Что осуществляет различие звуковых раздражений
Орган слуха и равновесия
Слуховой анализатор
Ухо человека состоит из 3 отделов: наружного, среднего и внутреннего. Давайте поговорим о каждом более подробно.
На границе наружного и среднего отделов уха располагается барабанная перепонка, анатомически относящаяся к среднему уху.
Средний отдел уха представлен барабанной перепонкой, барабанной полостью, продолжающейся в евстахиеву трубу, которая соединяет барабанную полость и носоглотку. В барабанной полости находятся три самые маленькие косточки нашего организма: молоточек, наковальня и стремечко.
Слуховые косточки соединяются друг с другом подвижными суставами. Молоточек соединен с барабанной перепонкой, вследствие чего колебания барабанной перепонки передаются последовательно на молоточек, наковальню и стремечко. Стремечко соединяется с овальным окном (часть внутреннего уха), колебания которого предаются жидкости внутреннего уха.
Евстахиева труба соединяет барабанную полость и полость носоглотки, уравнивая в них давление: в результате давление становится одинаковым по обе стороны барабанной перепонки.
Во время взлета давление в салоне и кабине самолета уменьшается, уши может «заложить» как раз из-за несоответствия давления в носоглотке и барабанной полости. Глотательные движения способствуют открытию отверстия евстахиевой трубы, и давление выравнивается: вот зачем на борту самолета перед взлетом раздают леденцы 🙂
Органы слуха и равновесия тесно связаны между собой, поэтому, как только мы закончим изучение внутреннего уха, мы приступим к органу равновесия, анатомически находящемуся очень близко.
Восприятие звуковых раздражений
Ухо человека может слышать звук частотой от 16 до 20 000 Гц, верхняя граница с возрастом меняется, вследствие снижения эластичности барабанной перепонки.
Попытайтесь сами, пользуясь схемой ниже, описать путь звуковой волны, вводите в лексикон новые термины. Также ответьте на мой вопрос: «Зачем нам нужна евстахиева труба»?
Гигиена и заболевания уха
Орган равновесия (вестибулярный аппарат)
Состоит из преддверия и трех полукружных канальцев, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях. Полукружные канальцы внутри заполнены эндолимфой, снаружи них находится перилимфа.
За счет ускорения или замедления отолиты с мембраной смещаются соответственно кпереди или кзади. Перемещение отолитов с мембраной раздражает волосковые клетки, в которых генерируется нервный импульс. Таким образом, эти рецепторы реагируют на прямолинейное ускорение или замедление.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Строение, функции и особенности органа слуха человека
Полезные статьи и актуальная информация от специалистов по слуху «Аудионика»
Ухо человека – сложный орган, который помогает поддерживать связь с внешним миром и дает человеку информацию о его расположении и перемещении в пространстве. Оно состоит из трех отделов: наружного, среднего и внутреннего. Уникальное строение органа слуха обеспечивает: прием, передачу звука и преобразование энергии колебания в нервный импульс.
Строение органа слуха
Звуки окружают человека с самого рождения. Выделяются 3 отдела органа слуха:
Наружное ухо – видимая часть органа. Оно представлено ушной раковиной и наружным слуховым проходом. Раковина – хрящ воронковидной формы, покрытый кожей. На ее поверхности находятся разные образования: ямки, завитки, возвышенности. Они помогают улучшать качество звука, делают его более громким и направляют в слуховой проход.
К раковине присоединяются волокна ушных мышц. В процессе эволюции человек утратил возможность «шевелить ушами», чтобы точнее локализовать звуки, эти мышцы работают у редких «счастливчиков». Кожный покров раковины имеет сальные и потовые железы.
Описывая строение органа слуха, анатомы указывают, что наружная часть канала имеет хрящевые стенки, а контактирующая со средним ухом – костные. Структуры среднего и внутреннего уха располагаются в теле височной кости.
Среднее ухо представлено полостью, объем которой составляет чуть более 1 кубического сантиметра. В ней расположены три маленькие слуховые косточки, которые соединены между собой в цепочку:
Они названы так по своему сходству с предметами обихода. Стремечко соединяется с окном преддверия. Среднее ухо также связано с носоглоткой посредством евстахиевой трубы.
Внутреннее ухо – самое причудливое образование органа слуха человека. Оно состоит из:
Что такое орган слуха и равновесия
Ухо человека отвечает не только за восприятие и дальнейшую передачу звуковой информации. Внутреннее ухо относится к органу слуха и равновесия. Это сложное образование, в котором волна механических колебаний, как морской прибой, распространяется в лимфатической жидкости и колышет отростки нервных клеток, формируя электрический импульс. Этот сигнал несет информацию о громкости, продолжительности, высоте звука в мозг.
Другая часть внутреннего уха – орган равновесия (вестибулярный аппарат). Он состоит из: преддверия, находящихся в нем трех полукружных каналов, маточки и мешочка. Преддверие – полость округлой формы с диаметром около 5 мм. Оно находится между каналами и улиткой. Каналы взаимно перпендикулярны и в месте соединения с преддверием имеют расширения – ампулы. Каналы заполнены эндолимфатической жидкостью.
