Слух и равновесие
Слуховой и вестибулярный анализаторы находятся главным образом во внутреннем ухе. Слуховой анализатор воспринимает колебания воздуха как звук, а вестибулярный аппарат сообщает мозгу о положении головы, ускорении и вращении тела.
Звуковой анализатор и путь звука
Звук — это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде. В обычных условиях человек слышит звуки примерно от 16–20 Гц до 20 000 Гц. Колебания с меньшей частотой называют инфразвуком, а с большей — ультразвуком. Высота звука зависит прежде всего от частоты, а громкость — от амплитуды колебаний.
Наружное ухо улавливает звуковые волны и направляет их к барабанной перепонке. Среднее ухо передаёт и усиливает колебания с помощью слуховых косточек: молоточка, наковальни и стремени. Подробное описание последовательности передачи можно повторить на странице проведения звука.
Стремя передаёт колебания овальному окну внутреннего уха. Далее колебания распространяются в жидкости улитки и вызывают движение её мембран. В улитке расположены рецепторные клетки слухового анализатора. Их волоски отклоняются, когда колеблется базилярная мембрана. В результате возникает нервный импульс.
| Звук или признак | Что воспринимается | Роль в ощущении |
|---|---|---|
| Частота колебаний | Число колебаний за секунду | Высота звука |
| Амплитуда колебаний | Размах колебательного движения | Громкость |
| Состав колебаний | Наличие основного тона и обертонов | Тембр |
| Направление прихода | Разница времени и силы звука в ушах | Определение положения источника |
Слуховой анализатор — система, которая воспринимает звуковые колебания, преобразует их в нервные импульсы и обеспечивает возникновение слуховых ощущений. В него входят рецепторы во внутреннем ухе, слуховой нерв, проводящие пути и слуховая зона коры больших полушарий.
Рецепторы улитки и обработка звука
Рецепторные клетки улитки являются механорецепторами: они реагируют на механическое смещение, а не непосредственно на свет или химические вещества. При отклонении волосков изменяется проницаемость мембраны клетки, возникает возбуждение, и сигнал передаётся нейронам слухового нерва.
Разные участки базилярной мембраны лучше отвечают на разные частоты. У основания улитки расположена более жёсткая часть, воспринимающая высокие частоты; ближе к вершине мембрана более податлива и реагирует на низкие частоты. Поэтому высота звука связана с местом максимального возбуждения рецепторов.
Нервные импульсы по слуховому нерву поступают в ствол мозга, затем в подкорковые центры и слуховую зону коры. Только в коре происходит осознанный анализ звука: человек узнаёт речь, музыку, шум и определяет значение услышанного. Общие принципы превращения раздражения в нервный сигнал описаны в теме анализатора.
Частота звуковой волны определяет высоту звука, амплитуда — его громкость, а сочетание частот и форма колебаний — тембр. Слуховое ощущение возникает после обработки импульсов в центральной нервной системе, а не в самой улитке.
Какая характеристика звука главным образом определяет его высоту?
Вестибулярный аппарат и равновесие
Вестибулярный аппарат расположен во внутреннем ухе рядом с улиткой. Он включает преддверие с двумя мешочками — маточкой и мешочком — и три полукружных канала. Внутри этих структур находятся рецепторные клетки, погружённые в жидкость или контактирующие с желатинозной мембраной.
| Часть аппарата | Какое раздражение воспринимает | Пример информации |
|---|---|---|
| Маточка и мешочек | Положение головы относительно силы тяжести, прямолинейное ускорение | Наклон головы, начало движения вперёд |
| Полукружные каналы | Угловое ускорение, вращение головы | Поворот или вращение |
| Рецепторные клетки | Смещение волосков | Преобразование движения в нервный импульс |
В маточке и мешочке волоски рецепторных клеток погружены в желатинозную мембрану с мелкими кристаллами карбоната кальция — отолитами. При наклоне головы или ускорении отолиты смещают мембрану, волоски отклоняются, и возникает возбуждение. Так мозг получает сведения о положении головы и линейном движении.
