Звук можно представить как колебательные движения упругих тел, распространяющиеся в различных средах в виде волн. Для восприятия звуковой сигнализации сформировался еще сложнее, чем вестибулярный, - рецепторный орган. Формировался он вместе с вестибулярным аппаратом, и поэтому в их строении есть немало подобных структур. Костный и перепончатый каналы в человека образуют 2,5 витка. Слуховая сенсорная система для человека - второй после зрения по значимости и объему информации, получаемой от внешней среды.
Рецепторы слухового анализатора относятся к вторинночутливих. Рецепторные волосковые клетки (у них сокращенный кіноцилій) образуют спиральный орган (кортіїв), что находится в завитці внутреннего уха, в ее завитковій проливе на основной мембране, длина которой - около 3,5 см. Она состоит из 20 000-30 000 волокон (рис. 159). Начиная от овального отверстия, длина волокон постепенно увеличивается (примерно в 12 раз), тогда как толщина их постепенно уменьшается (примерно в 100 раз).
Образование спирального органа завершает текторіальна мембрана (покровная перепонка), расположенная над волосковими клетками. На основной мембране располагаются рецепторные клетки двух типов: внутренние -в один ряд, а внешние - в 3-4. На их мембране, возвращенной в сторону покровной, у внутренних клеток находится 30 - 40 относительно коротких (4-5 мкм) волосков, а у внешних - 65 - 120 более тонких и более длинных. Между отдельными рецепторними клетками нет функциональной равенства. Об этом свидетельствует и морфологическая характеристика: сравнительно небольшая (около 3 500) количество внутренних клеток обеспечивает 90% аферентів кохлеарного (улиткового) нерва; в то время как от 12 000-20 000 внешних клеток отходит только 10 % нейронов. Кроме того, клетки базальной, и
Рис. 159. 1 - лестница пригінка; 2 - барабанные лестницы; С - основная перепонка; 4 - спиральный орган; 5 - средние лестница; 6 - сосудистая полоска; 7 -покровная перепонка; 8 - рейснерова перепонка
особенно средней, спирали и завитки имеют больше нервных окончаний, чем верхушечной спирали.
Пространство завиткової пролива заполнено эндолимфой. Над вестибулярной и основной мембранами в пространстве соответствующих каналов содержится перилімфа. Она сочетается не только с перилимфой вестибулярного канала, но и с субарахноидальным пространством мозга. Состав ее довольно подобный состав спинномозговой жидкости.
Механизм передачи звуковых колебаний
Прежде чем достичь внутреннего уха, звуковые колебания проходят через наружное и среднее. Наружное ухо служит преимущественно для улавливания звуковых колебаний, поддержания постоянства влажности и температуры барабанной перепонки (рис. 160).
За барабанной перепонкой начинается полость среднего уха, с другого конца закрыта перепонкой овального отверстия. Заполненная воздухом полость среднего уха соединяется с полостью носоглотки с помощью слуховой (евстахиевой) трубы, служит для выравнивания давления с обеих сторон барабанной перепонки.
Барабанная перепонка, воспринимая звуковые колебания, передает их на систему расположенных в среднем ухе лодыжек (молоточек, наковальня и стремечко). Косточки не только отправляют колебания на мембрану овального отверстия, но и усиливают колебания звуковой волны. Это происходит вследствие того, что сначала колебания передаются более длинному рычагу, образованном рукояткой молоточка и отростком коваделка. Этому же способствует и различие поверхностей стремінця (около 3,2 o МҐ6 м2) и барабанной перепонки (7 * 10"6). Последнее обстоятельство примерно в 22 раза (70:3,2) усиливает давление звуковой волны на барабанную пе
Рис. 160. : 1 - воздушная передача; 2 - механическая передача; 3 - жидкостная передача; 4 - электрическая передача
ретинку. Но при усилении колебания барабанной перепонки снижается амплитуда волны.
Указанные выше и последующие звукопередавальні структуры создают чрезвычайно высокую чувствительность слухового анализатора: звук воспринимается уже в случае давления на барабанную перепонку более 0,0001 мг1см2. К тому же мембрана завитки перемещается на расстояние, меньше диаметра атома водорода.
Роль мышц среднего уха.
Расположенные в полости среднего уха мышцы (m. tensor timpani и m. stapedius), воздействуя на натяжение барабанной перепонки и ограничивая амплитуду движения стремінця, участвуют в рефлекторной адаптации слухового органа к интенсивности звука.
Мощный звук может повлечь нежелательные последствия как для слухового аппарата (вплоть до повреждения барабанной перепонки и волосков рецепторных клеток, нарушения микроциркуляции в завитці), так и для ЦНС. Поэтому для предотвращения указанных последствий рефлекторно уменьшается натяжение барабанной перепонки. Вследствие этого, с одной стороны, снижается возможность ее травматического разрыва, а с другой, - уменьшается интенсивность колебания косточек и расположенных за ними структур внутреннего уха. Рефлекторную реакцию мышц наблюдают уже через 10 мс от начала действия мощного звука, что оказывается во время звука в 30-40 дБ. Этот рефлекс замыкается на уровне стволовых отделов мозга. В некоторых случаях воздушная волна бывает такой мощной и быстрой (например при взрыве), что защитный механизм не успевает сработать и возникают различные повреждения слуха.