Маточка и мешочек – поля нервных клеток, которые воспринимают различные раздражения. Смена положения тела регистрируется рецепторами маточки и вызывает рефлекторную реакцию мышц, помогая человеку сохранять равновесие. Вибрация улавливается окончаниями мешочка.
От органа в головной мозг идет преддверно-улитковый нерв.
Функции органа слуха
Говоря о функциях органа слуха, физиологи описывают их в соответствии с анатомическими образованиями. Так для каждого отдела есть свои специфические задачи:
Функции слуха эволюционно тесно связаны с оповещением об опасности и коммуникациями в сообществе. Чтобы надолго сохранить способность слышать долго, необходимо соблюдать простые правила профилактики снижения слуха.
Особенности органа слуха
Органы слуха у человека парные. Что это означает? Человек может слушать одновременно правым и левым ухом. Бинауральный слух дает больше информации о звуке и усиливает его при определенных условиях.
Если источник механических колебаний находится на одинаковом расстоянии от правого и левого уха, громкость сигнала увеличивается на 50%. Значит, при одностороннем нарушении компенсация с помощью слухового аппарата даже небольшой мощности существенно улучшает качество жизни.
Это помогает избегать опасности (например, приближающегося автомобиля) и выделять полезные звуки из всего фонового шума, беседуя с одним человеком в шумном помещении.
При возникновении любых проблем со слухом, необходимо срочно пройти диагностику слуха на профессиональном оборудовании. Если обратиться за помощью вовремя, то появляется шанс на полное восстановление слуха.
Удивительные возможности слуха человека
Особые возможности связаны с адаптацией органа слуха и коркового отдела анализатора при травме, одновременном воздействии нескольких звуковых волн способностью «достраивать» разговор на основе имеющегося опыта.
Развитие височных областей коры мозга происходит постепенно в ответ на сигналы извне. Физиология органа слуха такова, что при повреждении коркового отдела анализатора окружающие нейроны могут взять на себя «обязанности» погибших клеток. Это явление носит название нейропластичность. Ее запас особенно велик у детей в раннем возрасте, что говорит о важности слуховой стимуляции для развития мозга и слуха.
Взрослые люди не обладают такой способностью, но опыт общения позволяет им восполнять информацию, которая теряется при разговоре – например, при плохой телефонной связи, беседе в шуме. Это достигается за счет усиленной работы нейронов височных областей и приводит к быстрому утомлению.
А как реагирует ухо на очень громкие звуки? Доказано, что после воздействия таких сигналов у человека развивается временное снижение слуховой чувствительности. Это так называемое постстимульное утомление. Для полного восстановления требуется до 16 часов. Такой механизм должен защищать орган слуха от повреждения, но люди, долго слушающие громкую музыку, непроизвольно «делают погромче» и вредят здоровью.
Звуки-фантомы – еще один феномен, описывающий работу органа слуха. Порой человек «слышит» низкие звуки, хотя в действительности их нет. Особенность колебаний мембраны улитки приводит к «появлению» звуков низкой частоты, в то время как источника сигнала отсутствует. Такие колебания, особенно громкие, обладают интересной способностью маскировать звуки высокой частоты до их полного исчезновения.
Органы слуха – сложные и хрупкие образования. Внимательное отношение к их состоянию позволит сохранить здоровье и предотвратить развитие ряда тяжелых заболеваний.
Орлова Наталья Михайловна
Более 7000 подобранных и настроенных аппаратов. Участник Международного семинара аудиологов в Дании.
Ухо, устройство органа слуха, механизм восприятия звуков
Слуховой анализатор. Механизм восприятия звуков разной частоты.
Слуховой анализатор воспринимает колебания воздуха и трaнcформирует механическую энергию этих колебаний в импульсы, которые в коре головного мозга воспринимаются как звуковые ощущения.
Воспринимающая часть слухового анализатора включает — наружное, среднее и внутреннее ухо (рис. 11.8.). Наружное ухо представлена ушной раковиной (звукоуловитель) и наружным слуховым проходом, длина которого составляет 21-27 мм, а диаметр 6-8 мм. Наружное и среднее ухо разделяет баpaбанная перепонка — мало податливая и слабо растягивающаяся мембрана.
Среднее ухо состоит из цепи соединенных между собой косточек: молоточек, наковальня и стремечко. Рукоятка молоточка прикрепляется к баpaбанной перепонке, основание стремечка — к овальному окну. Это своеобразный усилитель который в 20 раз усиливает колебания. В среднем ухе, кроме того, имеется две маленькие мышцы, прикрепляющиеся к косточкам. Сокращение этих мышц приводит к уменьшению колебаний. Давление в среднем ухе выравнивается за счет евстахиевой трубы, которая открывается в ротовую полость.
