The science of hearing - Douglas L. Oliver

翻訳: Kohgaku Eguchi 校正: Masaki Yanagishita

You hear the gentle lap of waves,

穏やかな潮騒の音

the distant cawing of a seagull.

遠くではカモメが鳴いています

But then an annoying whine interrupts the peace,

しかしその平穏に 不快な音が割り込んできます

getting closer, and closer, and closer.

その音はだんだん近づいてきて・・・

Until...whack!

そして・・・ピシャッ！

You dispatch the offending mosquito, and calm is restored.

迷惑な蚊を撃退し ふたたび平穏が戻ってきます

How did you detect that noise from afar and target its maker with such precision?

どうやって遠くからやって来る雑音に気づき その発生源を正確に標的にしたのでしょうか

The ability to recognize sounds and identify their location

音を認識し その発信源を特定する能力は

is possible thanks to the auditory system.

聴覚系のおかげで可能となっています

That’s comprised of two main parts: the ear and the brain.

聴覚系は主に２つの部分で構成されています 耳と脳です

The ear’s task is to convert sound energy into neural signals;

耳の役割は音のエネルギーを 神経信号に変換することであり

the brain’s is to receive and process the information those signals contain.

脳はその信号に含まれる情報を 受信し処理します

To understand how that works,

聴覚系の仕組みを理解するために

we can follow a sound on its journey into the ear.

音が耳へと入っていく旅を 追いかけてみましょう

The source of a sound creates vibrations

音源は振動を生み出し

that travel as waves of pressure through particles in air,

振動は粒子を通る圧力の波として 空気や

liquids,

液体

or solids.

固体の中を伝わります

But our inner ear, called the cochlea,

一方 蝸牛と呼ばれる内耳器官は

is actually filled with saltwater-like fluids.

塩水のような液体で満たされています

So, the first problem to solve is how to convert those sound waves,

ですので最初の問題は どうやって音の波を

wherever they’re coming from,

どこから伝わって来ても

into waves in the fluid.

液体の波へと変換するかです

The solution is the eardrum, or tympanic membrane,

その解決策は鼓膜と

and the tiny bones of the middle ear.

中耳にある小さな骨たちです

Those convert the large movements of the eardrum

この小さな骨たちは鼓膜の大きな動きを

into pressure waves in the fluid of the cochlea.

蝸牛を満たす液体の圧力の波へと変換します

When sound enters the ear canal,

音が外耳道に入ると

it hits the eardrum and makes it vibrate like the head of a drum.

鼓膜に当たり まるで太鼓の皮のように振動させます

The vibrating eardrum jerks a bone called the hammer,

鼓膜の振動はつち骨という骨を動かし

which hits the anvil and moves the third bone called the stapes.

それがきぬた骨に当たり さらに三番目のあぶみ骨を動かします

Its motion pushes the fluid within the long chambers of the cochlea.

あぶみ骨の動きが 長い蝸牛内の鼓室に 満たされた液体を押します

Once there,

ここで

the sound vibrations have finally been converted into vibrations of a fluid,

音の振動は最終的に液体の振動に変換され

and they travel like a wave from one end of the cochlea to the other.

液体の振動は波のように 蝸牛の端から端まで伝わっていきます

A surface called the basilar membrane runs the length of the cochlea.

蝸牛の中には 基底膜という膜が 端から端まで通っています

It’s lined with hair cells that have specialized components

基底膜に並ぶ有毛細胞は 聴毛という

called stereocilia,

特殊な構造を持ち

which move with the vibrations of the cochlear fluid and the basilar membrane.

蝸牛内の液体と基底膜の振動によって動きます

This movement triggers a signal that travels through the hair cell,

この動きが信号を起こし 信号は有毛細胞から

into the auditory nerve,

聴覚神経へと伝わり

then onward to the brain, which interprets it as a specific sound.

そして脳へと伝わって ある特定の音として解釈されます

When a sound makes the basilar membrane vibrate,

音が基底膜を振動させる時

not every hair cell moves -

全ての有毛細胞が動くわけではありません

only selected ones, depending on the frequency of the sound.

音の周波数に応じた 特定の有毛細胞だけが動くのです

This comes down to some fine engineering.

これは精密な生物学的設計によるものです

At one end, the basilar membrane is stiff,

蝸牛の一端では 基底膜は硬く

vibrating only in response to short wavelength, high-frequency sounds.

短い波長 高い周波数の音にのみ 反応して振動します

The other is more flexible,

もう一方はもっと柔軟で

vibrating only in the presence of longer wavelength, low-frequency sounds.

長い波長 低い周波数の音でのみ振動します

So, the noises made by the seagull and mosquito

ですので カモメや蚊が作る音は

vibrate different locations on the basilar membrane,

基底膜の違う部位を振動させるのです

like playing different keys on a piano.

まるでピアノの違う鍵盤を叩くかのようです

But that’s not all that’s going on.

しかし これだけではありません

The brain still has another important task to fulfill:

脳にはまだ他に重要な役割があります

identifying where a sound is coming from.

すなわち 音がどこから来たかの特定です

For that, it compares the sounds coming into the two ears

脳は空間内の音源を見つけるために

to locate the source in space.

二つの耳に入った音を比較します

A sound from directly in front of you will reach both your ears at the same time.

正面から来た音は 両方の耳に同時に届きます

You’ll also hear it at the same intensity in each ear.

音の大きさも左右で同じでしょう

However, a low-frequency sound coming from one side

しかし 低周波の音が一方から来た場合

will reach the near ear microseconds before the far one.

近い方の耳に遠い方よりも 数マイクロ秒早く届きます

And high-frequency sounds will sound more intense to the near ear

また高周波の音は 近い耳のほうが より大きく聞こえます

because they’re blocked from the far ear by your head.

遠い方の耳に届く音が頭によって 遮られるためです

These strands of information reach special parts of the brainstem

これらの一連の情報が 脳幹の特定の部位に届き

that analyze time and intensity differences between your ears.

左右の耳での時間差と強度差が解析され

They send the results of their analysis up to the auditory cortex.

結果が聴覚皮質へと送られます

Now, the brain has all the information it needs:

こうして脳は必要な全ての情報を得ます

the patterns of activity that tell us what the sound is,

その音の正体を知るための活動パターンと

and information about where it is in space.

音源の位置を知るための情報です

Not everyone has normal hearing.

正常な聴覚を持たない人もいます

Hearing loss is the third most common chronic disease in the world.

難聴は世界で３番目に多い慢性疾患です

Exposure to loud noises and some drugs can kill hair cells,

大きな音に晒されたり 薬によって有毛細胞が死ぬと

preventing signals from traveling from the ear to the brain.

耳から脳へと伝わる情報が遮断されます

Diseases like osteosclerosis freeze the tiny bones in the ear

骨硬化症などの病気は 耳の中の小さな骨たちを固定してしまい

so they no longer vibrate.

振動できなくしてしまいます

And with tinnitus,

そして耳鳴りは

the brain does strange things

脳が異常な状態になり

to make us think there’s a sound when there isn’t one.

音がないのに音があると認識します

But when it does work,

しかし正常なときは

our hearing is an incredible, elegant system.

聴覚は素晴らしいエレガントなシステムです

Our ears enclose a fine-tuned piece of biological machinery

私たちの耳は 微調整された生物機械を納めていて

that converts the cacophony of vibrations in the air around us

周囲のいろいろな振動で生じた騒音を

into precisely tuned electrical impulses

正確に調整された電気パルスへと変換し

that distinguish claps, taps, sighs, and flies.

拍手か 水がポタポタ落ちる音か ため息か それともハエなのかを区別するのです