Механизм восприятия звуковых колебаний рецепторними клетками внутреннего уха
Колебания мембраны овального окна сначала передается пери-лимфе вестибулярных лестницы, а затем через вестибулярную мембрану - ендолімфі (рис. 161). На вершине улитки между верхним и нижним перепончатыми каналами содержится соединительное отверстие - гелікотрема, через которое колебание передается перилимфе барабанных лестницы. В стенке, отделяющей среднее ухо от внутреннего, кроме овального, есть еще и круглое отверстие со своей мембраной.
Возникновение волны приводит к движению базилярной и покровной мембраны, после чего волоски рецепторных клеток, которые касаются покровной мембраны, деформируются, вызывая зарождение РП. Хотя волоски внутренних волосковых клеток касаются покровной мембраны, однако они также сгибаются под действием смещений эндолимфы в промежутке между ней и верхушками волосковых клеток.
Рис. 161.
С рецепторними клетками связаны аференти кохлеарного нерва, передача импульса на которые опосредуется медиатором. Главными сенсорными клетками органа Корти, обусловливающих генерирование ПД в слуховых нервах, являются внутренние волосковые клетки. Внешние волосковые клетки іннервовані холинергическим еферентними нервными волокнами. Эти клетки становятся более низкими в случае деполяризации и удлиняются в случае гіперполяризації. Они гіперполяризують под действием ацетилхолина, что выделяют эфферентные нервные волокна. Функция этих клеток заключается в увеличении амплитуды и обострении пиков вибрации базилярной мембраны.
Даже в тишине волокна слухового нерва проводят до 100 имп.1с (фоновая импульсация). Деформация волосков приводит к повышению проницаемости клеток к №+, вследствие чего в нервных волокнах, отходящих от этих рецепторов, частота импульсации возрастает.
Различение высоты тона
Основные характеристики звуковой волны - частота и амплитуда колебаний, а также время воздействия.
Ухо человека способно воспринимать звук в случае колебания воздуха в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Однако наибольшая чувствительность находится в пределах от 1000 до 4000 Гц, а это диапазон человеческого голоса. Именно здесь чувствительность слуха подобная к уровню броуновского шума - 2 * 10"5. В пределах участка слухового восприятия человек может испытывать около 300 000 различных по силе и высоте звуков.
Предполагают наличие двух механизмов различения высоты тонов. Звуковая волна представляет собой колебания молекул воздуха, распространяется в виде продольной волны давления. Передаваясь на перийендолімфу, эта волна, что бежит, между местом возникновения и затухания имеет участок, где колебания характеризуются максимальной амплитудой (рис. 162).
Месторасположение этого амплитудного максимума зависит от частоты колебания: в случае высоких частот он ближе к овальной мембране, а низших - к гелікотреми (проема перепонки). Как следствие амплитудный максимум для каждой слышимой частоты размещается в специфической точке эндолимфатического канала. Так, амплитудный максимум для частоты колебаний 4000 за 1 с находится на расстоянии 10 мм от овального отверстия, а 1000 за 1 с-23 мм. На верхушке (в гелікотреми) содержится амплитудный максимум для частоты 200 за 1 сек.
На указанных явлениях основывается так называемая пространственная (принцип места) теория кодирования высоты сприймального тона в самом рецеп
Рис. 162. а - распространение звуковой волны завиткою; б частотный максимум в зависимости от длины волны: И - 700 гЦ; 2 - 3 000 гЦ
тори. Амплитудный максимум начинает проявляться при частотах свыше 200 за 1 сек. Наивысшая чувствительность уха человека в диапазоне человеческого голоса (от 1000 до 4000 Гц) отображается и морфологическими особенностями соответствующего отдела завитки: в базальных и средних спиралях наблюдают наибольшую плотность афферентных нервных окончаний.
На уровне рецепторов только начинается различение звуковой информации, окончательное ее обработка происходит в нервных центрах. К тому же в диапазоне частот человеческого голоса на уровне нервных центров может оказаться суммация возбуждения нескольких нейронов, поскольку каждый из них в отдельности не способен надежно играть своими разрядами звуковые частоты свыше нескольких сотен герц.
Различение силы звука
более Интенсивные звуки ухо человека воспринимает как громче. Этот процесс начинается уже в самом рецепторе, что структурно составляет целостный орган. Основными клетками, где зарождается РП завитки, считают внутренние волосковые клетки. Внешние клетки, вероятно, немного усиливают это возбуждение, передавая свой РП внутренним.
В пределах наивысшей чувствительности различения силы звука (1000-4000 Гц) человек слышит звук, имеет ничтожно малую энергию (до 1 -12 ерг1с * см). В то же время чувствительность уха к звуковым колебаниям во втором диапазоне волн значительно ниже, и в пределах слышимости (ближе к 20 или 20 000 Гц) пороговая энергия звука должна быть не ниже чем 1 ерг1с - см2.
Слишком громкий звук может вызвать ощущение боли. Уровень громкости, когда человек начинает чувствовать боль, составляет 130-140 дБ над порогом слышимости. Если на ухо длительное время действует звук, особенно громкий, постепенно развивается явление адаптации. Снижение чувствительности достигается прежде всего благодаря сокращению мышцы-натяжителя и стремінцевого мышцы, которые изменяют интенсивность колебания косточек. Кроме того, до многих отделов обработки слуховой информации, в том числе и рецепторных клеток, подходят эфферентные нервы, которые могут изменять их чувствительность и тем самым участвовать в адаптации.
