Строение и функции органов слуха человека (слуховой центр, внешнее ухо, ушная раковина, барабанная перепонка и др.)

Звук – это важнейший элемент нашей жизни. Давайте представим себе, какой была бы наша жизнь в полной тишине, если бы в ней не было звуков. Мы бы не могли услышать приближающуюся опасность за спиной. Мы бы не знали, что происходит вокруг нас. Мы не могли бы общаться с теми, кого любим. Мы не могли бы поделиться своими мыслями и чувствами, не смогли бы рассказать то, что знаем. Внутреннее ухо и слуховой центр мозга (составляющие основу нашего слуха) занимают место, которое меньше 1 кубического сантиметра, т.е. меньше кусочка сахара. Ухо, которое дает нам возможность слышать звуки окружающего мира, является миниатюрным чудом инженерной мысли  с чрезвычайно сложной механической, гидравлической и электронной системами. Все существующие в мире технические средства являются результатами инженерного плана и проекта. Каждое новое поколение техники совершенствует технические достижения прежних конструкций, добавляя новые системы или элементы. Но совершенное построение уха человека превосходит все инженерные и физические познания человечества. Слух человека воспринимает и анализирует блуждающие вокруг нас колебания и передает нам ту информацию, которая необходима для нашей жизни.

Слуховой центр

Слуховой центр мозга расшифровывает сигналы, поступающие от внутреннего уха. Он является тем центром, который осуществляет акт слышания. Центр, обрабатывающий и расшифровывающий все окружающие нас звуки, как ни парадоксально, находится в абсолютной тишине. Слуховой центр мозга сложно назвать изученным до конца, даже на современном этапе развития науки. Он ежесекундно осуществляет для нас чудо –  дает нам возможность слышать. Звуковая информация передается от уха к слуховому центру мозга по слуховому нерву длиной в 2,5 сантиметра. Мозг за 1/10 долю секунды анализирует поступающие сигналы и расшифровывает их принадлежность, сравнивая с почти 400 тысячами звуков, которые мы слышали ранее и которые запечатлены в нашей памяти. Благодаря этой сверхскоростной аналитической способности мозга, наш организм тотчас готов среагировать на звуковой сигнал. Если бы мозг не делал эту операцию с такой скоростью, мы не услышали бы, например, звука приближающегося из-за спины автомобиля. И не успели бы осознать, что должны тотчас же отойти в сторону, чтобы избежать несчастного случая.

Еще одна особенность слухового центра –  способность фильтровать (просеивать) звук. Многие звуки, которые мы слышим в течение дня, мы воспринимаем в закрытых помещениях. В закрытых помещениях любые звуки, вернее звуковые волны (будь то звуки радио, телевидения или голоса рассеиваясь), сталкиваются с предметами внутри комнаты. По идее сразу после звука мы должны были бы слышать его послезвучие (эхо), возникающие от столкновения звуковой волны с предметами в комнате (со стенами, потолком). Эхо должно было бы улавливать и наш слух. Звуковые волны, сталкивающиеся с нашей головой, должны были бы сразу за основным звуком попадать в слуховой центр мозга. И это должно было бы увеличить слышимость эхо. Однако такого никогда не происходит. В слуховом центре мозга во время расшифровывания и анализа звука происходит и операция отсеивания эхо. Все другие волны, кроме самого звука, который мы должны услышать тотчас, отсеиваются мозгом.

Руководитель центра изучения слуха медицинского факультета университета Джона Хопкинса описывает эту способность нашего мозга. “Клетки в стволе нашего мозга всегда наготове и ждут, чтобы определить, откуда идет звук. Они способны определять сотни различных тонов и характеров в звуке. Разделение между звуками происходит без какого-либо труда. Они прекрасно различат звук волынки от звука шагов, к примеру. Эхо, неизбежно возникающее над любыми звуковыми волнами, глушится и стирается нашим умным центром слуха в мозге. Благодаря этому звук получается идеально четким. Таким образом, мы не слышим эхо”. Звуки рояля, на котором играет Ваш друг рядом с Вами, отражаются от стен, потолка или камина. В этот момент операционный центр мозга начинает отсекать отраженный звук и не пускает его к Вам. Таким образом, мозг пропускает только оригинальный звук, полностью стирая его эхо. Этот процесс прямо-таки магическим образом оберегает чистоту звука.

