The beautiful, mysterious science of how you hear | Jim Hudspeth

109,002 views ・ 2020-04-15

TED


Pro přehrání videa dvakrát klikněte na anglické titulky níže.

00:00
Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez
0
0
7000
Překladatel: Joseph Geni Korektor: Vladimír Harašta
Slyšíte mě dobře?
Publikum: Ano.
Jim Hudspeth: Fajn. Pokud mě slyšíte, je to skvělé,
protože můj hlas mění tlak vzduchu tam, kde sedíte,
00:15
Can you hear me OK?
1
15219
1160
00:16
Audience: Yes.
2
16403
1166
jen o několik miliardtin hladiny atmosférického tlaku,
00:17
Jim Hudspeth: OK. Well, if you can, it's really amazing,
3
17935
2659
a přesto je pro nás samozřejmé,
00:20
because my voice is changing the air pressure where you sit
4
20618
4150
že jsou naše uši schopny takový nepatrný podnět zachytit
00:24
by just a few billionths of the atmospheric level,
5
24792
3281
a použít jej k tomu, aby do mozku vyslal celou škálu zvukových vjemů:
00:28
yet we take it for granted
6
28097
1535
00:29
that your ears can capture that infinitesimal signal
7
29656
3375
lidský hlas, hudbu, zvuky přírody.
00:33
and use it to signal to the brain the full range of auditory experiences:
8
33055
4500
Jak to naše uši dělají?
Odpověď zní, že to dělají pomocí buněk,
00:37
the human voice, music, the natural world.
9
37579
3870
jež jsou skutečnými hrdiny této přednášky –
pomocí ušních smyslových receptorů,
00:42
How does your ear do that?
10
42349
1656
které se nazývají „vláskové buňky“.
00:44
And the answer to that is:
11
44029
1758
00:45
through the cells that are the real hero of this presentation --
12
45811
3501
Tyto vláskové buňky jsou nešťastně pojmenované,
00:49
the ear's sensory receptors,
13
49336
2197
protože nemají vůbec nic společného s vlasy,
00:51
which are called "hair cells."
14
51557
2085
kterých mám stále méně a méně.
00:53
Now, these hair cells are unfortunately named,
15
53987
3665
Tyto buňky takto původně pojmenovali
00:57
because they have nothing at all to do with the kind of hair
16
57676
2849
první uživatelé mikroskopů, kteří zaznamenali,
že z jednoho konce těchto buněk vychází malý shluk štětin.
01:00
of which I have less and less.
17
60549
1677
01:02
These cells were originally named that by early microscopists,
18
62250
4947
Díky moderní elektronové mikroskopii nyní mnohem lépe vidíme,
01:07
who noticed that emanating from one end of the cell
19
67221
3400
jaká zvláštní vlastnost dává vláskové buňce její jméno.
01:10
was a little cluster of bristles.
20
70645
2215
Jsou to svazky vlásků.
01:13
With modern electron microscopy, we can see much better
21
73227
3447
Jde o shluk dvaceti až několika set jemných válcovitých tyčinek,
01:16
the nature of the special feature that gives the hair cell its name.
22
76698
3814
01:20
That's the hair bundle.
23
80536
1624
které stojí vzpřímeně v horní části buňky.
01:22
It's this cluster of 20 to several hundred fine cylindrical rods
24
82184
6344
A právě tento aparát zodpovídá za to, že mě právě teď slyšíte.
01:28
that stand upright at the top end of the cell.
25
88552
2883
Musím říct, že jsem se do nich trochu zamiloval.
01:31
And this apparatus is what is responsible for your hearing me right this instant.
26
91874
5678
V jejich společnosti jsem strávil 45 let –
(smích)
a to částečně proto, že jsou vážně krásné.
01:38
Now, I must say that I am somewhat in love with these cells.
27
98283
3103
Je na nich opravdu něco krásného.
01:41
I've spent 45 years in their company --
28
101410
2992
Zde jsou například buňky,
díky nimž slyší obyčejné kuře.
01:44
(Laughter)
29
104426
1018
01:45
and part of the reason is that they're really beautiful.
30
105468
2625
Toto jsou buňky, které netopýrům umožňují echolokaci.
01:48
There's an aesthetic component to it.
31
108117
1934
01:50
Here, for example, are the cells
32
110075
2089
Tyto velké vláskové buňky žab používáme pro mnohé naše pokusy.
01:52
with which an ordinary chicken conducts its hearing.
33
112188
3229
01:55
These are the cells that a bat uses for its sonar.