В каждом полукружном канале есть расширение — ампула. В ней находится рецепторный аппарат, чувствительный к движению жидкости. При вращении головы эндолимфа по инерции отстаёт от стенок канала, смещает купулу и отклоняет волоски рецепторных клеток. Три канала расположены примерно в разных плоскостях, поэтому вместе они регистрируют вращения во всех направлениях.
Вестибулярный анализатор — система, воспринимающая положение тела, линейные и угловые ускорения. Его рецепторы находятся в преддверии и полукружных каналах внутреннего уха, а обработка сигналов происходит в стволе мозга, мозжечке и коре.
Как поддерживается равновесие
Равновесие поддерживается совместной работой вестибулярного аппарата, зрения и рецепторов мышц, сухожилий и суставов. Сигналы от этих систем поступают в центральную нервную систему, где сравниваются. Затем мозг направляет команды скелетным мышцам, изменяя их тонус и положение тела.
Важную роль играет мозжечок: он согласует движения, поддерживает позу и помогает сохранять точность действий. Сигналы от вестибулярных рецепторов также участвуют в рефлексах, стабилизирующих взгляд. Когда голова поворачивается, глаза автоматически смещаются в противоположную сторону, поэтому изображение некоторое время остаётся на сетчатке.
При конфликте сигналов возникает головокружение и тошнота. Например, в транспорте глаза могут видеть неподвижный салон, а вестибулярный аппарат регистрирует ускорения. Подобное состояние называют укачиванием. После длительного вращения ощущение движения может сохраняться, потому что жидкость в каналах продолжает перемещаться по инерции.
Не смешивайте функции частей аппарата: полукружные каналы воспринимают вращение, а маточка и мешочек — положение головы и прямолинейное ускорение. Равновесие не обеспечивается одним только внутренним ухом: в нём участвуют также зрение, рецепторы мышц и мозжечок. Улитка относится к слуху, а не к поддержанию равновесия.
Разобранный пример: частота и высота звука
Звуковая волна совершает 680 колебаний за 2 секунды. Определим её частоту и установим, к какому диапазону относится звук.
Частота волны равна \(340\ \text{Гц}\). Это слышимый звук средней высоты. При увеличении частоты звук воспринимался бы как более высокий, а при увеличении амплитуды при той же частоте — как более громкий.
Охрана слуха и равновесия
Сильный и длительный шум перегружает рецепторные клетки улитки и может привести к стойкому снижению слуха. Опасность увеличивается при работе рядом с громкими механизмами, прослушивании музыки на высокой громкости и частом использовании наушников. Резкие звуки могут повреждать не только рецепторы, но и структуры, передающие колебания.
Для профилактики важно уменьшать громкость и продолжительность воздействия шума, использовать средства защиты слуха и делать перерывы. При повторяющемся головокружении, шуме в ушах или заметном снижении слуха необходимо обратиться к врачу. Нельзя самостоятельно очищать глубоко слуховой проход острыми предметами: это может повредить барабанную перепонку.
- Снижать громкость наушников и ограничивать время их непрерывного использования.
- Использовать защитные наушники или беруши в условиях сильного шума.
- Избегать резких вращений при плохом самочувствии.
- Помнить, что зрение и мышечно-суставная чувствительность дополняют работу вестибулярного аппарата.
Итоговая проверка
Главное
- Улитка воспринимает звуковые колебания, а слуховая зона коры формирует осознанное слуховое ощущение.
- Частота определяет высоту звука, амплитуда — громкость, состав колебаний — тембр.
- Маточка и мешочек воспринимают положение головы и прямолинейное ускорение.
- Полукружные каналы воспринимают вращение головы.
- Равновесие поддерживается совместной работой вестибулярного аппарата, зрения, рецепторов мышц и мозжечка.