Да, ну почему же тогда вопреки этому великолепному избирательному очищению звука мозгом, мы всё же слышим иногда отзвуки (эхо)? Конечно же, если впереди нас очень большое пространство, например долина, лес или огромная пустая комната, то громкие звуки создают сильное эхо, потому что эхо достигает нашего слуха на секунды позднее оригинального звука. В таком случае мозг не считает нужным отсеивать их, а воспринимает их, как отдельный другой звук. Но в это время мозг уже закончил расшифровку и восприятие первого оригинально звука, и поэтому эхо уже не воспринимается для расшифровки, не создает нам ненужной путаницы в фоне и не мешает нам слышать первый звук. Звук подобно волнам на воде распространяется в воздухе с определенной скоростью. А слуховой центр мозга обладает идеальной конструкцией для использования этой волновой особенности распространения звука.

Расстояние между двумя ушами человека равно примерно 20 сантиметрам. Поэтому звук, поступающий в ухо с одной стороны, до второго дальнего уха доходит на 1/500 долю секунды позже. И некоторые клетки нашего мозга тотчас воспринимают невероятно малую разницу во времени между сигналами и точно высчитывают, с какой стороны поступает звук. Слуховой центр мозга делает это путем создания тени звука. Поясню это на примере. Когда с правой стороны на голову к нам подает солнечный свет, определенный участок другой стороны головы создает кусочек тени. Поэтому, например, идя на солнце, мы видим тень своей головы. Вот так же и звук, когда он приходит к уху, например, с правой стороны, в левой стороне образуются некая звуковая тень. И несмотря на то, что скорость звука очень велика и звук достигает и того и другого уха практически одновременно, умным и высокоточным клеткам уха и этой разницы в тысячные доли секунды достаточно, чтобы различить невероятно малую разницу в степени мощности звука, дошедшего до одной и другой стороны. И они могут тотчас рассчитать, с какой стороны исходит звук. Но вот еще один вопрос. Как звуковые волны, блуждающие в воздухе, превращаются в электрические сигналы в нашем мозге?

Внешнее ухо

Наше внешнее ухо подобно двери, распахивающейся наружу. Естественно, что наше ухо открыто для всех микробов, пыли и инородных тел, которые могут попасть в него снаружи. Однако серные железы и волоски, расположенные в канале внешнего уха, создают надежное препятствие против них. Железы наряду с потом выделяют, так называемую, ушную серу (густой секрет), содержащую жиры и некоторое количество глюкозы. И когда эта жидкость контактирует с волосками, она делает волоски липкими. Благодаря этому пыль и микробы, попадающие в волоски в самом начале слухового канала, прилипают к ним и обезвреживаются. Серная секреция, выделяемая внешним ухом, содержит в себе и бактерицидный состав, убивающий микробы и иммунные клетки организма.

Еще одна особенность серной жидкости – кислотность. Ведь кислотная среда убийственна для многих видов микробов. Путь, идущий от ушной раковины до барабанной перепонки уха, выглядит не как прямой туннель, а как лабиринт с крутыми виражами. Таким образом, хрупкая барабанная перепонка надежно защищена от любых ударов, которые могут поступить к уху извне. Например, ребенок может случайно засунуть в ухо какой-либо острый предмет. Но благодаря такому строению уха, этот предмет до перепонки достать не сможет, и поэтому серьезного вреда уху не причинит. Или вода, которая может попасть в ухо под давлением, также из-за таких крутых виражей не достигнет перепонки и тем самым не нанесет ей вреда. Ведь если бы внутренний ушной канал был бы не такой крутой формы, а например, прямым, то даже принимая душ, человек невзначай мог бы порвать барабанную перепонку. А это привело бы к полной глухоте.