34
115441
3169
Vláskové buňky najdete i u těch nejprimitivnějších ryb
01:59
We use these large hair cells from a frog for many of our experiments.
35
119142
4455
a u plazů mají tyto buňky často opravdu krásné,
téměř krystalické uspořádání.
02:03
Hair cells are found all the way down to the most primitive of fishes,
36
123621
4095
Ale vedle vší té krásy
je svazek vlásků především anténou.
02:07
and those of reptiles often have this really beautiful,
37
127740
3404
Je to ústrojí, které zvukové vibrace převádí na elektrické odezvy,
02:11
almost crystalline, order.
38
131168
1868
02:13
But above and beyond its beauty,
39
133468
1941
02:15
the hair bundle is an antenna.
40
135433
2738
jež pak může mozek interpretovat.
02:18
It's a machine for converting sound vibrations into electrical responses
41
138195
5719
Na vrcholku každého svazku vlásků, jak můžete vidět na tomto obrázku,
je jemné vlákno, které všechny tyto drobné vlásky spojuje,
02:23
that the brain can then interpret.
42
143938
1824
to je stereocilie.
02:26
At the top of each hair bundle, as you can see in this image,
43
146707
3316
Zde je označena malým červeným trojúhelníkem.
A toto vlákno má u své základny pár iontových kanálů,
02:30
there's a fine filament connecting each of the little hairs,
44
150047
3414
02:33
the stereocilia.
45
153485
1676
což jsou proteiny, které překlenují membránu.
02:35
It's here marked with a little red triangle.
46
155185
2831
A takhle to funguje.
02:38
And this filament has at its base a couple of ion channels,
47
158040
3759
Tato past na krysy představuje iontový kanál.
02:41
which are proteins that span the membrane.
48
161823
2688
Má pór, kterým procházejí ionty draslíku a vápníku.
02:44
And here's how it works.
49
164535
1359
Má malou molekulární bránu, jež může být otevřená nebo zavřená.
02:47
This rat trap represents an ion channel.
50
167053
3347
02:50
It has a pore that passes potassium ions and calcium ions.
51
170424
3986
A ten stav je dán tímto elastickým pásem, který představuje ono proteinové vlákno.
02:54
It has a little molecular gate that can be open, or it can be closed.
52
174434
4413
Představte si, že tato paže je jednou stereocilií
02:58
And its status is set by this elastic band which represents that protein filament.
53
178871
5529
a tato paže představuje sousední, kratší stereocilii
a mezi nimi je elastický pás.
03:05
Now, imagine that this arm represents one stereocilium
54
185242
3875
Když na svazek vlásků narazí zvuková energie,
03:09
and this arm represents the adjacent, shorter one
55
189141
3082
stlačí jej směrem k vyššímu okraji.
03:12
with the elastic band between them.
56
192247
2299
Posun stereocilií ve spoji vytvoří napětí,
03:14
When sound energy impinges upon the hair bundle,
57
194570
3086
až se kanál otevře a ionty vstoupí do buňky.
03:17
it pushes it in the direction towards its taller edge.
58
197680
3159
Když je svazek vlásků zatlačený opačným směrem,
03:20
The sliding of the stereocilia puts tension in the link
59
200863
2798
kanál se uzavře.
A co je nejdůležitější,
03:23
until the channels open and ions rush into the cell.
60
203685
3067
pohyb svazku vlásků tam a zpět,
jak vyplývá z aplikace akustických vln,
03:27
When the hair bundle is pushed in the opposite direction,
61
207255
2707
03:29
the channels close.
62
209986
1410
03:31
And, most importantly,
63
211420
1427
střídavě otvírá a uzavírá kanál
03:32
a back-and-forth motion of the hair bundle,
64
212871
2297
a každé otevření vpustí do buňky miliony a miliony iontů.
03:35
as ensues during the application of acoustic waves,
65
215192
4593
Tyto ionty představují elektrický proud,
03:39
alternately opens and closes the channel,
66
219809
2521
který stimuluje buňku.
03:42
and each opening admits millions and millions of ions into the cell.
67
222354
4193
Vzruch je veden nervovým vláknem
a odtud se dostane do mozku.
03:47
Those ions constitute an electrical current
68
227128
2496
Všimněte si, že intenzita zvuku
03:49
that excites the cell.
69
229648
1481
odpovídá míře této reakce.
03:51
The excitation is passed to a nerve fiber,
70
231453
2428
03:53
and then propagates into the brain.