Внутреннее ухо соединено со средним при помощи овального окна, к которому прикрепляется стремечко. Во внутреннем ухе находится рецепторный аппарат двух анализаторов — воспринимающего и слухового (рис. 11.9.). Рецепторный аппарат слуха представлен улиткой. Улитка, длиной 35 мм и имеющая 2,5 завитка, состоит из костной и перепончатой части. Костная часть разделена двумя мембранами: основной и вестибулярной (рейснеровой) на три канала (верхний — вестибулярный, нижний — тимпанический, средний — баpaбанный). Средняя часть, называется улиточный ход (перепончатый). У верхушки — верхние и нижние каналы связаны геликотремой. Верхние и нижние каналы улитки заполнены перилимфой, средние — эндолимфой. Перилимфа по ионному составу напоминает плазму, эндолимфа — внутриклеточную жидкость (в 100 раз больше ионов К и в 10 раз ионов Nа).
Основная мембрана состоит из слабо натянутых эластических волокон, поэтому может колeбaться. На основной мембране — в среднем канале расположены звуковоспринимающие рецепторы — кортиев орган (4 ряда волосковых клеток — 1 внутренний (3,5 тыс. клеток) и 3 наружных — 25-30 тыс. клеток). Сверху — тектореальная мембрана.
Механизмы проведения звуковых колебаний. Звуковые волны пройдя через наружный слуховой проход колeблют баpaбанную перепонку, последняя приводит в движение косточки и мембрану овального окна. Колeблется перилимфа и к вершине колебания затухают. Колебания перилимфы передаются на вестибулярную мембрану, а последняя начинает колeбaть эндолимфу и основную мембрану.
В улитке регистрируется: 1) Суммарный потенциал (между кортиевым органом и средним каналом — 150 мВ). Он не связан с проведением звуковых колебаний. Он обусловлен уравнем окислительно-восстановительных процессов. 2) Потенциал действия слухового нерва. В физиологии также известен и третий — микрофонный — эффект заключающий в следующем: если в улитку ввести электроды и соединить с микрофоном, предварительно усилив его, и произносить в ухо кошке различные слова, то микрофон воспроизводит эти же слова. Микрофонный эффект генерируется поверхностью волосковых клеток, т. к. деформация волосков приводит к появлению разности потенциалов. Однако, этот эффект превосходит энергию вызвавших его звуковых колебаний. Отсюда микрофонный потенциал — непростое преобразование механической энергии в электрическую, а связан с обменными процессами в волосковых клетках. Местом возникновения микрофонного потенциала является область корешков волосков волосковых клеток. Звуковые колебания, действующие на внутреннее ухо, накладывают возникающий микрофонный эффект на эндокохлеарный потенциал.
Суммарный потенциал отличается от микрофонного тем, что отражает не форму звуковой волны, а ее огибающую и возникает при действии на ухо высокочастотных звуков (рис. 11.10.).
Потенциал действия слухового нерва генерируется в результате электрического возбуждения, возникающего в волосковых клетках в виде микрофонного эффекта и суммарного потенциала.
Между волосковыми клетками и нервными окончаниями имеются синапсы, при этом имеет место и химический и электрический механизмы передачи.
Механизм передачи звука различной частоты. В течение длительного времени в физиологии господствовала резонаторная теория Гельмгольца: на основной мембране натянуты струны различной длины, подобно арфе они имеют разную частоту колебаний. При действии звука начинает колeбaться та часть мембраны, которая настроена в резонанс данной частоте. Колебания натянутых нитей раздражают соответствующие рецепторы. Однако, эта теория критикуется, т. к. струны не натянуты и их колебания в каждый данный момент включают слишком много волокон мембраны.
Заслуживает внимания теория Бекеше. В улитке имеется явление резонанса, однако, резонирующим субстратом являются не волокна основной мембраны, а столб жидкости определенной длины. По данным Бекеше, чем больше частота звука, тем меньше длина колeблющегося столба жидкости. При действии звуков низкой частоты длина колeблющегося столба жидкости увеличивается, захватывая большую часть основной мембраны, причем колeблются не отдельные волокна, а значительная их часть. Каждой высоте тона соответствует определенное количество рецепторов.
В настоящее время наиболее распространенной теорией восприятия звука разной частоты является “теория места”, согласно которой не исключается участие воспринимающих клеток в анализе слуховых сигналов. Предполагается что волосковые клетки, расположенные на различных участках основной мембраны обладают различной лабильностью, что оказывает влияние на звуковые восприятия, т. е. речь идет о настройке волосковых клеток на звуки разной частоты.
Повреждения в различных участках основной мембраны приводит к ослаблению электрических явлений, возникающих при раздражении звуков разной частоты.
Восприятие высоты, силы звука и локализации источника звука начинается с попадания звуковых волн в наружное ухо, где они приводят в движение баpaбанную перепонку. Колебания баpaбанной перепонки через систему слуховых косточек среднего уха передаются на мембрану овального окна, что вызывает колебание перилимфы вестибулярной (верхней) лестницы. Эти колебания через геликотрему передаются перилимфе баpaбанной (нижней) лестницы и доходят до круглого окна, смещая его мембрану по направлению к полости среднего уха. Колебания перилимфы передаются также на эндолимфу перепончатого (среднего) канала, что приводит в колебательные движения основную мембрану, состоящую из отдельных волокон, натянутых, как струны рояля. При действии звука волокна мембраны приходят в колебательные движения вместе с рецепторны-ми клетками кортиева органа, расположенными на них. При этом волоски рецепторных клеток контактируют с текториальной мембраной, реснички волосковых клеток деформируются. Возникает вначале рецепторный потенциал, а затем потенциал действия (нервный импульс), который далее проводится по слуховому нерву и передается в другие отделы слухового анализатора.