Еще одна важная особенность внешнего уха –  эта способность к постоянному самообновлению и очищению. Омертвевшие клетки и пыль, скапливающиеся в ушном проходе, могут стать серьезным препятствием для прохождения звуковых волн и привести к разрушению хрупкой структуры уха. Но здесь вновь вступает в действие поразительный механизм. Кожа наружного уха, сдвигаясь от центра в сторону внешнего уха, обновляет саму себя. Например, кожа на глубине 2 сантиметров ушного лабиринта постепенно (по мере роста новых клеток кожи) сдвигается ближе к выходу на расстоянии 1,5 сантиметров. А потом выталкивается на расстоянии 1 сантиметра, таким образом, вытаскиваясь все ближе к выходу из уха, полностью обновляется. Удивительно, но такой механизм очистки кожи, которая покрывает всё наше тело, присущ только внешнему уху.  Поэтому внешнее ухо является просто-таки крепостью, которая имеет все средства защиты от любой опасности, которая может проникнуть извне.

Ушная раковина

В начале 20 века, во времена господства эволюционной теории развития жизни, многие ученые рассматривали ушную раковину, как некий атавизм, т.е. орган якобы утративший в процессе эволюционирования свои функции. Они утверждали, что в процессе вымышленный эволюции этот орган значительно уменьшился в своих размерах. Многие эволюционисты, принявшие это абсурдное утверждение, рисуя вымышленные образы людей будущего, вообще рисовали их без ушных раковин. Но с развитием науки, бредовость подобного сценария стало очевидной. Ушная раковина исполняет функцию микрофона, конического рупора, который направляет звуковые волны внутрь и концентрирует их там.

Каждый миллиметр лабиринта ушного канала создан особым образом. Ушной канал, например, сам выбирает силу и мощность каких звуков ему следует усиливать. Звук голоса человека и строение слухового аппарата человека идеально соответствуют друг другу. Часть уха от ушной раковины до барабанной перепонки именуются в анатомии внешним ушным каналом. Особенная функция избирательного усилия звуков, начинающихся в ушной раковине, продолжается и во внешнем ухе. Канал внешнего уха, также усиливая определенные звуки, передает их внутрь. Исследования показывают, что раковина и внешний ушной канал усиливают мощность давления звука на барабанную перепонку в 10 раз. Важная функция внешнего уха заключена еще и в том, чтобы согревать воздух, попадающий внутрь до температуры тела. Это очень важно для процесса слуха, поскольку температура влияет на скорость движения молекул газов. Если температура во внешнем и во внутреннем ухе была бы разной, то ухо воспринимало бы шум быстро движущихся во внутреннем ухе молекул газа, как отдельный звук.

Барабанная перепонка

Барабанная перепонка, которая начинает колебаться под давлением поступающих звуковых волн, и благодаря которой мы можем слышать, также удивляет своим умным и идеальным строением. Барабанная перепонка, как будто бы сама может принимать решения за нас о том, что и как нам слышать. Барабанная перепонка взрослого человека достигает чуть более 1 квадратного сантиметра. Она конической формы и острый конец ее конуса направлен наружу. Когда звуковые волны снаружи достигают барабанной перепонки и сталкиваются с ней, она приходит в вибрационное колебание. Барабанная перепонка настолько чувствительна, что чистота ее колебания в зависимости от мощности воспринимаемых звуков, может быть равной 1/1000000 доли сантиметра. Это даже меньше, чем диаметр атома водорода.

Барабанная перепонка даже столь микроскопически малыми вибрирующими движениями способна передавать звуки в звуковой центр мозга. Сначала звуковые колебания воспринимаются только внешней стороной барабанной перепонки и это также чудо инженерного строения. Ведь если бы звук воспринимался сразу обеими сторонами перепонки, то тогда и звуки, идущие изнутри нашего организма, тоже вызывали бы колебания барабанной перепонки. И в результате этих беспорядочных колебаний от звуков снаружи и звуков, идущих изнутри организма, слух наш превратился бы в полную какофонию. Но этого никогда не происходит, потому что барабанная перепонка начинает вибрировать, только если звук идет снаружи.

