Звук — это волна давления. Она проходит по ушному каналу и заставляет колебаться барабанную перепонку. За ней три крошечные косточки, молоточек, наковальня и стремечко, передают колебания дальше и усиливают их, так как им предстоит перейти из воздуха в жидкость, где передача хуже. Стремечко толкает мембрану овального окна, и колебания попадают в улитку, свёрнутый, как раковина, канал длиной около трёх с половиной сантиметров.
Улитка как набор частот
Внутри улитки натянута базилярная мембрана. У основания она узкая и жёсткая, к вершине расширяется и становится мягче. Поэтому высокие звуки заставляют колебаться её участок у входа, а низкие дальше, у вершины. Георг фон Бекеши, получивший в 1961 году Нобелевскую премию, наблюдал это на препаратах человеческих улиток. Улитка работает как призма, разлагающая сложный звук на отдельные частоты, и размещает их вдоль мембраны. Такое упорядочение называют тонотопией.
Волосковые клетки
На мембране расположены волосковые клетки: около трёх с половиной тысяч внутренних и двенадцати тысяч наружных. Внутренние клетки преобразуют колебание в электрический сигнал и передают его слуховому нерву. Наружные работают как усилители: они сокращаются в такт звуку и повышают чувствительность и частотную точность. Получается, что ухо не просто принимает звук, а активно его обрабатывает. Эту «активную» работу описал Дэвид Кемп, обнаруживший, что здоровое ухо само излучает слабые звуки, отоакустическую эмиссию, и поэтому их проверяют у новорождённых при скрининге слуха.
От нерва к коре
Сигнал идёт по слуховому нерву в ствол мозга, затем через несколько переключательных станций, в том числе верхнюю оливу, где сравнивается время прихода звука к левому и правому уху, чтобы определить направление, к таламусу и, наконец, к слуховой коре в височной доле. Тонотопия сохраняется почти на всём пути, и в слуховой коре есть «карта» частот. В реальности восприятие речи или музыки гораздо сложнее. Для высоты тона важна не только частота, но и ритм сигналов нерва, а различение тембра требует работы вышележащих областей.
Почему слух не восстанавливается
Диапазон слуха человека примерно от двадцати до двадцати тысяч герц, с возрастом верхняя граница опускается. Волосковые клетки млекопитающих, в отличие от птичьих, не обновляются, и разрушение их громким шумом необратимо. Кохлеарный имплант использует тонотопию: он содержит электроды, которые раздражают нерв в соответствующих участках улитки. Это помогает тем, у кого повреждены именно волосковые клетки. О защите слуха поговорите с врачом, но общее правило простое: громкий звук опасен тем больше, чем дольше он длится.