Слуховой анализатор. МЕХАНИЗМ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА;
Слуховая система — одна из важнейших дистантных сенсорных систем человека в связи с возникновением у него речи как средства межличностного общения и служит для восприятия звука.
Звук – это колебания молекул, из которых состоит упругая среда, распространяющие в виде продольной волны давления. Скорость распространения волны в воздухе составляет 335 м/с. Частота звука определяется в герцах – Гц. Звук, образованный одной частотой, называется тоном.
Периферический отдел слуховой системы. Звук проникает в слуховую систему через наружное ухо – наружный слуховой проход, ведущий к баpaбанной перепонке. За баpaбанной перепонкой начинается среднее ухо, в нем находится воздух. В полости среднего уха находится цепочка подвижно соединенных косточек: молоточек, наковальня, стремечко. Стремечко граничит с внутренним ухом. Энергия звука передается от баpaбанной перепонки через молоточек, наковальню и стремечко в полость среднего уха, которая соединяется с глоткой с помощью евстахиевой трубы.
Внутреннее ухо помещается в каменистой части височной кости вместе с вестибулярным аппаратом. Слуховым органом как таковым является улитка. Улитка состоит из трех, свернутых вместе каналов – баpaбанной лестницы, средней лестницы, вестибулярной лестницы. Баpaбанная и вестибулярная лестницы сообщаются в окончании улитки. В основании баpaбанной лестницы имеется еще одно отверстие, закрытое мембраной, называемое круглым окном.
Основная мембрана разделяет баpaбанную и среднюю лестницы. Утолщение вдоль основной мембраны представляет собой звуковоспринимающий кортиев орган, содержащий рецепторы – волосковые клетки. Общее число волосковых клеток достигает 25 000. Волосковые клетки являются рецепторами второго типа и относятся к механоцепторам. Название «волосковые» они получили оттого, что каждая чувствительная клетка увенчана пучком волосков или ресничек. Одним концом реснички прикреплены к нижней поверхности текториальной мембраны.
Рецепция звука во внутреннем ухе. Звук вызывает колебания стремечка. От него энергия передается перилимфе вестибулярной лестницы. Поскольку жидкость является несжимаемой средой, то увеличение давления здесь вызывает отклонение мембраны круглого окна в противоположную сторону.
Стремечко также вызывает колебания основной и рейснеровской мембраны. В жидкости появляются волны, движущиеся по направлению вдоль каналов. При этом амплитуда волны неодинакова вдоль канала. Положение максимума зависит от частоты приходящего звука. Ближе к стремечку располагаются максимумы для высоких частот, дальше от стремечка – максимумы для низких частот. В результате максимум амплитуды для каждой частоты в диапазоне слышимости располагается в определенной точке канала.
Сенсорные клетки возбуждаются сильнее там, где выше амплитуда. Поэтому разные частоты приходящего звука возбуждают разные звуковоспринимающие клетки.
Рис. 60. Схема у литки в разрезе.
Колебания основной мембраны и других структур улитки вызывают механические движения ресничек. Микродеформация мембраны рецептора преобразуется в нервный импульс в форме рецепторного потенциала. Образование рецепторного потенциала опосредовано разностью электрических потенциалов между полостями вестибулярной и средней лестниц. Предполагается, что в формировании рецепторного потенциала участвуют ионные токи, возникающие при колебаниях ресничек.
Возникающий рецепторный потенциал вызывает выброс медиатора из рецептора, который возбуждает афферентные нервные волокна. Каждое волокно слухового нерва приходит из строго определенного участка улитки, т.е. от строго определенных рецепторов. Поэтому каждое волокно сильнее всего возбуждается от звуков одной, определенной частоты. Длительность звукового стимула кодируется продолжительностью нервной активности, а интенсивность кодируется уровнем активности, т.е. частотой импульсов.
Открывания всего нескольких ионных каналов в мембране одной стереоцилии явно мало для возникновения рецепторного потенциала достаточной величины. Важным механизмом усиления сенсорного сигнала на рецепторном уровне слуховой системы является механическое взаимодействие всех стереоцилии (около 100) каждой волосковой клетки. Оказалось, что все стереоцилии одного рецептора связаны между собой в пучок тонкими поперечными нитями. Поэтому, когда сгибаются один или несколько более длинных волосков, они тянут за собой все остальные волоски. В результате этого открываются ионные каналы всех волосков, обеспечивая достаточную величину рецепторного потенциала.
Электрические явления в улитке. При отведении электрических потенциалов от разных частей улитки обнаружено пять различных феноменов: два из них — мембранный потенциал слуховой рецепторной клетки и потенциал эндолимфы — не обусловлены действием звука; три электрических явления — микрофонный потенциал улитки, суммационный потенциал и потенциалы слухового нерва— возникают под влиянием звуковых раздражений (рис.61).