Центральные механизмы обработки звуковой информации
Волокна кохлеарного нерва (рис. 163) достигают кохлеарных ядер. После переключения на клетках кохлеарных ядер ПД поступают до следующего скопления ядер: оливарних комплексов, латеральной петли. Далее волокна направляются в нижних бугорков чотиригорбикового тела и медиальных коленчатых тел - главных релейных отделов слуховой системы таламуса. Потом заходят в таламус, и лишь післязвукові
Рис. 163. 1 - спиральный орган; 2 - переднее ядро завитки; 3 - заднее ядро завитки; 4 - олива; 5 - добавочное ядро; 6 - боковая петля; 7 - нижние бугорки чотиригорбикової пластинки; 8 - присереднє коленчатый тело; 9 - височная область коры
пути поступают к первичной звуковой коры полушарий большого мозга, расположенной в височной доле. Рядом с ней размещены нейроны, принадлежащие к вторичной слуховой зоны коры.
Информация, содержащаяся в звуковом стимуле, пройдя все указанные ядра переключения, многократно (по крайней мере не меньше чем 5 - б раз) "прописывается" в виде нейронного возбуждения. В таком случае на каждом этапе происходит ее соответствующий анализ, к тому же нередко с подключением сенсорных сигналов других, "неслухових", отделов ЦНС. В результате могут возникать рефлекторные ответы, характерные для соответствующего отдела ЦНС. Но распознавание звука, его осмысленное осознание происходят лишь в том случае, если импульсы достигают коры полушарий большого мозга.
Во время действия сложных звуков, что реально существующие в природе, в нервных центрах возникает своеобразная мозаика нейронов, которые возбуждаются одновременно, и происходит запоминание этой мозаичной карты, связанной с поступлением соответствующего звука.
Осознанное оценки различных свойств звука человеком возможно лишь в случае соответствующего предварительной тренировки. Наиболее полно и качественно эти процессы происходят только в корковых отделах. Корковые нейроны активируются не одинаково: одни - контр латеральным (противоположным) ухом, другие - іпсилатеральними стимулами, третьи - только при одновременной стимуляции обеих ушей. Возбуждаются они, как правило, целыми звуковыми группами. Повреждение этих отделов ЦНС затрудняет восприятие речи, пространственную локализацию источника звука.
Широкие связи слуховых участков ЦНС способствуют взаимодействия сенсорных систем и образованию различных рефлексов. Например, при возникновении резкого звука происходит бессознательный поворот головы и глаз в сторону его источника и перераспределение мышечного тонуса (стартовая позиция).
Слуховая ориентация в пространстве.
Довольно точная слуховая ориентация в пространстве возможна только в случае бінаурального слуха. В таком случае большое значение имеет то обстоятельство, что одно ухо находится дальше от источника звука. Учитывая то, что в воздушной среде звук распространяется со скоростью 330 м1с, 1 см он проходит за 30 мс, и малейшее отклонение источника звука от средней линии (даже меньше чем 3°) оба уха уже воспринимают с разницей во времени. То есть в этом случае имеет значение фактор разделения и по времени, и по интенсивности звука. Ушные раковины как рупоры способствуют концентруванню звуков, а также ограничивают поток звуковых сигналов с тыльной поверхности головы.
нельзя исключить участие формы ушной раковины в некоторой индивидуально обусловленной смене звуковых модуляций. Кроме того, ушная раковина и наружный слуховой ход, имея собственную резонансную частоту около 3 кГц, усиливают интенсивность звука для тонов, подобных к диапазону голоса человека.
Остроту слуха измеряют с помощью аудиометра, основывается на поступлении чистых тонов различной частоты через наушники и регистрации порога чувствительности. Снижение чувствительности (глухота) может быть связано с нарушением состояния передающих сред (начиная с наружного слухового хода и барабанной перепонки) или волосковых клеток и нейронных механизмов передачи и восприятия.
Физиология слуха
Слуховая сенсорная система обеспечивает восприятие звуков и построение слуховых образов , т.е. слух . Адекватным раздражителем для неё является звук . Это означает, что именно к звукам слуховая сенсорная система имеет повышенную чувствительность и восприимчивость, а также создаёт такие сенсорные образы, которые правильно отражают важные характеристики звуковых раздражителей и позволяют ориентироваться в звуковых сигналах.
Для понимания физиологии слуха нам потребуется объяснить возникновение слухового сенсорного потока возбуждения, его движение по нервной системе и, наконец, формирование слухового сенсорного образа.
План объяснения слухового восприятия:
Раздражителем для слуховой сенсорной системы является звук.
Звук - это продольное колебание частиц той среды, которая передает звук. Звуковые колебания передаются по воздуху, воде, костям черепа, т.е. по газообразным, жидким и твердым средам.
Главные параметры звуковых волн - это частота колебаний, их амплитуда и тембр (спектр частот). Частота - это тон звука. Чем выше тон звука, тем выше частота звуковых колебаний. Диапазон восприятия звука человеком составляет примерно от 20 до 20000 гц (герц - одно колебание в секунду).
Звуки тоном ниже 20 гц называются инфразвуком , сознание их не воспринимает, но могут быть подсознательные реакции (беспокойство, тревога, страх и даже необъяснимый ужас). Инфразвуки с частотой 4 гц считаются самыми опасными, с частотой 8-14 гц - соответствуют альфа-ритму работы мозга и, видимо, могут вызывать трансовое состояние. Инфразвуки такой частоты способна производить профессиональная аппаратура на дискотеках и таким способом вызывать у присутствующих там людей особое изменённое состояние сознания.