71
233905
2195
Hlasitější zvuk zatlačí na svazek vlásků více,
otevře kanál na delší dobu,
03:57
Notice that the intensity of the sound
72
237084
2008
vpustí tak dovnitř více iontů
03:59
is represented by the magnitude of this response.
73
239116
2721
a způsobí tím větší reakci.
04:01
A louder sound pushes the hair bundle farther,
74
241861
2883
04:04
opens the channel longer,
75
244768
1483
Výhodou tohoto způsobu je vysoká rychlost.
04:06
lets more ions in
76
246275
1505
04:07
and gives rise to a bigger response.
77
247804
2576
Některé naše smysly, například zrak,
využívají chemických reakcí, což zabere více času.
04:12
Now, this mode of operation has the advantage of great speed.
78
252944
3767
Důsledkem toho je,
že pokud vám během jedné sekundy ukážu sérii 20 až 30 snímků,
04:16
Some of our senses, such as vision,
79
256735
2494
04:19
use chemical reactions that take time.
80
259253
2765
získáte pocit souvislého obrazu.
04:22
And as a consequence of that,
81
262042
1410
Protože nepoužívají chemické reakce,
04:23
if I show you a series of pictures at intervals of 20 or 30 per second,
82
263476
4330
jsou vláskové buňky dokonce tisíckrát rychlejší než naše ostatní smysly.
04:27
you get the sense of a continuous image.
83
267830
2387
Slyšíme zvuky o frekvencích až 20 000 kmitů za sekundu
04:30
Because it doesn't use reactions,
84
270714
2070
04:32
the hair cell is fully 1,000 times faster than our other senses.
85
272808
4363
a uši některých zvířat jsou ještě rychlejší.
Například uši netopýrů a velryb reagují na jejich sonarové pulsy
04:37
We can hear sounds at frequencies as great as 20,000 cycles per second,
86
277195
4899
rychlostí 150 000 kmitů za sekundu.
04:42
and some animals have ever faster ears.
87
282118
2561
04:44
The ears of bats and whales, for example, can respond to their sonar pulses
88
284703
4802
Ale rychlost tak úplně nevysvětluje, proč si uši vedou tak dobře.
04:49
at 150,000 cycles a second.
89
289529
3352
A vychází najevo, že náš sluch těží ze zesílení,
04:53
But this speed doesn't entirely explain why the ear performs so well.
90
293905
5583
z něčeho, čemu říkáme „aktivní proces“.
Aktivní proces zlepšuje náš sluch
04:59
And it turns out that our hearing benefits from an amplifier,
91
299512
4300
a umožňuje všechny ty podivuhodnosti, které jsem dosud zmínil.
05:03
something called the "active process."
92
303836
2263
Povím vám, jak to funguje.
05:07
The active process enhances our hearing
93
307004
2929
05:09
and makes possible all the remarkable features that I've already mentioned.
94
309957
4037
Aktivní proces především zesiluje zvuk,
takže hraničně slyšíte zvuky,
05:15
Let me tell you how it works.
95
315034
1679
které těmi svazy vlásků pohnou jen asi o tři desetiny nanometru.
05:17
First of all, the active process amplifies sound,
96
317658
3584
To je průměr molekuly vody.
05:21
so you can hear, at threshold, sounds that move the hair bundle
97
321266
5039
To je opravdu udivující.
Systém může také pracovat
05:26
by a distance of only about three-tenths of a nanometer.
98
326329
2694
05:29
That's the diameter of one water molecule.
99
329047
2529
v nesmírně širokém dynamickém rozsahu.
05:31
It's really astonishing.
100
331600
1380
05:33
The system can also operate
101
333883
4183
Proč toto zesílení potřebujeme?
Zesílení bylo v dávných dobách užitečné,
05:38
over an enormously wide dynamic range.
102
338090
3020
protože pro nás bylo přínosné slyšet tygra dříve, než slyšel on nás.
05:41
Why do we need this amplification?
103
341927
1934
05:43
The amplification, in ancient times, was useful
104
343885
3114
A v současnosti je to nezbytné jako vzdálený systém včasného varování.
05:47
because it was valuable for us to hear the tiger before the tiger could hear us.
105
347023
4906
Je užitečné mít možnost slyšet požární poplach
05:51
And these days, it's essential as a distant early warning system.
106
351953
4992
nebo dnešní hrozby, jako třeba uhánějící hasičské nebo policejní vozy a podobně.
05:56
It's valuable to be able to hear fire alarms
107
356969
2863
Pokud zesílení selže, pak citlivost našeho sluchu poklesne
05:59
or contemporary dangerous such as speeding fire engines or police cars or the like.