Если ввести в улитку электроды, соединить их с динамиком через усилитель и подействовать на ухо звуком, то динамик точно воспроизведет этот звук. Описываемое явление называют микрофонным эффектом улитки, а регистрируемый электрический потенциал назван кохлеарным микрофонным потенциалом. Доказано, что он генерируется на мембране волосковой клетки в результате деформации волосков. Частота микрофонных потенциалов соответствует частоте звуковых колебаний, а амплитуда потенциалов в определенных границах пропорциональна интенсивности звука.
Центральный отдел слуховой системы.Центральная часть слуховой системы очень сложна. Возбуждение от волосковых клеток передается в слуховой центр продолговатого мозга – кохлеарные ядра, затем переключается на нейроны промежуточного мозга и далее поступает к нейронам височной области коры больших полушарий в первичную слуховую кору. Путь электрических импульсов от рецепторов к первичной слуховой коре полушарий мозга содержит 3–5 уровней переключения и не менее трех перекрестов. Направление нервных импульсов от рецепторов каждого уха в оба полушария является необходимым условием для определения прострaнcтвенного места расположения источника звука.
Информация, содержащаяся в звуковом стимуле, проходит по различным уровням слухового тракта и многократно записывается в виде нейронного возбуждения. В ходе этого процесса синтеза-анализа различные нейроны выделяют специфические свойства звукового стимула, так что нейроны высших уровней могут возбуждаться специфично на одно-единственное свойство. Поэтому люди с определенной тренировкой слуха способны выявлять чистые тона, амплитуду звука, начало и конец стимула, расположение источника звука и другие характеристики. Формирование способностей по анализу звуков происходит в звуковой области коры. Там одни нейроны отвечают только на начало звука, другие – только на конец. Одни нейроны возбуждаются только при определенной длительности звука либо при повторяющихся звуках.
Слуховая система функционирует взаимосвязано с неслуховыми отделами головного мозга, т.е. имеет много входов из других отделов нервной системы. К разным уровням слуховой системы подходят нервные пути из зрительной и моторной областей коры, из мозжечка и ретикулярной формации.
Повреждение височных долей мозга затрудняет восприятие речи, прострaнcтвенную локализацию звука и идентификацию временных характеристик звука.
Слуховые ощущения.Человек воспринимает звуковые колебания с частотой 16—20 000 Гц. Этот диапазон соответствует 10—11 октавам. Верхняя граница частоты воспринимаемых звуков зависит от возраста человека: с годами она постепенно понижается и старики часто не слышат высоких тонов. Различение частоты звука характеризуется тем минимальным различием по частоте двух близких звуков, которое еще улавливается человеком. При низких и средних частотах человек способен заметить различия в 1—2 Гц. Встречаются люди с абсолютным слухом: они способны точно узнавать и обозначать любой звук даже при отсутствии звука сравнения.
Слуховой порог зависит от частоты приходящего звука. Ухо человека наиболее чувствительно к частотам 2–5 кГц. Громкость звука представляет субъективное восприятие уровня звукового давления.
Рис. 62. Область звукового восприятия человека. Зависимость пороговой интенсивности звука (по оси ординат — звуковое давление, дин/см2) от частоты тональных звуков (по оси абсцисс — тональность звуков, Гц). Линия AEFGD — абсолютные пороги, ABCD — пороги болевого ощущения от громких звуков
Для восприятия звуковых стимулов имеет большое значение продолжительность звука. Если она меньше 50 мс, то звуки воспринимаются в виде щелчков и их полноценное восприятие невозможно. Слуховая система, как и другие сенсорные системы (кроме боли) способна адаптироваться. Это проявляется в том, что длительное воздействие звука вызывает уменьшение чувствительности и наоборот. Слышимость зависит от частоты и звукового давления.
Зона слышимости для молодого здорового человека располагается в диапазоне от 2 до 16 000 Гц.
Речевая зона располагается примерно между 250 и 6000 Гц, а УЗД – от 40 до дБ. Минимальную силу звука, слышимого человеком в половине случаев его предъявления, называют абсолютным порогом слуховой чувствительности. Пороги слышимости зависят от частоты звука (рис. 63).
Сила звука от разных источников, окружающих человека в природной и производственно-бытовой среде очень различна, и может колeбaться от 10 децибелл (шелест листьев при ветре) до 120 децибелл (шум авиационного двигателя). Речь средней громкости имеет силу звука, равную 50–60 децибеллам.
Бинауральный слух. Человек и животные обладают прострaнcтвенным слухом, т. е. способностью определять положение источника звука в прострaнcтве. Это свойство основано на наличии бинаурального слуха, или слушания двумя ушами. Для него важно и наличие двух симметричных половин на всех уровнях слуховой системы. Острота бинаурального слуха у человека очень высока: положение источника звука определяется с точностью до 1 углового градуса. Основой этого служит способность нейронов слуховой системы оценивать интерауральные (межушные) различия времени прихода звука на правое и левое ухо и интенсивности звука на каждом ухе. Если источник звука находится в стороне от средней линии головы, звуковая волна приходит на одно ухо несколько раньше и имеет большую силу, чем на другом ухе. Оценка удаленности источника звука от организма связана с ослаблением звука и изменением его тембра. При раздельной стимуляции правого и левого уха через наушники задержка между звуками уже в 11 мкс или различие в интенсивности двух звуков на 1 дБ приводят к кажущемуся сдвигу локализации источника звука от средней линии в сторону более раннего или более сильного звука. В слуховых центрах есть нейроны с острой настройкой на определенный диапазон интерауральных различий по времени и интенсивности. Найдены также клетки, реагирующие лишь на определенное направление движения источника звука в прострaнcтве.