Звуки тоном выше 20000 гц называются ультразвуком , человек их не воспринимает (однако кошки, собаки и другие животные воспринимают).
Наибольшая чувствительность уха находится в диапазоне от 1000 до 3000 гц – это как раз диапазон звуков человеческой речи.
Музыкальные воспроизводящие устройства имеют более широкий диапазон от 12-14 гц до 16000.
Рецепция (трансдукция) звука - это восприятие звука на уровне слуховых рецепторов уха, т.е превращение ( трансформация ) звуковых колебаний в нервное возбуждение.
Рецепторы звука - это волосковые клетки (точнее: внутренние волосковые клетки), они спрятаны в улитке внутреннего уха, сидят на базальной мембране кортиевого органа. Поэтому к ним надо ещё доставить звуковые колебания.
На рисунке справа - волоски (стереоцилии), торчащие из волосковой клетки. Волосков на внутренней волосковой клетке обычно бывает 30-40 штук.
Движение звука по звуковым средам уха к рецепторам
1. Наружное ухо.
Звуковые волны направляются ушными раковинами в наружный слуховой проход. В наружном слуховом проходе находится воздух, он передает звуковые колебания (звуковые волны) на барабанную перепонку. Особенность барабанной перепонки состоит в том, что в ней хаотично расположены волокна соединительной ткани, поэтому она не резонирует, т.е. у нее нет предпочтения к определенной частоте звука, её колеблют звуки любой частоты. Барабанная перепонка разделяет наружное и среднее ухо.
2. Среднее ухо.
За барабанной перепонкой находится среднее ухо - там тоже воздушная среда. Воздух попадает туда из носоглотки через евстахиевы трубы. Громкие звуки лучше слушать раскрыв рот, чтобы слишком сильные колебания не повредили барабанную перепонку. В среднем ухе находится сложный составной рычаг из трех косточек: молоточка, наковаленки, стремечка. Это самые мелкие косточки в организме человека, и самая мелкая из них - стремечко, оно в 10 раз меньше по массе, чем две других, его вес - всего 2,5 мг, а длина - до 4 мм. Стремечко упирается в овальное окно внутреннего уха. Косточки нужны для того, чтобы уменьшить амплитуду звуковых волн, но усилить их давление. Частота колебаний (высота звука) остается прежней.
3. Внутреннее ухо.
За овальным окном начинается внутреннее ухо - улитка . По латыни улитка называется coсhlea (кохлеа) , поэтому некоторые связанные с ней структуры называются кохлеарными . Улитка - это соединительнотканная трубка с жидкостью (всего 1 мл), завёрнутая в спираль 2,5 раза. Она разделена вдоль на три отсека и все они заполнены жидкостью. Верхний отсек - «верхняя лестница», нижний отсек - «нижняя лестница». Средний отсек - «средняя лестница». От колебаний овального окна начинает колебаться вся жидкость в улитке и все её мембраны. Но максимальная амплитуда будет там, где собственная частота натянутых поперечных волокон базальной мембраны будет соответствовать частоте звука. Относительно недавно было обнаружено, что энергия звуковой волны распределяется по трубе улитки неравномерно, она концентрируется на внешней стенке тем больше, чем дальше движется волна колебаний вглубь улитки. Таким образом, улитка на 20 децибелл более чувствительна в глубине трубы, там, где воспринимаются более низкие частоты. Можно сказать, что улитка устроена «не логично». В её нижней части воспринимаются высокие звуки, а в в верхней, наоборот, низкие.
4. Кортиев орган.
На базальной мембране внутри улитки сидят слуховые рецепторы - это внутренние волосковые клетки , образующие кортиев орган. А над их торчащими в просвет волосками простирается покровная мембрана . Базальная мембрана с волосковыми клетками трясется от звуковых волн, рецепторные волосковые клетки подпрыгивают вместе с ней и бьются волосками о покровную мембрану. Волоски упираются в покровную мембрану при подскоке и отгибаются в сторону. Чем больше амплитуда, тем сильнее отогнется волосок. Отгибающийся волосок растягивает свою клеточную мембрану и в ней открываются стимулуправляемые (механоуправляемые) ионные каналы для натрия (Na+). С этого начинается трансформация звукового раздражения в нервное возбуждение . Таким образом, слуховые рецепторы являются механорецепторами , реагирующими на механическое раздражение - отгибание их волосков и растяжение мембраны.
От каждой внутренней волосковой клетки отходят по 10-20 афферентных волокон биполярных нейронов спирального ганглия - первого слухового нервного центра. Есть ещё наружные волосковые клетки, но они занимаются регуляцией работы внутренних волосковых клеток и движением базальной мембраны, а не восприятием звуков. От каждой наружной волосковой клетки отходит всего 1-2 афферентных нейрона. Наружных волосковых клеток в 3-4 раза больше, чем внутренних, однако от них отходит лишь 5-7% афферентных волокон. Зато к ним подходят эфферентные нервные окончания, передающие на них нервное возбуждение и торможение по оливо-кохлеарному пути (Слуховая система. Л.: Наука, 1990).
Видео : Кортиев орган
1. Волоски рецепторной волосковой клетки отгибаются в сторону, когда упираются в покровную мембрану, поднимаясь к ней вместе с базальной мембраной.