108
359856
5916
a možná budeme potřebovat elektronické naslouchátko,
06:06
When the amplification fails, our hearing's sensitivity plummets,
109
366542
5364
které nahradí to poškozené biologické.
06:11
and an individual may then need an electronic hearing aid
110
371930
4291
Tento aktivní proces také zvyšuje naši frekvenční selektivitu.
Dokonce i nezkušený jedinec dokáže rozlišit dva tóny,
06:16
to supplant the damaged biological one.
111
376245
2713
které se liší jen o dvě desetiny procenta,
06:19
This active process also enhances our frequency selectivity.
112
379559
4062
což je jedna třicetina rozdílu mezi dvěma klavírními tóny,
06:24
Even an untrained individual can distinguish two tones
113
384022
3249
a školený hudebník to dokáže ještě lépe.
06:27
that differ by only two-tenths of a percent,
114
387295
2793
Toto jemné rozlišování je užitečné
06:30
which is one-thirtieth of the difference between two piano notes,
115
390112
4293
pro naši schopnost rozpoznávat různé hlasy
a porozumět nuancím v řeči.
06:34
and a trained musician can do even better.
116
394429
2338
A opět platí, že pokud se aktivní proces zhorší,
06:37
This fine discrimination is useful
117
397270
2312
06:39
in our ability to distinguish different voices
118
399606
2530
je pro nás verbální komunikace obtížnější.
06:42
and to understand the nuances of speech.
119
402160
2615
A konečně je aktivní proces cenný
06:44
And, again, if the active process deteriorates,
120
404799
2883
při nastavování velmi širokého rozsahu intenzity zvuku, který naše uši snesou,
06:47
it becomes harder to carry out verbal communication.
121
407706
2860
od nejslabšího zvuku, který jsme schopni slyšet, jako je upuštěné pero,
06:51
Finally, the active process is valuable in setting the very broad range
122
411423
4377
až po nejhlasitější zvuky, jež dokážeme snést –
06:55
of sound intensities that our ears can tolerate,
123
415824
3426
třeba sbíječku či tryskové letadlo.
06:59
from the very faintest sound that you can hear, such as a dropped pen,
124
419274
3799
Amplituda zvuků se zvětší milionkrát,
07:03
to the loudest sound that you can stand --
125
423097
2215
což je více, než kolik obsáhne jakýkoli jiný smysl
07:05
say, a jackhammer or a jet plane.
126
425336
2367
07:07
The amplitude of sounds spans a range of one millionfold,
127
427727
5083
nebo jakékoli mně známé člověkem zhotovené zařízení.
A opět, pokud se tento systém pokazí,
07:12
which is more than is encompassed by any other sense
128
432834
2669
pro postiženého jedince může být obtížné
07:15
or by any man-made device of which I'm aware.
129
435527
2800
slyšet nejslabší zvuky
nebo snášet ty nejhlasitější.
07:18
And again, if this system deteriorates,
130
438831
2554
07:21
an affected individual may have a hard time
131
441409
2742
Abychom pochopili, jak vlásková buňka funguje,
07:24
hearing the very faintest sounds
132
444175
1848
musíme ji lokalizovat v jejím prostředí uvnitř ucha.
07:26
or tolerating the very loudest ones.
133
446047
3179
Ve škole se učíme,
že orgánem sluchu je stočená cochlea neboli hlemýžď.
07:30
Now, to understand how the hair cell does its thing,
134
450122
2691
07:32
one has to situate it within its environment within the ear.
135
452837
3478
Je to orgán velikosti zrnka cizrny.
Je uložen v kosti po obou stranách lebky.
07:36
We learn in school that the organ of hearing
136
456792
2352
07:39
is the coiled, snail-shaped cochlea.
137
459168
2752
Také se učíme,
07:41
It's an organ about the size of a chickpea.
138
461944
2327
že optický hranol dokáže rozdělit bílé světlo na základní frekvence,
07:44
It's embedded in the bone on either side of the skull.
139
464295
3284
které pak vidíme jako odlišné barvy.
07:48
We also learn that an optical prism
140
468211
2826
Analogicky působí hlemýžď jako druh akustického hranolu,
07:51
can separate white light into its constituent frequencies,
141
471061
4121
který rozděluje složité zvuky na jejich jednotlivé frekvence.
07:55
which we see as distinct colors.