Устройство органа слуха
Для лучшего понимания механизма, причин и видов нарушений слуха, нужно представлять себе структуру человеческого уха. Это сложнейшая система, включающая в себя три части: наружное (внешнее) ухо, среднее ухо и внутреннее ухо.
Наружное (внешнее) ухо состоит из ушной раковины, слухового прохода и баpaбанной перепонки. Сначала оно улавливает звуки, а затем, усиливая, передаёт их к баpaбанной перепонке. В слуховом проходе находятся железы, выделяющие ушную серу, которая скапливается в наружном ухе. С нею наружу выводятся пыль и грязь. Еще одна функция слухового прохода заключается в обеспечении постоянной температуры и влажности баpaбанной перепонки.
Внутреннее ухо, отделенное от среднего уха овальным отверстием, состоит из улитки и полукружных каналов. Полукружные каналы не относятся собственно к слуховому анализатору: это отдел вестибулярного аппарата. Сложную систему трубок, заполненных лимфатической жидкостью, называют улиткой. Внутри нее расположен также заполненный жидкостью перепончатый канал, на нижней стенке которого находится рецепторный аппарат.
Как же слуховой анализатор человека передает информацию о звуковом окружении непосредственно в мозг? В первую очередь звуковая волна через ушную раковину попадает в слуховой проход, где вызывает колебания баpaбанной перепонки. Затем эти колебания передаются косточкам среднего уха. Как известно, молоточек соединен с баpaбанной перепонкой, а стремя — с улиткой. За счет этого образуется подвижная система рычагов, многократно усиливающая колебания баpaбанной перепонки. По этой системе волна колебаний попадает во внутреннее ухо, вызывая движение жидкости, которой заполнена улитка. Волосковые клетки (ими покрыты стенки рецепторного аппарата улитки) обладают способностью улавливать эти колебания жидкости. Интересно, что каждая клетка улавливает звуковые колебания только определенной частоты. Происходит это оттого, что каждое из волокон, составляющих слуховой нерв, отходит от определенного участка поверхности улитки. Именно поэтому его возбуждение может быть вызвано лишь звуками определенной частоты. При помощи волосковых клеток энергия механических колебаний преобразуется в электрические импульсы, которые затем поступают в мозг через слуховой нерв. После того как нервные импульсы по волокнам слухового нерва поступают в мозг, они снова преобразуются в слуховые образы. Для того чтобы эти импульсы правильно расшифровать, мозгу необходимо использовать накопленные в течение жизни знания о звуковой картине мира. Благодаря этому мы можемне просто различать звуки, но и правильно интерпретировать полученные сигналы прямо в ходе восприятия потока звуков.
6.2. Механизм восприятия звука
Ушная раковина представляет собой своеобразный рупор, собирающий и направляющий звуковые волны в наружный слуховой проход. Наружный слуховой проход служит для проведения звуковых колебаний в среднее ухо, затем звуковые колебания достигают баpaбанной перепонки и передаются по цепи слуховых косточек овальному окну. Механизм рычажного аппарата направлен на уменьшение размахов колебаний и на усиление соответствующих толчков на окно преддверия, таким образом, звуковые волны, распространяющиеся из воздушной среды наружного и среднего уха в жидкую среду внутреннего уха, значительно усиливаются. В этом усилении особенно нуждаются низкие звуки.
Определённую роль в звукопроведении играет слуховая труба. В норме обычное атмосферное давление в баpaбанной полости обеспечивается вентиляционной функцией слуховой трубы, так как при глотании и зевании канал слуховой трубы открывается, и воздух через него проникает в баpaбанную полость. При нарушении проходимости слуховой трубы воздух, имеющийся в баpaбанной полости, всасывается, а новый не поступает, это ведёт к снижению подвижности слуховых косточек и понижению слуха.
От окна преддверия колебательные движения передаются жидкостям лабиринта и его перепончатым образованиям. Звуковые волны, поступающие из среднего уха во внутреннее, вызывают сложные перемещения перепончатых образований и жидкостей улитки, что приводит в деятельное состояние кортиев орган. В его чувствительных клетках происходит превращение механической энергии в процесс нервного возбуждения.
Нервный импульс передаётся в мост головного мозга, а через его центры и промежуточного мозга – в височную долю полушария, где расположен корковый центр слуха. Это так называемый воздушный путь передачи звука.
6.3. Шум и его влияние на организм
Шум-это нежелательный звук или совокупность беспорядочно сочетающихся звуков различной частоты (высоты) и интенсивности (громкости), оказывающих нeблагоприятное воздействие на организм человека и мешающий его жизнедеятельности.
