Слуховой анализатор
Слуховой анализатор воспринимает звуковые колебания, преобразует их в нервные импульсы и обеспечивает распознавание речи, музыки и других звуков. Путь сигнала проходит от рецепторов внутреннего уха по слуховому нерву к отделам мозга, а окончательный анализ происходит в коре больших полушарий.
Звуковой сигнал и его характеристики
Звук — это механические колебания частиц упругой среды. В обычных условиях человек слышит звуки примерно от 16–20 Гц до 20 кГц. Колебания с частотой ниже слышимого диапазона называют инфразвуком, а выше — ультразвуком. Частота определяет высоту звука: чем она больше, тем выше воспринимаемый звук. Амплитуда колебаний связана с их интенсивностью и субъективно воспринимается как громкость. Состав сложного звука определяет его тембр.
В формуле \(T\) — период колебаний, то есть время одного полного колебания, а \(\nu\) — частота в герцах. Например, звук частотой \(500\ \text{Гц}\) имеет период \(0{,}002\ \text{с}\). В реальной жизни громкость зависит не только от амплитуды, но и от расстояния до источника, особенностей среды и состояния слуховой системы.
Слуховой анализатор — система, включающая рецепторный отдел во внутреннем ухе, проводящие пути и центральный отдел в слуховой зоне коры больших полушарий. Он обеспечивает восприятие, проведение и анализ звуковых сигналов.
Путь звука в ухе
Строение наружного, среднего и внутреннего уха подробно рассматривается на странице строение уха. Для понимания слухового анализатора важно проследить последовательность передачи колебаний.
- Ушная раковина улавливает звуковые волны и направляет их в наружный слуховой проход.
- Звуковые волны заставляют колебаться барабанную перепонку.
- Слуховые косточки среднего уха — молоточек, наковальня и стремечко — передают и усиливают колебания.
- Стремечко передаёт колебания овальному окну внутреннего уха.
- В улитке колебания распространяются по жидкости и вызывают движение базилярной мембраны.
- Раздражаются рецепторные клетки кортиева органа, расположенного на базилярной мембране.
Рецепторами слуха являются волосковые клетки. На их поверхности находятся чувствительные волоски. При движении жидкости и базилярной мембраны волоски изгибаются, из-за чего изменяется проницаемость мембраны клетки для ионов. Возникает рецепторный потенциал, а затем в волокнах слухового нерва формируются нервные импульсы.
| Отдел | Основная функция |
|---|---|
| Наружное ухо | Улавливание и направление звука к барабанной перепонке |
| Среднее ухо | Передача и усиление колебаний |
| Улитка | Преобразование механических колебаний в нервный сигнал |
| Волосковые клетки | Рецепция звуковых колебаний |
| Слуховой нерв | Проведение импульсов в головной мозг |
В слуховом анализаторе происходит последовательная смена форм энергии: звуковая волна → механические колебания → движение жидкости в улитке → электрический сигнал рецепторных клеток → нервные импульсы.
Кодирование высоты и громкости
Разные участки базилярной мембраны лучше реагируют на звуки разной частоты. Более высокие звуки сильнее возбуждают участок, расположенный ближе к овальному окну, а более низкие — участки, удалённые от него. Поэтому частота звука кодируется местом максимального возбуждения рецепторов и особенностями последовательности нервных импульсов.
Громкость связана с амплитудой звуковой волны. При увеличении амплитуды сильнее колеблется базилярная мембрана, возбуждается больше рецепторных клеток, а импульсы в слуховом нерве могут следовать чаще. Однако субъективная громкость зависит от частоты звука и состояния органа слуха.
Какое изменение звуковой волны прежде всего означает повышение тона?
Источник издаёт звук частотой \(250\ \text{Гц}\). Определим период одного колебания.
Следовательно, источник совершает одно полное колебание за \(4\ \text{мс}\). Если частота возрастёт в 2 раза, период уменьшится в 2 раза, а звук станет выше.
Проведение и обработка сигнала в мозге
Импульсы от рецепторов идут по волокнам слухового нерва в ствол мозга, затем через промежуточные центры направляются к таламусу и поступают в слуховую зону коры. Центральный отдел слухового анализатора расположен в височной доле больших полушарий. Там анализируются частота, громкость, тембр и последовательность звуков; человек узнаёт речь, музыку и источник сигнала.
Слуховое восприятие связано с работой обоих полушарий и с взаимодействием слуховой зоны с другими участками мозга. Для понимания смысла речи необходима согласованная работа слуховых и речевых областей. Благодаря сравнению сигналов от правого и левого уха мозг определяет направление на источник звука.
- Сначала мозг принимает нервные импульсы от рецепторов.
- Затем сравнивает частоту, интенсивность и временные характеристики сигналов.
- После этого распознаёт знакомые звуки и связывает их с образом, словом или источником.
При неожиданном сильном звуке возникает ориентировочная реакция: человек поворачивает голову и направляет внимание к источнику. Она зависит от работы нервной системы и помогает быстро оценить обстановку.
Гигиена слуха и нарушения
Длительный шум высокой интенсивности повреждает волосковые клетки улитки. Эти клетки у человека восстанавливаются плохо, поэтому снижение слуха может стать стойким. Опасны также резкие звуки, травмы, инфекции и постоянное использование наушников на большой громкости.
- Снижать громкость наушников и делать перерывы при длительном прослушивании.
- Использовать защиту органов слуха в условиях сильного производственного или бытового шума.
- Не вводить глубоко в слуховой проход посторонние предметы.
- При боли, шуме в ушах или внезапном снижении слуха обращаться к врачу.
Нельзя считать, что ухо только «проводит» звук. Наружное и среднее ухо передают колебания, а рецепторный отдел внутреннего уха преобразует их в нервные импульсы. Окончательное возникновение слухового ощущения связано с обработкой сигнала в мозге.
Если в вопросе описывается изгиб волосков рецепторной клетки и появление импульса, выбирайте рецепторный отдел. Если говорится о распознавании речи или определении смысла звука, речь идёт о центральном отделе — слуховой зоне коры.
Быстрая проверка
Главное
- Слуховой анализатор состоит из рецепторного, проводящего и центрального отделов.
- Звук проходит через наружное и среднее ухо, затем вызывает колебания жидкости в улитке.
- Волосковые клетки кортиева органа преобразуют механические колебания в нервные импульсы.
- Частота связана с высотой звука, амплитуда — с громкостью, а состав колебаний — с тембром.
- Обработка и осознание звукового сигнала происходят в слуховой зоне коры больших полушарий.
- Формула \(T=\frac{1}{\nu}\) связывает период и частоту звуковых колебаний.