142
475206
2438
07:58
In an analogous way,
143
478129
1671
07:59
the cochlea acts as sort of an acoustic prism
144
479824
3441
Takže když se rozezní klavír,
různé tóny se spojují do akordů.
08:03
that splits apart complex sounds into their component frequencies.
145
483289
4377
Hlemýžď to dělá obráceně.
Odděluje je a reprezentuje každý tón samostatně.
08:08
So when a piano is sounded,
146
488139
2074
08:10
different notes blend together into a chord.
147
490237
3236
Na tomto obrázku vidíte, kde jsou tři tóny –
08:13
The cochlea undoes that process.
148
493497
1850
jednočárkované C a dva krajní klavírní tóny –
08:15
It separates them and represents each at a different position.
149
495371
3568
reprezentovány v hlemýždi.
Nejnižší frekvence putují až na vrchol hlemýždě.
08:19
In this picture, you can see where three notes --
150
499282
2322
08:21
middle C and the two extreme notes on a piano --
151
501628
2815
Nejvyšší frekvence, až do 20 000 Hz,
08:24
are represented in the cochlea.
152
504467
1746
se dostávají do spodní části hlemýždě
08:26
The lowest frequencies go all the way up to the top of the cochlea.
153
506610
3840
a všechny ostatní frekvence jsou reprezentovány někde mezi nimi.
08:30
The highest frequencies, down to 20,000 Hz,
154
510474
2831
A jak ukazuje tento diagram,
08:33
go all the way to the bottom of the cochlea,
155
513329
2539
po sobě jdoucí hudební tóny
08:35
and every other frequency is represented somewhere in between.
156
515892
3834
jsou na povrchu hlemýždě reprezentovány
několik desítek vláskových buněk od sebe.
08:40
And, as this diagram shows,
157
520171
1806
Tato separace frekvencí
08:42
successive musical tones are represented a few tens of hair cells apart
158
522001
4950
je skutečně klíčová pro naši schopnost identifikovat různé zvuky,
08:46
along the cochlear surface.
159
526975
1852
protože každý hudební nástroj a každý hlas
08:49
Now, this separation of frequencies
160
529442
1877
vydává odlišné uspořádání tónů.
08:51
is really key in our ability to identify different sounds,
161
531343
3796
Hlemýžď tyto frekvence odděluje
08:55
because very musical instrument,
162
535163
1611
a 16 000 vláskových buněk pak dává mozku vědět,
08:56
every voice,
163
536798
1217
08:58
emits a distinct constellation of tones.
164
538039
3074
jak moc je která frekvence zastoupena.
09:01
The cochlea separates those frequencies,
165
541523
2702
Mozek pak může porovnat všechny nervové signály
09:04
and the 16,000 hair cells then report to the brain
166
544249
3782
a rozhodnout, jaký konkrétní tón jsme slyšeli.
09:08
how much of each frequency is present.
167
548055
1810
Ale to ještě nevysvětluje vše, co jsem chtěl vysvětlit.
09:10
The brain can then compare all the nerve signals
168
550213
3007
09:13
and decide what particular tone is being heard.
169
553244
3173
Kde je to kouzlo?
Už jsem vám řekl o těch úžasných věcech, které umí dělat vláskové buňky.
09:17
But this doesn't explain everything that I want to explain.
170
557623
4189
Jak to provádí aktivní proces
09:21
Where's the magic?
171
561836
1153
a jak dělá všechny ty podivuhodnosti, které jsem zmínil na začátku?
09:23
I told you already about the great things that the hair cell can do.
172
563013
3894
Odpověď je v nestálosti.
09:27
How does it carry out the active process
173
567463
2407
Dříve jsme mysleli, že svazek vlásků je pasivní,
09:29
and do all the remarkable features that I mentioned at the outset?
174
569894
3669
že pokud není stimulován, jen si tam tak sedí.
09:33
The answer is instability.
175
573587
1999
Ale ve skutečnosti je to aktivní zařízení.
09:36
We used to think that the hair bundle was a passive object,
176
576046
3134
Neustále využívá vnitřní energii k provádění mechanické práce
09:39
it just sat there, except when it was stimulated.
177
579204
3281
a ke zlepšení našeho sluchu.
Takže i v klidu a při absenci jakéhokoli stimulu
09:42
But in fact, it's an active machine.
178
582509
2220
09:44
It's constantly using internal energy to do mechanical work
179
584753
3741
se aktivní svazek vlásků neustále chvěje.
Neustále sebou trhá tam a zpět.
09:48
and enhance our hearing.