2. Из-за этого растягивается клеточная мембрана волоска, и в ней открываются ионные каналы для натрия (Na +). Это механочувствительные ионные каналы (стретч-каналы), открываемые напрямую растяжением клеточной мембраны. Я предлагаю называть такие каналы в рецепторных клетках «стимул-управляемыми» ионными каналами , потому что их открывает стимул - раздражитель. Смотри: Ионные каналы мембраны
3. Ионы Nа+ через открывшиеся для них каналы устремляются внутрь клетки.
4. Они приносят с собой положительные электрические заряды (+) и вызывают уменьшение электроотрицательности внутри клетки. Это - процесс деполяризации . Электроотрицательность рецепторных волосковых клеток уменьшается, поляризация мембраны снижается, и это означает, что рецепторные клетки переходят в возбуждённое состояние.
5. Теперь наступает важный момент, на который следует обратить особое внимание. В ответ на деполяризацию открываются уже другие каналы - потенциал-управляемые ионные каналы для Ca2 + . Обратите внимание на то, что в рецепторных клетках в отличие от обычных нейронов появляются «новые действующие лица» - кальциевые каналы, чувствительные к деполяризации . При деполяризационном возбуждении эти каналы открываются и впускают в рецепторную клетку ионы кальция. Собственно, именно для этого, для введения в клетку ионов кальция, и нужна была деполяризация, полученная за счёт открытия стимул-зависимых ионных каналов.
6. Итак, через открытые деполяризацией потенциал-зависимые ионные каналы Ca2+ поступает в клетку. Очень важно запомнить, что Cа2+ - это не только ион, но и биологически активное вещество, вторичный мессенджер . И ему предназначена важная роль в работе рецепторной клетки. Кальций связывается со специальным белком и побуждает пузырьки с медиатором двигаться к мембране и выбрасывать медиатор наружу . Без кальция ничего бы не вышло: медиатор не выделился бы.
7. И вот теперь происходит самое главное: из рецепторной клетки под действием вошедшего в неё кальция начинает выделяться нейромедиатор. Нейромедиатор - это и есть вещество, передающее возбуждение на связанный с рецепторной волосковой клеткой биполярный нейрон. Как нейромедиатор передаст возбуждение? Он просто заставит биполярный нейрон породить нервный импульс.
Вся эта логическая цепочка рецепции звука такова:
Чем сильнее был звук, тем сильнее колебалась базальная мембрана с волосковыми клетками на ней,
Чем сильнее она колебалась, тем сильнее отогнулись волоски на рецепторных клетках,
Чем сильнее отогнулись волоски, тем сильнее получилась деполяризация,
Чем сильнее была деполяризация, тем больше вошло в клетку кальция через открытые ей кальциевые каналы,
Чем больше вошло ионов кальция, тем больше выделилось нейромедиатора из слуховой рецепторной клетки.
Таким образом, сила звука воплощается в количестве нейромедиатора, выделенного волосковыми рецепторными клетками.
В этом и заключаются молекулярные механизмы рецепции звука в кортиевом органе.
РОСЖЕЛДОР
Сибирский государственный университет
путей сообщения.
Кафедра: «Безопасность жизнедеятельности».
Дисциплина: «Физиология человека».
Курсовая работа.
Тема: «Физиология слуха».
Вариант № 9.
Выполнил: студент Проверил: доцент
гр. БТП-311 Рублев М. Г.
Осташев В. А.
Новосибирск 2006
Введение.
Наш мир наполнен звуками, самыми разнообразными.
всё это мы слышим, все эти звуки воспринимаются нашим ухом. В ухе звук превращается в «пулемётную очередь»
нервных импульсов, которые по слуховому нерву передаются в мозг.
Звук, или звуковая волна – это чередующиеся разряжения и сгущения воздуха, распространяющиеся во все стороны от колеблющегося тела. Такие колебания воздуха с частотой от 20 до 20000 в секунду мы слышим.
20000 колебаний в секунду – это самый высокий звук самого маленького инструмента в оркестре – флейты-пикколо, а 24 колебания – звук самой низкой струны – контрабаса.
О том, что звук «влетает в одно ухо, а вылетает в другое» - абсурд. Оба уха выполняют одну и ту же работу, но друг с другом не сообщаются.
Например: звон часов «влетел» в ухо. Ему предстоит мгновенное, но довольно сложное путешествие к рецепторам, то есть к тем клеткам, в которых при действии звуковых волн рождается звуковой сигнал. «Влетев» в ухо, звон ударится в барабанную перепонку.
Перепонка на конце слухового хода натянута сравнительно туго и закрывает проход наглухо. Звон, ударяя в барабанную перепонку, заставляет ее колебаться, вибрировать. Чем сильнее звук, тем сильнее колеблется перепонка.
Человеческое ухо – уникальный по чувствительности слуховой прибор.
Цели и задачи данной курсовой работы состоят в том, чтобы ознакомить человека с органами чувств – слухом.
Рассказать о строении, функциях уха, а также как сохранить слух, как бороться с заболеваниями органа слуха.
Также о разных вредных факторах на производстве, которые могут повредить слух, и о мерах защиты от таких факторов, так как различные заболевания органа слуха могут привести к более тяжелым последствиям – потере слуха и болезни всего организма человека.