Звук представляет собой волновое движение, связанное с распространением упругих колебаний в воздухе. Источником этих колебаний могут быть: колебания поверхностей тел или самих тел (механический шум); нестационарные процессы в жидкости и газе, сопровождающиеся возникновением звуковых волн (аэрогидродинамический шум); переменные магнитные силы, приводящие к колебаниям рабочие органы электрических машин и аппаратов (электромагнитный шум).
Звуковые колебания характеризуются скоростью распространения звука (м/с) и частотой (f,Гц). Скорость звука зависит от среды, в которой распространяется, так как шум-это звук в воздушной среде, то скорость его распространения 334 м/с. Диапазон слышимых частот лежит в пределах 16- 20000Гц. Область слышимых человеком звуков ограничена так называемыми порогами: нижний – это порог слышимости, т.е. едва слышимые звуки различной частоты, верхний – порог болевого ощущения, при котором нормальное слуховое ощущение перерастает в болевое. Болевым порогом или порогом переносимости принято считать звук интенсивностью 140 дБ. Верхний болевой порог неодинаков у различных людей. Уровни порогов могут изменяться под воздействием тренировки.
Ниже 16 Гц по частоте идут инфразвуки, выше 20 Гц – ультразвуки.
Звуковое давлением (Р, Па) – разность между атмосферным давлением и давлением в данной точке звукового поля. Человеческое ухо способно воспринимать шум со звуковым давлением 2*10(-5) Па при f=1000 Гц, что является порогом слышимости, а значение 2*10² Па приводит к болевым ощущениям и называется порогом болевых ощущений.
Интенсивность звука (I, Вm/м²) – поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности, нормальной к направлению распространения звуковой волны. Интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, составляет 10(12) Вm/м², а соответствующая порогу ощущения — 10² Вm/м².
Наряду с органом слуха восприятие звуковых колебаний частично может осуществляться и через кожный покров рецепторами вибрационной чувствительности. Имеются наблюдения, что люди, лишенные слуха, при прикосновении к источникам, генерирующим звуки, не только ощущают последние, но и могут оценивать звуковые сигналы определённого характера.
Механизм профессионального снижения слуха обусловлен изменениями некоторых биохимических процессов. Возникновение неадекватных изменений и ответ на воздействие шума обусловлено обширными анатомо-физиологическими связями слухового анализатора с различными отделами нервной системы. Акустический раздражитель, действуя через рецепторный аппарат слухового анализатора, вызывает рефлекторные сдвиги в функциях не только его коркового отдела, но и других органов.
Довольно эффективно, в смысле влияния на человека, задействование механического резонанса упругих колебаний с частотами ниже 16 Гц, обычно не воспринимаемыми на слух. Самый опасный промежуток 6 – 9 Гц. Значительные психотропные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц, созвучный альфа-ритму природных колебаний мозга, причём любая умственная работа в этом случае делается невозможной, кажется, что голова вот-вот разорвётся на кусочки. Звук малой интенсивности вызывает тошноту и звон в ушах, а также ухудшение зрения и безотчётный страх. Звук средней интенсивности расстраивает органы пищеварения и мозг, рождая паралич, общую слабость, а иногда и слепоту. Упругий мощный инфразвук способен повредить или полностью остановить сердце. Обычно неприятные ощущения начинаются с 120 дБ, травмирующие – со 130 дБ. Инфрачастоты около 12 Гц при силе 85-110 дБ наводят приступы морской болезни и головокружение, а колебания частотой 15-18 Гц при той же интенсивности внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, панического стpaxa.
Ритмы, характерные для большинства систем организма человека, лежат в инфразвуковом диапазоне: сокращения сердца 1-2 Гц; дельта-ритм мозга (сон) 0,5-3,5Гц; альфа-ритм мозга (покой) 8-13 Гц; бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц. В инфразвуковом диапазоне находится ритм кишечника. Самое малое сопротивление инфразвуку оказывают стенки лёгких, что, в конце концов, приводит к их повреждению.
Заболевания органов слуха
Начальные проявления профессиональной тугоухости чаще всего встречаются у лиц со стажем работы в условиях шума около 5 лет. Риск потери слуха у работающих при десятилетней продолжительности воздействия шума составляет 10% при уровне 90 дБ, 29% — при 100 дБ, 55% — при 110 дБ. Адаптация к шуму рассматривается как защитная реакция слухового анализатора на акустический раздражитель, а утомление является предпаталогическим состоянием, которое при отсутствии длительного отдыха может привести к стойкому снижению слуха.
Развитию начальных стадий профессионального снижения слуха могут предшествовать ощущение звона или шума в ушах, головокружение, головная боль. Восприятие разговорной и шёпотной речи в этот период не нарушается
Особое место в патологии слуха занимают поражения, обусловленные воздействием сверхинтенсивных шумов и звуков. Их кратковременное воздействие может вызвать полную гибель спирального органа и разрыв баpaбанной перепонки, сопровождающиеся чувством заложенности и резкой болью в ушах.