180
588518
1739
Ale když na něj zapůsobí třeba jen slabý zvuk,
09:50
So even at rest, in the absence of any input,
181
590281
3331
zareaguje na něj,
09:53
an active hair bundle is constantly trembling.
182
593636
2237
začne se v souladu s ním úhledně pohybovat
09:55
It's constantly twitching back and forth.
183
595897
2224
a tímto způsobem zesílí signál asi tisíckrát.
09:58
But when even a weak sound is applied to it,
184
598145
2419
10:00
it latches on to that sound and begins to move very neatly
185
600588
3137
Stejná nestálost také zvyšuje naši frekvenční selektivitu,
10:03
in a one-to-one way with it,
186
603749
1593
10:05
and by so doing, it amplifies the signal about a thousand times.
187
605366
4455
protože daná vlásková buňka má tendenci kmitat nejlépe při frekvenci,
10:10
This same instability also enhances our frequency selectivity,
188
610984
4756
při které se běžně chvěje,
když není stimulována.
10:15
for a given hair cell tends to oscillate best
189
615764
2717
Toto zařízení nám tedy zajišťuje nejen pozoruhodně bystrý sluch,
10:18
at the frequency at which it normally trembles
190
618505
2850
10:21
when it's not being stimulated.
191
621379
1885
ale také velmi přesné ladění.
10:25
So, this apparatus not only gives us our remarkably acute hearing,
192
625216
5382
Chci vám teď krátce ukázat něco,
10:30
but also gives us the very sharp tuning.
193
630622
2787
co s tím souvisí.
Požádám ty, kteří se tu starají o zvukový systém,
aby zvýšili jeho citlivost na jednu konkrétní frekvenci.
10:37
I want to offer you a short demonstration
194
637139
2550
10:39
of something related to this.
195
639713
1719
Stejně jako je vlásková buňka naladěna na jednu frekvenci,
10:41
I'll ask the people who are running the sound system
196
641456
3057
ono zesílení nyní zvýší určitou frekvenci v mém hlasu.
10:44
to turn up its sensitivity at one specific frequency.
197
644537
3550
Všimněte si, jak konkrétní tóny vystupují oproti pozadí jasněji.
10:48
So just as a hair cell is tuned to one frequency,
198
648111
3620
10:51
the amplifier will now enhance a particular frequency in my voice.
199
651755
4661
A přesně to samé dělají i vláskové buňky.
10:56
Notice how specific tones emerge more clearly from the background.
200
656440
5034
Každá vlásková buňka zesiluje a vykazuje určitou frekvenci
a ignoruje ty ostatní.
11:02
This is exactly what hair cells do.
201
662157
2660
A všechny vláskové buňky jako celek pak mohou dát mozku přesně vědět,
11:04
Each hair cell amplifies and reports one specific frequency
202
664841
4608
jaké frekvence jsou v daném zvuku přítomny,
11:09
and ignores all the others.
203
669473
1887
a mozek může určit, jakou melodii slyšíme
11:11
And the whole set of hair cells, as a group, can then report to the brain
204
671384
4079
nebo jaká slova vyslovujeme.
11:15
exactly what frequencies are present in a given sound,
205
675487
3057
Takové zesílení, jaké má systém ozvučení,
11:18
and the brain can determine what melody is being heard
206
678568
2727
může rovněž působit problémy.
11:21
or what speech is being intended.
207
681319
2479
Pokud je zesílení příliš silné,
stane se nestabilním a začne kvílet
11:25
Now, an amplifier such as the public address system
208
685775
3361
nebo vydávat zvuky.
A člověk by rád věděl, proč aktivní proces nedělá totéž.
11:29
can also cause problems.
209
689160
1891
11:31
If the amplification is turned up too far,
210
691075
2238
Proč naše uši nevydávají zvuky?
11:33
it goes unstable and begins to howl
211
693337
2479
A odpověď je, že je vydávají.
11:35
or emit sounds.
212
695840
1306
11:37
And one wonders why the active process doesn't do the same thing.
213
697170
3183
V přiměřeně tichém prostředí bude 70 procentům normálních lidí
11:40
Why don't our ears beam out sounds?
214
700377
2601
vycházet z uší jeden nebo více zvuků.
11:43
And the answer is that they do.
215
703396
1823
11:45
In a suitably quiet environment, 70 percent of normal people
216
705577
4419
(smích)
Dám vám k tomu příklad.
11:50
will have one or more sounds coming out of their ears.
217
710020
3463
Uslyšíte dvojí vysílání o vysokých frekvencích,
11:54
(Laughter)
218
714008
1350
které vydává normální lidské ucho.