Барабанная перепонка обладает удивительной способностью различать качество и безопасную интенсивность звуковых волн, поступающих к ней. Барабанная перепонка, которая приходит к вибрации даже от звука слабого шепота, может воспринимать и в безопасной степени пропускать внутрь звук, в 40 раз превосходящий его по громкости. Перепонка приходит в движение от звука независимо от того, с какой стороны он приходит. Ведь задумайтесь, если бы перепонка приходила в движение только от звуков, которые приходят к ней по прямой, то тогда мы бы не могли слышать человека, например, стоящего перед нами. И нам надо было бы разговаривать с ним, только поворачиваясь к уху собеседника, чтобы он слышал. В итоге мы бы слышали только те звуки, которые приходят к уху по прямой.

Амортизирующая функция барабанной перепонки также очень важна. Каким бы громким и мощным не был идущий к нам звук, барабанная перепонка даже после самого сильного колебания способна прекратить колебаться за 1/4000 долю секунды, как только звук прекратить поступать. Эта особенность действительно поражает воображение. Ведь звуки колебания различных материй и металлов в окружающем мире могут длиться несколько секунд. Если бы барабанная перепонка не успокаивалась так быстро, то мы бы все время слышали в голове шум и гул от еще не утихших одних колебаний и добавляющихся к ним новых звуков.

Молоточек. Наковальня. Стремя.

Барабанная перепонка, усиливая своими колебаниями поступающие к ней звуки, передает их в область среднего уха. В среднем ухе расположены три маленьких слуховых косточек, находящиеся в тесном и очень чувствительном контакте друг с другом: молоточек, наковальня и стремя. Эти три косточки, последовательно связанные друг с другом, находятся между барабанной перепонкой и внутренним ухом, так называемой улиткой. Внешние звуки вызывают колебания чувствительной барабанной перепонки, она начинает вибрировать и своими вибрациями приводит в движение этот механизм. Молоточек, соприкасающийся с перепонкой, подталкивает наковальню, а наковальня толкает стремя. Три косточки внутреннего уха, действующие как рычажный механизм, передают колебательную силу, полученную от мембраны, к другому элементу слухового аппарата – к улитке. Но возникает вопрос: «Не может ли звук, который и без того вызывает сильную вибрацию барабанной перепонки, еще более усиливаясь в среднем ухе, нанести вред слуховому центру мозга?

Оказывается, в совершенном строении уха и это усиление звука имеет свое значение и не приносит нам вреда. Три косточки, формирующие рычажный механизм, кроме классического рычажного движения, могут осуществлять еще и скользящие движения. Скользящие движения трех косточек оберегают чувствительную и нервную ткань внутреннего уха от слишком сильных колебаний. Косточки среднего уха обладают механизмом снижения мощности слишком громких звуковых колебаний. Они выступают в роли амортизатора. Эта особенность обеспечивается двумя самыми маленькими мышцами нашего организма, которые контролируют работу молоточка, наковальни и стремени. Одна мышца держится за молоточек, другая за стремя. Если мозг определяет, что звук, достигший его по слуховому нерву, слишком сильный, тотчас срабатывает рефлекс. Мышцы просыпаются по команде нервных окончаний и сжимаются, тогда молоточек, наковальня и стремя начинают словно бы тормозить, резко снижая интенсивность движений. Так мощность звука, идущего во внутреннее ухо, уменьшается до безопасного уровня.

Этот рефлекс срабатывает за 1/5 долю секунды. Так называемые тормозные мышцы не только очень быстры в действии, но еще и очень умны по строению, потому что сжимаются они избирательно. Ведь если бы они сжимались при любом громком звуке, идущего из внешнего мира, то все люди испытывали бы серьезные трудности в восприятии мира. Представьте себя в месте, где очень много народа и много громких звуков, шума и грохота, и где мышцы среднего уха в данной ситуации глушат мощность громких фоновых звуков. Благодаря этому, несмотря на высокую шумность, мы можем спокойно слышать человека, с которым разговариваем. Между средним ухом и внешним миром существует, так называемый, вентиляционный канал, который обеспечивает поступление воздуха. Этот полый канал именуется в анатомии евстахиевой трубой. Она идет от среднего уха до полости глотки. Евстахиевая труба вступает в действие, если по той или иной причине давлением в атмосфере и в среднем ухе становится разным, т.е. выравнивает разницу давлений.

