Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Азимов Айзек

Можно даже сделать вполне вероятное предположение, что именно развитие речи сделало человекоподобное существо человеком. Действительно, только после этого стало возможным распространять среди членов племени знания и опыт, накапливать их и передавать следующим поколениям. Ни один человек, как бы талантлив он ни был, не в состоянии самостоятельно, в одиночку, создать культуру «из ничего». Это под силу только большому социальному организму, сообществу людей, их, если можно так выразиться, коллективному организму, растущему во времени и пространстве.

Орган слуха у человека достаточно сложен по своему строению для того, чтобы анализировать звуки речи, и, таким образом, играет исключительно важную роль в нашем праве называться людьми. Способность слышать и понимать речь зависит от способности преобразовывать звуковые волны в нервные импульсы. Звуковые волны порождаются механическими колебаниями, которые приводят к периодическому смещению атомов или молекул звукопроводящей среды.

Представьте себе камертон, ножки которого с большой частотой быстро колеблются слева направо и справа налево. Когда ножка идет влево, она сжимает расположенные слева от нее молекулы воздуха, создавая в нем небольшой участок повышенного давления. Упругость воздуха заставляет молекулы снова расходиться друг от друга, и при этом в соседних участках создается новый участок повышенного давления. Молекулы снова расходятся, и в новом участке, уже несколько удаленном от камертона, опять создается участок повышенного давления.

Пока в воздухе происходят описанные явления, ножка камертона идет вправо. Это приводит к тому, что в том месте, где только что был участок повышенного давления, происходит разрежение, то есть молекулы воздуха расходятся. Образуется область пониженного давления. Для того чтобы заполнить образовавшуюся пустоту, из соседних участков в область пониженного давления (разрежения) устремляются молекулы воздуха из близлежащих участков, при этом создается новый участок пониженного давления, который начинает распространяться от камертона в окружающее пространство.

Поскольку колеблющаяся ножка камертона ритмично движется то слева направо, то справа налево, постольку в окружающее камертон пространство излучаются последовательные области повышенного и пониженного давления. При этом сами молекулы воздуха не движутся вместе с волнами давления. Они просто смещаются влево и вправо на небольшое расстояние. Движутся в пространстве области высокого и низкого давления, то есть области сжатиям разрежения воздуха. Так как движение этих участков осуществляется в правильном ритме, они получили наименование «волны». Поскольку образование их сопровождается порождением звука, то их и назвали звуковыми волнами.

Скорость распространения волн зависит от упругости среды, по которой распространяется звук. Упругость характеризуется быстротой, с какой молекула возвращается в исходное положение после смещения. В воздухе, при температуре замерзания воды, скорость распространения звуковой волны равна 1090 футам в секунду или 745 милям в час. В других средах, например в воде или в стали, упругость которых превосходит упругость воздуха, скорость распространения звуковых волн, соответственно, выше. Следовательно, через вакуум, в котором отсутствуют атомы и молекулы, звуковая волна пройти не может.

Длиной волны называется расстояние между соседними участками максимального повышения давления (или, что то же самое, между соседними участками максимального разрежения). Частотой называется количество волн, которое источник звука генерирует в течение одной секунды. Например, ножка камертона, который генерирует тон, соответствующий ноте си, колеблется с частотой 264 раза в секунду. Каждую секунду возникает 264 участка высокого давления, за которыми следуют участки низкого давления. Таким образом, частота равняется 264 циклам в секунду. За эту секунду звук (при температуре замерзания воды) прошел расстояние 1090 футов. Если в это расстояние укладываются 264 области высокого давления, то расстояние между двумя такими соседними участками равно 1090 футам, деленным на 264. Следовательно, длина волны тона, соответствующего ноте си, равна 4,13 фута.

НАРУЖНОЕ И СРЕДНЕЕ УХО

Как можно убедиться, в преобразовании звуковых волн в электрические импульсы нет ничего таинственного. Согласно одной из точек зрения, слух — это не что иное, как развитое до совершенства чувство давления. Звуковые волны с определенной периодичностью оказывают давление на предметы, с которыми встречаются на пути своего распространения. Это давление очень мало в обычных условиях, и единичная область повышенного звукового давления не может оказать ощутимого воздействия на орган слуха, не говоря уже о прочих частях тела. Нервный импульс действительно возникает не вследствие приложенного давления, а вследствие повторения этих воздействий с определенной периодичностью. Вот эта повторяемость, создающая неповторимый индивидуальный рисунок звука, и порождает нервные импульсы. Рыба слышит с помощью специальных сенсорных клеток, которые приспособлены специально к тому, чтобы воспринимать подобные изменения давления. Эти воспринимающие звук клетки находятся на продольно расположенных линиях, идущих по обоим бокам тела рыбы. Эти образования называются боковыми линиями.

Выход позвоночных животных на сушу породил новые проблемы, связанные с восприятием звука. Воздух — намного более разреженная среда, чем вода, и быстрые периодические изменения давления в воздухе, то есть звуковые волны, обладают намного меньшей энергией, чем аналогичные волны в воде. По этой причине наземным позвоночным пришлось выработать более чувствительные звуковые рецепторы, чем боковая линия рыб.

Парный орган, претерпевший необходимые изменения, расположен в полостях височных костей по обе стороны черепа. Эти полости называются преддвериями. По-латыни преддверие называется vestibulum.У примитивных позвоночных преддверие содержит два наполненных жидкостью мешочка, соединенных между собой тонким протоком. Это — сферический и эллиптический мешочки. У всех позвоночных выше рыб эти маленькие органы образуют орган, управляющий ориентацией в пространстве, то есть их функцию можно назвать вестибулярным чувством. Эллиптический мешочек и его отростки продолжают отвечать за вестибулярное чувство у всех высших позвоночных, включая человека, и я опишу устройство вестибулярного аппарата далее в этой главе.

У наземных позвоночных из сферического мешочка тоже развился специализированный отросток. В нем содержатся рецепторы, воспринимающие звуки с большей чувствительностью, чем боковая линия рыб. Осталось лишь разработать механизм передачи звуковых волн из воздуха к новому воспринимающему звук органу преддверия. Для этой цели мудрая природа использовала жесткую структуру жабер, которые с выходом на сушу стали ненужными в своем первозданном виде. Например, первая жаберная пластинка превратилась в тонкую перепонку, которая могла колебаться в такт с маломощными звуковыми колебаниями воздуха. Другая жаберная пластинка стала маленькой костью между перепонкой и рецептором звука, став, таким образом, передатчиком звука.

У млекопитающих произошло дальнейшее усовершенствование органа. Нижняя челюсть млекопитающих устроена проще, чем у пресмыкающихся, но функционирует более надежно и эффективно. Она состоит из одной кости, а не из нескольких, как у рептилий. Те кости, которые стали ненужными, не исчезли. Некоторые из них были, в измененном виде, присоединены к расположенному поблизости механизму восприятия звука. Для того чтобы убедиться в этом, пощупайте заднюю часть своей нижней челюсти. Она действительно находится в непосредственной близости от уха. В результате у млекопитающих перепонка соединена с органом восприятия звука тремя костями, а не одной, как у других наземных позвоночных, таких, как птицы и пресмыкающиеся. Такое трехкомпонентное устройство позволяет с большей эффективностью концентрировать и усиливать энергию звуковых колебаний.