11:55
I'll give you an example of this.
219
715382
2014
Možná také rozeznáte šum na pozadí,
11:59
You will hear two emissions at high frequencies
220
719811
3184
třeba pískání v mikrofonu,
bublání v břiše, tlukot srdce, šustění oblečení.
12:03
coming from a normal human ear.
221
723019
1774
12:04
You may also be able to discern background noise,
222
724817
2899
(hukot, pískání v mikrofonu, tlumené ťukání, šustění oblečení)
12:07
like the microphone's hiss,
223
727740
1362
12:09
the gurgling of a stomach, the heartbeat, the rustling of clothes.
224
729126
3800
12:14
(Hums, microphone hiss, dampened taps, clothes rustling)
225
734951
6925
To je typické.
Většina uší vydává jen pár tónů,
ale některé jich vydávají až 30.
Každé ucho je jedinečné, mé pravé ucho se liší od levého,
12:29
This is typical.
226
749941
1152
mé ucho se liší od vašeho,
12:31
Most ears emit just a handful of tones,
227
751117
1912
ale pokud není poškozené,
12:33
but some can emit as many as 30.
228
753053
2192
stále vydává stejné spektrum frekvencí
12:35
Every ear is unique, so my right ear is different from my left,
229
755634
3282
po celé roky nebo dokonce desetiletí.
12:38
my ear is different from your ear,
230
758940
2038
Takže co se to děje?
12:41
but unless an ear is damaged,
231
761002
1448
12:42
it continues to emit the same spectrum of frequencies
232
762474
3536
Ukazuje se, že ucho dokáže ovládat svou citlivost,
12:46
over a period of years or even decades.
233
766034
2488
své zesilování.
12:49
So what's going on?
234
769031
1748
Takže pokud jste ve velmi hlučném prostředí,
12:50
It turns out that the ear can control its own sensitivity,
235
770803
5092
třeba na sportovním utkání nebo v koncertní síni,
nepotřebujete žádné zesílení
12:55
its own amplification.
236
775919
1740
a celý systém se zcela vypne.
12:57
So if you're in a very loud environment, like a sporting event
237
777683
3280
Pokud jste v místnosti, jako je tento sál,
13:00
or a musical concert,
238
780987
1689
možná k nějakému zesilování dochází,
13:02
you don't need any amplification,
239
782700
1772
ale většinu práce za vás samozřejmě udělá systém ozvučení.
13:04
and the system is turned down all the way.
240
784496
2190
A pokud jste ve velmi tiché místnosti,
13:07
If you are in a room like this auditorium,
241
787177
2225
13:09
you might have a little bit of amplification,
242
789426
2143
kde je slyšet i pád špendlíku,
systém se zapne téměř na maximum.
13:11
but of course the public address system does most of the work for you.
243
791593
3616
Pokud jste ale v extrémně tiché místnosti, třeba ve zvukové komoře,
13:15
And finally, if you go into a really quiet room
244
795233
2250
systém přesáhne své maximum,
13:17
where you can hear a pin drop,
245
797507
1455
13:18
the system is turned up almost all the way.
246
798986
2416
stane se nestabilním a začne vydávat zvuky.
13:21
But if you go into an ultraquiet room such as a sound chamber,
247
801839
3488
A tato vysílání představují opravdu působivou ukázku toho,
13:25
the system turns itself up to 11,
248
805351
2407
jak aktivní mohou být vláskové buňky.
13:27
it goes unstable
249
807782
1381
13:29
and it begins to emit sound.
250
809187
2309
V poslední minutě se chci zaobírat další otázkou, která by mohla přijít,
13:31
And these emissions constitute a really strong demonstration
251
811520
3196
13:34
of just how active the hair cell can be.
252
814740
3055
a to: Co bude následovat?
A řekl bych, že jsou tu tři otázky,
13:39
So in the last minute, I want to turn to another question that might come up,
253
819141
4536
na které bych se v budoucnu rád zaměřil.
První je: Co je to za molekulární pohon,
13:43
which is: Where do we go from here?
254
823701
1725
který je zodpovědný za zesílení ve vláskových buňkách?
13:45
And I would say that there are three issues
255
825450
2042
13:47
that I would really like to address in the future.
256
827516
2777
Příroda nějak narazila na systém,
13:50
The first is: What is the molecular motor
257
830317
2383
který dokáže zesilovat nebo kmitat rychlostí 20 000 kmitů za sekundu
13:52
that's responsible for the hair cell's amplification?
