The science of hearing - Douglas L. Oliver

Переводчик: Mikhail Gurianov Редактор: Ростислав Голод

You hear the gentle lap of waves,

До вас доносится слабый шум прибоя,

the distant cawing of a seagull.

отдалённые крики чайки.

But then an annoying whine interrupts the peace,

Но вдруг умиротворение нарушает противный писк:

getting closer, and closer, and closer.

всё ближе и ближе, и ближе...

Until...whack!

Пока не... хлоп!

You dispatch the offending mosquito, and calm is restored.

Вы избавились от надоедливого комара, и покой восстановлен.

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

Как вы различили этот звук издалека и с точностью определили его источник?

The ability to recognize sounds and identify their location

За способность узнавать звуки и определять нахождение их источника

is possible thanks to the auditory system.

отвечает слуховая сенсорная система.

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

Она состоит из двух основных частей: уха и мозга.

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

Задача уха превращать энергию звука в нервные импульсы,

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

а мозга — получать и обрабатывать информацию, содержащуюся в импульсах.

To understand how that works,

Чтобы понять, как работает эта система,

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

мы проследим за звуком на пути прямо в ухо.

The source of a sound creates vibrations

Источник звука создаёт колебания,

that travel as waves of pressure through particles in air,

которые передаются в виде упругих волн колеблющихся частиц в воздухе,

liquids,

жидкости

or solids.

или твёрдых веществах.

But our inner ear, called the cochlea,

Но часть нашего внутреннего уха, или ушная улитка,

is actually filled with saltwater-like fluids.

заполнена солоноватой жидкостью.

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

Поэтому первая проблема, которую предстоит решить,

wherever they’re coming from,

это как превратить звуковые волны, откуда бы они ни доносились,

into waves in the fluid.

в колебания жидкости.

The solution is the eardrum, or tympanic membrane,

Решается проблема благодаря барабанной перепонке

and the tiny bones of the middle ear.

и тончайшим косточкам среднего уха.

Those convert the large movements of the eardrum

Они превращают большие колебания барабанной перепонки

into pressure waves in the fluid of the cochlea.

в волны жидкости в ушной улитке.

When sound enters the ear canal,

Когда звук входит в слуховой канал, он сталкивается с барабанной перепонкой

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

и заставляет её вибрировать, как мембрану барабана.

The vibrating eardrum jerks a bone called the hammer,

Вибрирующая перепонка даёт толчок косточке под названием молоточек,

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

который ударяет по наковальне и двигает третьей косточкой, стремечком.

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

Её движения надавливают на жидкость в длинных каналах ушной улитки.

Once there,

Попав в улитку,

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

звуковые колебания наконец-то передадутся колебаниям жидкости

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

и затем как волна распространяются в улитке из одного конца в другой.

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

Сквозь всю улитку проходит поверхность базальной мембраны.

It’s lined with hair cells that have specialized components

Она покрыта волосковыми клетками, у которых есть особые нитьевые отростки,

called stereocilia,

называемые стереоцилии,

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

которые двигаются вместе с вибрациями жидкости в улитке и базальной мембраны.

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

От этого движения образуется сигнал, который передаётся через волосковые клетки

into the auditory nerve,

в слуховой нерв и далее — в головной мозг,

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

который интерпретирует поступающие сигналы и выявляет определённый звук.

When a sound makes the basilar membrane vibrate,

Когда от звука вибрирует базальная мембрана,

not every hair cell moves -

двигаются не все волосковые клетки,

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

а только отдельные их группы в зависимости от частоты звука.

This comes down to some fine engineering.

Это можно сравнить с тонкой механикой.

At one end, the basilar membrane is stiff,

С одного конца базальная мембрана жёсткая

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

и вибрирует, только реагируя на коротковолновые высокочастотные звуки.

The other is more flexible,

С другого конца мембрана более гибкая

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

и вибрирует только от длинноволновых низкочастотных звуков.

So, the noises made by the seagull and mosquito

Поэтому звуки, издаваемые чайками или комарами,

vibrate different locations on the basilar membrane,

заставляют вибрировать различные участки базальной мембраны,

like playing different keys on a piano.

это как нажимать различные клавиши на фортепьяно.

But that’s not all that’s going on.

Но это не всё.

The brain still has another important task to fulfill:

Мозгу предстоит выполнить ещё одно важное задание:

identifying where a sound is coming from.

определить, откуда исходит звук.

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

Для этого он сравнивает звуки, приходящие в оба уха,

to locate the source in space.

и локализует источник звука в пространстве.

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

Звук, направленный прямо на вас, достигнет обоих ушей в одно и то же время.

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

Вы также будете слышать его каждым ухом с одинаковой интенсивностью.

However, a low-frequency sound coming from one side

Однако низкочастотный звук, исходящий с одной стороны от вас,

will reach the near ear microseconds before the far one.

достигнет ближнего по отношению к нему уха на микросекунды быстрее, чем второго.

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

А высокочастотные звуки будут слышны с большей интенсивностью ближним ухом,

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

потому что их звучанию для дальнего уха мешает голова.

These strands of information reach special parts of the brainstem

Разрозненные сигналы достигают определённых частей мозгового ствола,

that analyze time and intensity differences between your ears.

где происходит анализ разницы по времени и интенсивности звучания между ушами.

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

Результаты этого анализа поступают в слуховую зону коры головного мозга.

Now, the brain has all the information it needs:

Таким образом у мозга появляется вся необходимая ему информация:

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

карты активности, из которых понятно, что это за звук,

and information about where it is in space.

и данные об источнике звука в пространстве.

Not everyone has normal hearing.

Но нормальным слухом обладают не все люди.

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

Потеря слуха является третьим в мире распространённым хроническим заболеванием.

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

Воздействие сильных шумов и некоторых лекарств повреждают волосковые клетки,

preventing signals from traveling from the ear to the brain.

что не даёт сигналам передаваться из уха в мозг.

Diseases like osteosclerosis freeze the tiny bones in the ear

А в результате таких заболеваний, как остеосклероз, прекращают работать

so they no longer vibrate.

и больше не могут вибрировать крохотные косточки уха.

And with tinnitus,

А при появлении тиннитуса, или звона в ушах,

the brain does strange things

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

мозг вытворяет странные вещи,

заставляя нас поверить, что мы слышим звук, хотя никаких звуков нет.

But when it does work,

Однако при нормальной работе

our hearing is an incredible, elegant system.

слух — это необычная и очень тонко работающая система.

Our ears enclose a fine-tuned piece of biological machinery

Наши уши заключают в себе усовершенствованный биологический прибор,

that converts the cacophony of vibrations in the air around us

превращающий какофонию окружающих нас воздушных колебаний

into precisely tuned electrical impulses

в электрические импульсы точнейшей настройки,

that distinguish claps, taps, sighs, and flies.

что позволяет различать хлопки, стук, вздохи и жужжание мухи.