I. Значение знаний по физиологии слуха для инженеров по технике безопасности.
Физиология – наука, изучающая функции целостного организма, отдельных систем и органов чувств. Одним из органов чувств является слух. Инженер по технике безопасности обязан знать физиологию слуха, так как на своем предприятии по долгу службы он соприкасается с профессиональным отбором лиц, определяя их годность к тому или иному виду труда, к той или иной профессии.
На основании данных о строении и функции верхних дыхательных путей и уха решается вопрос, в каком виде производства человек может работать, а в каком нет.
Рассмотрим примеры нескольких специальностей.
Хороший слух необходим лицам для контроля работы часовых механизмов, при испытании моторов и различной техники. Также хороший слух необходим врачам, водителям различного вида транспорта – наземного, железнодорожного, воздушного, водного.
Полностью зависит от состояния слуховой функции работа связистов. Радиотелеграфисты, обслуживающие приборы радиосвязи и гидроакустики, занимающиеся выслушиванием подводных звуков или шумоскопией.
Они должны обладать кроме слуховой чувствительности, еще и высоким восприятием разности частоты тона. Радиотелеграфисты должны иметь ритмический слух и память на ритм. Хорошей ритмической чувствительностью считается безошибочное различие всех сигналов или не более трех ошибок. Неудовлетворительной – если различено сигналов меньше половины.
При профессиональном отборе лётчиков, парашютистов, моряков, подводников очень важно определять барофункцию уха и околоносовых пазух.
Барофункция – это способность реагировать на колебания давления внешней среды. А также иметь бинауральный слух, то есть обладать пространственным слухом и определять положение источника звука в пространстве. Это свойство основано на наличии двух симметричных половин слухового анализатора.
Для плодотворной и безаварийной работы, согласно ПТЭ и ПТБ все лица вышеуказанных специальностей должны проходить медицинскую комиссию для определения трудоспособности на данном участке, а также для охраны труда и здоровья.
II . Анатомия органов слуха.
Органы слуха разделены на три отдела:
1. Наружное ухо. В наружном ухе располагаются наружный слуховой проход и ушная раковина с мышцами и связками.
2. Среднее ухо. В среднем ухе находится барабанная перепонка, сосцевидные придатки и слуховая труба.
3. Внутреннее ухо. Во внутреннем ухе находятся перепончатый лабиринт, располагающийся в костном лабиринте внутри пирамиды височной кости.
Наружное ухо.
Ушная раковина – эластичный хрящ сложной формы, покрытый кожей. Ее вогнутая поверхность обращена вперед, нижняя часть – долька ушной раковины – мочка, лишена хряща и заполнена жиром. На вогнутой поверхности расположен противозавиток, спереди от него углубление – раковина уха, на дне которого находится наружное слуховое отверстие ограниченное спереди козелком. Наружный слуховой проход состоит из хрящевого и костного отделов.
Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего. Она представляет собой пластинку, состоящую из двух слоев волокон. В наружном волокна расположены радиально, во внутреннем циркулярно.
В центре барабанной перепонки вдавление – пупок – место прикрепления к перепонке одной из слуховых косточек – молоточка. Барабанная перепонка вставлена в борозду барабанной части височной кости. В перепонке различают верхнюю(меньшую) свободную ненатянутую и нижнюю(большую) натянутую части. Перепонка расположена косо по отношению к оси слухового прохода.
Среднее ухо.
Барабанная полость – воздухоносная, расположена в основании пирамиды височной кости, слизистая оболочка выстлана однослойным плоским эпителием, который переходит в кубический или цилиндрический.
В полости находятся три слуховые косточки, сухожилия мышц, натягивающих барабанную перепонку и стремя. Здесь же проходит барабанная струна – ветвь промежуточного нерва. Барабанная полость переходит в слуховую трубу, которая открывается в носовой части глотки глоточным отверстием слуховой трубы.
Полость имеет шесть стенок:
1. Верхняя – покрышечная стенка отделяет барабанную полость от полости черепа.
2. Нижняя – яремная стенка отделяет барабанную полость от яремной вены.
3. Медианальная – лабиринтная стенка отделяет барабанную полость от костного лабиринта внутреннего уха. В ней имеются окно преддверия и окно улитки, ведущие в отделы костного лабиринта. Окно преддверия закрыто основанием стремени, окно улитки закрыто вторичной барабанной перепонкой. Над окном преддверия в полость выступает стенка лицевого нерва.
4. Литеральная – перепончатая стенка образована барабанной перепонкой и окружающими ее отделами височной кости.
5. Передняя – сонная стенка отделяет барабанную полость от канала внутренней сонной артерии, на ней открывается барабанное отверстие слуховой трубы.
6. В области задней сосцевидной стенки расположен вход в сосцевидную пещеру, ниже его имеется пирамидальное возвышение, внутри которого начинается стременная мышца.
Слуховые косточки – стремя, наковальня и молоточек.
Они названы так благодаря своей форме – самые мелкие в человеческом организме, составляют цепь, соединяющую барабанную перепонку с окном преддверия, ведущим во внутреннее ухо. Косточки передают звуковые колебания от барабанной перепонки окну преддверия. Рукоятка молоточка сращена с барабанной перепонкой. Головка молоточка и тело наковальни соединены между собой суставом и укреплены связками. Длинный отросток наковальни сочленяется с головкой стремечка, основание которого входит в окно преддверия, соединяясь с его краем посредством кольцевой связки стремени. Косточки покрыты слизистой оболочкой.