258
832724
3276
nebo ještě rychleji.
13:56
Somehow, nature has stumbled across a system
259
836024
3069
To je mnohem rychlejší, než jakákoli jiná biologická oscilace
13:59
that can oscillate or amplify at 20,000 cycles per second,
260
839117
5221
a my bychom rádi pochopili, z čeho vychází.
14:04
or even more.
261
844362
1324
Druhou otázkou je, jak je zesilování ve vláskových buňkách seřízeno,
14:06
That's much faster than any other biological oscillation,
262
846078
3183
aby odpovídalo akustickým podmínkám.
14:09
and we would like to understand where it comes from.
263
849285
2689
Kdo ovládá onen knoflík, kterým se zesílení zvyšuje či snižuje
14:12
The second issue is how the hair cell's amplification is adjusted
264
852538
3838
v tichém nebo hlučném prostředí?
14:16
to deal with the acoustic circumstances.
265
856400
2202
A třetí otázka zajímá nás všechny:
14:19
Who turns the knob to increase or decrease the amplification
266
859051
4069
Co můžeme dělat, když se nám zhorší sluch.
14:23
in a quiet or in a loud environment?
267
863144
2520
Třicet milionů Američanů
14:26
And the third issue is one that concerns all of us,
268
866665
2684
a více než 400 milionů lidí na celém světě
14:29
which is what we can do about the deterioration of our hearing.
269
869373
4721
má denně značné problémy
rozumět řeči v hlučném prostředí
14:34
Thirty million Americans,
270
874118
1353
14:35
and more than 400 million people worldwide,
271
875495
2802
nebo při telefonickém hovoru.
Mnozí pociťují ještě větší potíže.
14:38
have significant problems on a daily basis
272
878321
2563
Tyto nedostatky se navíc časem zhoršují,
14:40
with understanding speech in a noisy environment
273
880908
2688
neboť když lidské vláskové buňky odumřou,
14:43
or over the telephone.
274
883620
1417
neobnoví se žádným buněčným dělením.
14:45
Many have even worse deficits.
275
885553
2176
14:47
Moreover, these deficits tend to get worse with time,
276
887753
2976
Ale u jiných zvířat než jsou savci k jejich obnově dochází,
14:50
because when human hair cells die,
277
890753
1977
takže jejich odumřelé vláskové buňky v průběhu života nahrazují nové,
14:52
they're not replaced by cell division.
278
892754
2871
a tak si tato zvířata udržují normální sluch.
14:56
But we know that nonmammalian animals can replace their cells,
279
896045
3948
Ukážeme si to u malé ryby, dánia pruhovaného.
15:00
and those creatures' cells are dying and being replaced throughout life,
280
900017
3406
Buňka nahoře se rozdělí na dvě nové vláskové buňky.
15:03
so the animals maintain normal hearing.
281
903447
2375
Chvilku se pohupují
15:06
Here's an example from a little zebra fish.
282
906587
2409
a pak se usadí a dají se do práce.
15:09
The cell at the top will undergo a division
283
909020
2625
Věříme tedy, že když zvládneme dekódovat molekulární signály,
15:11
to produce two new hair cells.
284
911669
2560
15:14
They dance for a little bit,
285
914253
2182
které používají jiná zvířata k obnově svých vláskových buněk,
15:16
and then settle down and go to work.
286
916459
2130
budeme schopni provádět to samé u lidí.
15:19
So we believe that if we can decode the molecular signals that are used
287
919126
3549
A naše skupina i mnohé další se nyní zabývají výzkumem,
15:22
by these other animals to regenerate their hair cells,
288
922699
3475
který se snaží oživit tyto úžasné vláskové buňky
15:26
we'll be able to do the same thing for humans.
289
926198
2491
Děkuji vám za pozornost.
15:29
And our group and many other groups are now engaged in research
290
929048
3489
(potlesk)
15:32
trying to resurrect these amazing hair cells.
291
932561
2659
15:35
Thank you for your attention.
292
935998
1484
15:37
(Applause)
293
937506
3113
O tomto webu

Tato stránka vám představí videa na YouTube, která jsou užitečná pro výuku angličtiny. Uvidíte lekce angličtiny vedené špičkovými učiteli z celého světa. Dvojklikem na anglické titulky zobrazené na každé stránce s videem si video přehrajete přímo odtud. Titulky se posouvají synchronizovaně s přehráváním videa. Pokud máte nějaké připomínky nebo požadavky, kontaktujte nás prosím pomocí tohoto kontaktního formuláře.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7