Танцующие волоски

Внутреннее ухо или улитка –  это точка, откуда звуковые сигналы выходят к слуховому центру мозга. Внутренние ухо работает как электростанция, превращая механические волны в электрические импульсы. Звуковые волны из внешней среды через внешние ухо и слуховой лабиринт доходят до барабанной перепонки и заставляют перепонку вибрировать. Та, в свою очередь, посылает колебания молоточку, наковальне и стремени. А они передают колебания в секрецию внутреннего уха, где механические колебания заканчивают свой путь. Участок, ответственный за слух во внутреннем ухе, это кусочек ткани размером с горошину, напоминающий по строению улитку.  

Улитка окружена твердым костным каналом. Это строение в виде спирали от верхушки до низа, равное 3-4 сантиметрам, заполнено лимфой. Когда колебания из косточек среднего уха достигают улитки, эндолимфа внутри ее каналов также начинает колебаться. На внутренних стенках улитки имеются тоненькие волоски, и они тоже начинают волнообразно двигаться, когда жидкость внутри улитки колеблется. На 32 тысячах клетках уха правильными рядами расположено более 1 миллиона волосков. Когда сильное колебание достигает улитки, вибрации волосков могут достигать 20 тысяч раз в секунду. При более слабом колебании число вибраций может быть очень маленьким. Волоски очень чувствительны к колебаниям лимфы в улитке в такой степени, что даже микроскопического колебания волоска (не более чем на 1 диаметр молекулы водорода, т.е. на миллиардную долю миллиметра) достаточно для того, чтобы запустить процесс посыла  электрических импульсов в слуховой центр мозга.

Если представить для примера этот волосок, как здание высотой в 500 метров, то для того, чтобы привести все здание в колебание, нужно будет колебание только 2 сантиметров на верхушке здания. Когда волоски-антенны воспринимают колебание улитки, они приводят друг друга в действие по принципу «домино». Вот это действие и раскрывает двери клеток, расположенных под волосками. Так в клетки поступают ионы из электрически заряженной эндолимфы. Когда же волоски наклоняются под воздействием волн лимфы в другую сторону, клетка закрывается. Пучок волосковых клеток работает как электрическая кнопка. Наклоняясь в одну сторону, волоски включают эту кнопку. Наклоняясь в обратную –  выключают.

Постоянное волнообразное движение волосков и поступление ионов в цитоплазму волосковой клетки вызывает цепь химических реакций и возникновение электрического импульса в, контактирующих с ними, нервных окончаниях. Волосковые клетки внутри улитки – словно заряженные батарейки. И мы, таким образом, носим в каждом ухе примерно по 16000 батареек. Но батарейки эти несопоставимо сложнее и высокотехнологичнее, чем те батарейки, которые мы используем в быту. Они значительно более чувствительны и работают в тысячи раз быстрее. Кроме того, им не нужна подзарядка, которая необходима для тех, которые мы используем в технике. Да, и еще одна важная деталь. Если Вы соберете все 32000 батареек, то они займут площадь размером с горошину.

Во внутреннем ухе находится еще один орган, именуемый – кортиевым. Кортиев – орган, наполненный лимфой, изолирован от всех других органов организма. Например, в любой ткани организма у нас имеются кровеносные сосуды, а в кортиевом органе их  нет. Если бы в этом органе были кровеносные сосуды, то мы бы слышали течение крови, как постоянный фон в ухе. Безусловно, постоянное журчание крови внутри нас создавало бы тяготы и неудобства для человека. Ведь мы бы ни на секунду в жизни не могли бы оставаться в тишине. Вы не смогли бы спокойно посмотреть фильм, да и спать в тишине тоже не получилось, потому что все время слышали бы течение крови.

Резюме

Всё, о чем было сказано, показывает нам, каким совершенным и поразительно мудрым строением обладает наш слуховой аппарат. Для того, чтобы мы слышали в нашем ухе в правильной последовательности должны существовать и слаженно работать множество органов всю жизнь. Если, например, в ухе не будет развита кость молоточка или любой другой элемент, то человек ничего не сможет слышать. Для того, чтобы ухо слышало, нужна четкая работа всей цепи и барабанной перепонки, молоточка, наковальни, стремени и десятков тысяч волосков.

Автор статьи "Андрей Кондратьев", независымый партнер Herbalife