Сухожилие мышцы, напрягающей барабанную перепонку, прикрепляется к рукоятке молоточка, стременной мышцы - к стремени рядом с его головкой. Указанные мышцы регулируют движение косточек.
Слуховая труба (Евстахиева) длиной около 3.5 см. выполняет очень важную функцию – способствует выравниванию давления воздуха внутри барабанной полости по отношению к наружной среде.
Внутреннее ухо.
Внутреннее ухо расположено в височной кости. В костном лабиринте, изнутри выстланном надкостницей, залегает перепончатый лабиринт, повторяющий формы костного лабиринта. Между обоими лабиринтами имеется щель, заполненная перилимфой. Стенки костного лабиринта образованы компактной костной тканью. Он расположен между барабанной полостью и внутренним слуховым проходом и состоит из преддверия, трех полукружных каналов и улитки.
Костное преддверие – овальная полость, сообщающаяся с полукружными каналами, на ее стенке имеется окно преддверия, у начала улитки – окно улитки.
Три костных полукружных канала лежат в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях. Каждый полукружный канал имеет по две ножки, одна из которых перед впадением в преддверие расширяется, образуя ампулу. Соседние ножки переднего и заднего каналов соединяются, образуя общую костную ножку, поэтому три канала открываются в преддверие пятью отверстиями. Костная улитка образует 2.5 завитка вокруг горизонтально лежащего стержня – веретена, вокруг которого наподобие винта закручена костная спиральная пластинка, пронизанная тонкими канальцами, где проходят волокна улитковой части преддверно-улиткового нерва. В основании пластинки расположен спиральный канал, в котором лежит спиральный узел – кортиев орган. Он состоит из множества натянутых, словно струны, волокон.
Функция органа слуха базируется на двух принципиально различающихся процессах — механоакустическом, определяемом как механизм звукопроведения , и нейрональном, определяемом как механизм звуковосприятия . Первый основан на ряде акустических закономерностей, второй — на процессах рецепции и трансформации механической энергии звуковых колебаний в биоэлектрические импульсы и их трансмиссии по нервным проводникам к слуховым центрам и корковым слуховым ядрам. Орган слуха получил название слухового, или звукового, анализатора, в основе функции которого лежат анализ и синтез невербальной и вербальной звуковой информации, содержащей природные и искусственные звуки в окружающей среде и речевые символы — слова, отражающие материальный мир и мыслительную деятельность человека. Слух как функция звукового анализатора — важнейший фактор в интеллектуальном и социальном развитии личности человека, ибо восприятие звука является основой его языкового развития и всей его сознательной деятельности.
Адекватный раздражитель звукового анализатора
Под адекватным раздражителем звукового анализатора понимают энергию слышимого диапазона звуковых частот (от 16 до 20 000 Гц), носителем которых являются звуковые волны. Скорость распространения звуковых волн в сухом воздухе составляет 330 м/с, в воде — 1430, в металлах — 4000-7000 м/с. Особенность звукового ощущения заключается в том, что оно экстраполируется во внешнюю среду в направлении источника звука, это определяет одно из основных свойств звукового анализатора — ототопику , т. е. способность пространственного различения локализации источника звука.
Основными характеристиками звуковых колебаний являются их спектральный состав и энергия . Спектр звука бывает сплошным , когда энергия звуковых колебаний равномерно распределена по составляющим его частотам, и линейчатым , когда звук состоит из совокупности дискретных (прерывистых) частотных составляющих. Субъективно звук со сплошным спектром воспринимается как шум без определенной тональной окраски, например как шелест листвы или «белый» шум аудиометра. Линейчатым спектром с кратными частотами обладают звуки, издаваемые музыкальными инструментами и человеческим голосом. В таких звуках доминирует основная частота , которая определяет высоту звука (тон), а набор гармонических составляющих (обертонов) определяет тембр звука .
Энергетической характеристикой звуковых колебаний является единица интенсивности звука, которая определяется как энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности в единицу времени . Интенсивность звука зависит от амплитуды звукового давления , а также от свойств самой среды, в которой распространяется звук. Под звуковым давлением понимают давление, возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой или газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разряжения частиц среды.
Единицей измерения звукового давления в системе СИ является ньютон на 1 м 2 . В некоторых случаях (например, в физиологической акустике и клинической аудиометрии) для характеристики звука применяют понятие уровень звукового давления , выражаемый в децибелах (дБ), как отношение величины данного звукового давления Р к сенсорному пороговому значению звукового давления Ро = 2,10 -5 Н/м 2 . При этом число децибел N = 20lg (Р/Ро ). В воздушной среде звуковое давление в пределах слышимого диапазона частот меняется в пределах от 10 -5 Н/м 2 вблизи порога слышимости до 10 3 Н/м 2 при самых громких звуках, например при шуме, производимом реактивным двигателем. С интенсивностью звука связана субъективная характеристика слуха — громкость звука и многие другие качественные характеристики слухового восприятия.
Носителем звуковой энергии является звуковая волна. Под звуковыми волнами понимают циклические изменения состояния среды или ее возмущения, обусловленные упругостью данной среды, распространяющиеся в этой среде и несущие с собой механическую энергию. Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем.