Шум в ушах. Может быть кратковременным, длительным или постоянным. Интенсивность также различна, усиливается в тихой обстановке. Характер шума разнообразен: шум леса, морского прибоя, стрекотание кузнечика и т.д. Может появиться при заболеваниях любого участка слухового органа.
Серная пробка. Образуется при усиленной секреции серных желёз. Она состоит из серы, секрета сальных желёз, чешуек спущенной кожи, холестерина. В норме они удаляются движениями передней стенки слухового прохода во время разговора, жевания. Задержке способствуют узость, извилистость слухового прохода и повышенная вязкость серы. Цвет серной пробки от жёлтого до тёмно-коричневого. Консистенция вначале мягкая, восковидная, потом плотная и даже каменистая.
Отосклероз. Это своеобразное дистрофическое заболевание уха, преимущественно поражающее костную капсулу лабиринта. Причины не известны. Чаще у женщин.
Неврит слухового нерва – поражение слухового нерва, может быть вызвано воспалением и атрофическими изменениями.
Глухота внезапная – чаще всего возникает на почве сосудистых нарушений (кровоизлияние, тромбоз, эмболия, сосудистый спазм) и вирусных инфекций. Встречается при заболеваниях крови, сифилисе, диабете, травмах черепа, опухолях слухового нерва и др.
Многие насекомые (комары, сверчки…) издают звуки, тон которых отвечает 20 000 колебаний в секунду; для одних ушей эти тона существуют, для других – нет. Такие нечувствительные к высоким тонам люди наслаждаются полной тишиной там, где другие слышат целый хаос пронзительных звуков.
Если хотите определить, откуда доносится звук кузнечика или пение кукушки и тому подобные отдалённые звуки, не поворачивайте лица на звук, а, напротив, отворачивайте его в сторону. Впрочем, мы это и делаем, когда, как говорится, «настораживаемся».
ВОСПРИЯТИЕ ЗВУКА
В механизме восприятия звуков принимают участие различные структуры: звуковые волны, представляющие собой вибрацию молекул воздуха, распространяются от источника звука, улавливаются внешним, усиливаются средним и трaнcформируются внутренним ухом в нервные импульсы, поступающие в головной мозг.
МЕХАНИЗМ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА ВНУТРЕННИМ УХОМ
Звуковые волны улавливаются ушной раковиной и по внешнему слуховому каналу достигают баpaбанной перепонки — мембраны, отделяющей внешнее ухо от среднего. Вибрации баpaбанной перепонки передаются косточкам среднего уха, которые сообщают их овальному окну, чтобы вибрации достигли внутреннего уха, наполненного жидкостью. Вибрируя, овальное окно генерирует движение перилимфы, в которой возникает особый вид «волны», пересекающей всю улитку сначала по лестнице преддверия, а затем по баpaбанной, пока не достигнет округлого окна, в котором «волна» затихает. Из-за колебаний перилимфы происходит стимуляция кортиевого органа, расположенного в улитке, который обpaбатывает движения перилимфы и на их основе генерирует нервные импульсы, передающиеся в мозг по слуховому нерву.
Передвижение перилимфы заставляет вибрировать основную мембрану, составляющую поверхность завитка, где расположен кортиев орган. Когда сенсорные клетки перемещаются за счет вибраций, маленькие реснички на их поверхности задевают покровную мембрану и производят метаболические изменения, которые трaнcформируют механические стимулы в нервные, передающиеся по нерву улитки и достигающие слухового нерва, откуда поступают в мозг, где распознаются и осознаются как звуки.
ФУНКЦИИ КОСТОЧЕК СРЕДНЕГО УХА.
Когда баpaбанная перепонка вибрирует, двигаются и косточки среднего уха: каждая вибрация вызывает сдвиг молоточка, который приводит в движение наковальню, передающую движение стремечку, далее основа стремечка ударяет по овальному окну и таким образом создает волну в жидкости, содержащейся во внутреннем ухе. Поскольку баpaбанная перепонка имеет поверхность большую, чем овальное окно, звук концентрируется и усиливается, проходя по косточкам среднего уха, чтобы компенсировать энергетические потери во время перехода звуковых волн из воздушной среды в жидкую. Благодаря этому механизму можно воспринимать очень слабые звуки.
Человеческое ухо может воспринимать звуковые волны, имеющие определенные характеристики интенсивности и частотности. Что касается частоты, человек может улавливать звуки в диапазоне от 16000 до 20000 герц (вибраций в секунду), также слух человека особо чувствителен к человеческому голосу, который колeблется в диапазоне от 1000 до 4000 герц. Интенсивность, которая зависит от амплитуды звуковых волн, должна иметь определенный порог, а именно 10 децибел: звуки ниже этой отметки не воспринимаются ухом.
СЛУХОВАЯ ТРАВМА
Слуховая травма — это ухудшение способности воспринимать звуки вследствие возникновения какого-то единичного сильного источника шума (например, взрыв) или длительного (дискотеки, концерты, место работы и т. д.). В результате слуховой травмы человек будет хорошо слышать лишь низкие тона, тогда как способность слышать высокие тона ухудшится. Однако можно защитить слуховой аппарат, используя специальные наушники.