinky vibrujú, poskytuje takú vysokú rýchlosť otvárania a zatvárania kanálikov. Brilantný dizajn!

Ľudský sluch: v skutočnosti počúvame mozgom

Slimák je schopný zachytiť každý nástroj v orchestri a všimnúť si chýbajúci tón, počuť každý nádych a šepot – to všetko pri ohromujúcej vzorkovacej frekvencii až 20 000-krát za sekundu. Mozog interpretuje signály a určuje frekvenciu, silu a význam signálov. Zatiaľ čo veľký klavír má 240 strún a 88 kláves, vnútorné ucho má 24 000 „strun“ a 20 000 „kláves“, ktoré nám umožňujú počuť neskutočné množstvo a rozmanitosť zvukov.

Vyššie uvedené je len polovica cesty, pretože to najťažšie sa deje v mozgu, čo vlastne „počujeme“. Naše uši sú dostatočne citlivé na to, aby počuli pierko kĺzať po oblečení, no nepočujeme krv, ktorá preteká cez kapiláry niekoľko milimetrov od uší. Ak by sme neustále počúvali svoje dýchanie, prehĺtanie slín, každý tlkot srdca, pohyb kĺbov atď., nikdy by sme sa nedokázali na nič sústrediť. Náš mozog automaticky tlmí niektoré zvuky, v niektorých prípadoch ich úplne blokuje. Nadýchnite sa vzduchu a uvidíte, či ho počujete. Samozrejme, že môžete, ale zvyčajne nepočujete. Za posledných 24 hodín ste sa nadýchli približne 21 000-krát. Sluchová časť ľudského mozgu funguje ako strážca, počúva každý zvuk a hovorí nám, čo potrebujeme počuť a ​​čo nie. Spomienky môžu vyvolať aj zvuky.

Záver

Je zrejmé, že všetky časti ucha sú nevyhnutné pre ľudský sluch. Napríklad, ak sú všetky komponenty na svojom mieste, ale nie je tam žiadny bubienok, ako sa potom zvuk dostane do kostí a slimáka? Aký zmysel má potom mať labyrint, Cortiho orgán a nervové bunky, ak sa k nim zvuk ani nedostane? Ak je všetko na svojom mieste, vrátane membrány, ale chýba „iba“ oválne okienko alebo povedzme tekutina v slimáku, tak nebude počuť, keďže zvuk sa nemôže dostať k nervovým bunkám.

Neprítomnosť najmenšieho detailu nás urobí hluchými a prítomnosť zvyšku systému - zbytočná. Navyše, každý „malý detail“ v ​​tomto reťazci je v skutočnosti sám o sebe systémom mnohých komponentov. Bubonová membrána sa napríklad skladá zo špecializovaného živého tkaniva, úponov malleus, nervov, krvných ciev atď. Slimák je labyrint, trojitý povlak, tri samostatné kanály, rôzne tekutiny, flexibilné potrubné dosky atď.

Je hlúpe veriť, že k takejto úžasnej zložitosti došlo náhodou v dôsledku postupného vývoja. Pozorovaná zložitosť ľudského sluchového systému poukazuje na historickú realitu Božieho stvorenia Adama, ako hovorí Božie Slovo. „Pán stvoril ucho počujúce a oko, ktoré vidí“ (Príslovia 20:12).

V budúcich číslach budeme pokračovať v skúmaní Božieho návrhu pre ľudské telo. Dúfam, že vám tento článok pomohol hlbšie pochopiť Jeho múdrosť a lásku k vám. „Budem ťa chváliť, lebo som obdivuhodne vybudovaný a moja duša si je toho plne vedomá“ (Žalm 139:13). Vzdávajte Bohu chválu a vďačnosť, pretože je hoden!