Основными характеристиками звуковых волн являются длина волны, ее период, амплитуда и скорость распространения. Со звуковыми волнами связаны понятия излучения звука и его распространения. Для излучения звуковых волн необходимо в среде, в которой они распространяются, произвести некоторое возмущение за счет внешнего источника энергии, т. е. источника звука. Распространение звуковой волны характеризуется в первую очередь скоростью звука, которая, в свою очередь, определяется упругостью среды, т. е. степенью ее сжимаемости, и плотностью.
Распространяющиеся в среде звуковые волны обладают свойством затухания , т. е. снижением амплитуды. Степень затухания звука зависит от его частоты и упругости среды, в которой он распространяется. Чем ниже частота, тем меньше степень затухания, тем дальше распространяется звук. Поглощение звука средой заметно возрастает с увеличением его частоты. Поэтому ультразвук, особенно высокочастотный, и гиперзвук распространяются на очень малые расстояния, ограниченные несколькими сантиметрами.
Законы распространения звуковой энергии присущи механизму звукопроведения в органе слуха. Однако, чтобы звук начал распространяться по цепи слуховых косточек, необходимо, чтобы барабанная перепонка пришла в колебательное движение. Колебания последней возникают в результате ее способности резонировать , т. е. поглощать энергию падающих на нее звуковых волн.
Резонанс — это акустическое явление, в результате которого падающие на какое-либо тело звуковые волны вызывают вынужденные колебания этого тела с частотой приходящих волн. Чем ближе собственная частота колебаний облучаемого объекта к частоте падающих волн, тем больше звуковой энергии этот объект поглощает, тем выше становится амплитуда его вынужденных колебаний, в результате чего этот объект сам начинает издавать собственный звук с частотой, равной частоте падающего звука. Барабанная перепонка благодаря своим акустическим свойствам обладает способностью резонировать на широкий спектр звуковых частот практически с одинаковой амплитудой. Такой тип резонирования называется тупым резонансом .
Физиология звукопроводящей системы
Анатомическими элементами звукопроводящей системы являются ушная раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка, цепь слуховых косточек, мышцы барабанной полости, структуры преддверия и улитки (перилимфа, эндолимфа, рейснерова, покровная и базилярная мембраны, волоски чувствительных клеток, вторичная барабанная перепонка (мембрана окна улитки). На рис. 1 представлена общая схема системы звукопроведения.
Рис. 1. Общая схема системы звукопроведения. Стрелками показано направление звуковой волны: 1 — наружный слуховой проход; 2 — надбарабанное пространство; 3 — наковальня; 4 — стремя; 5 — головка молоточка; 6, 10 — лестница преддверия; 7, 9 — улитковый проток; 8 — улитковая часть преддверно-улиткового нерва; 11 — барабанная лестница; 12 — слуховая труба; 13 — окно улитки, прикрытое вторичной барабанной перепонкой; 14 — окно преддверия, с подножной пластинкой стремени
Каждому из этих элементов свойственны специфические функции, которые в совокупности обеспечивают процесс первичной обработки звукового сигнала — от его «поглощения» барабанной перепонкой до разложения на частоты структурами улитки и подготовки его к рецепции. Изъятие из процесса звукопроведения любого из этих элементов или повреждение какого-либо из них приводит к нарушению передачи звуковой энергии, проявляющемуся явлением кондуктивной тугоухости .
Ушная раковина человека сохранила в редуцированном виде некоторые полезные акустические функции. Так, интенсивность звука на уровне наружного отверстия слухового прохода на 3-5 дБ выше, чем в свободном звуковом поле. Определенную роль ушные раковины играют в реализации функции ототопики и бинаурального слуха. Ушные раковины играют также и защитную роль. Благодаря особой конфигурации и рельефу при обдувании их воздушным потоком образуются разбегающиеся вихревые потоки, препятствующие попаданию в слуховой проход воздуха и пылевых частиц.
Функциональное значение наружного слухового прохода следует рассматривать в двух аспектах — клинико-физиологическом и физиолого-акустическом. Первый определяется тем, что в коже перепончатой части наружного слухового прохода имеются волосяные луковицы, сальные и потовые железы, а также специальные железы, вырабатывающие ушную серу. Указанные образования играют трофическую и защитную роль, препятствуя проникновению в наружный слуховой проход инородных тел, насекомых, пылевых частиц. Ушная сера , как правило, выделяется в небольших количествах и является естественной смазкой для стенок наружного слухового прохода. Будучи в «свежем» состоянии липкой, она способствует прилипанию к стенкам перепончато-хрящевой части наружного слухового прохода пылевых частиц. Высыхая, она во время акта жевания фрагментируется под влиянием движений в височно-нижнечелюстном суставе и вместе со слущивающимися частицами рогового слоя кожного покрова и прилипшими к ней посторонними включениями выделяется наружу. Ушная сера обладает бактерицидным свойством, в результате чего на коже наружного слухового прохода и барабанной перепонке не обнаруживается микроорганизмов. Длина и изогнутость наружного слухового прохода способствуют защите барабанной перепонки от прямого повреждения инородным телом.
Функциональный (физиолого-акустический) аспект характеризуется ролью, которую играет наружный слуховой проход в проведении звука к барабанной перепонке. На этот процесс влияет не диаметр имеющегося или возникающего в результате патологического процесса сужения слухового прохода, а протяженность этого сужения. Так, при длинных узких рубцовых стриктурах потеря слуха на разных частотах может достигать 10-15 дБ.
Барабанная перепонка является приемником-резонатором звуковых колебаний, обладающим, как уже было отмечено выше, свойством резонировать в широком диапазоне частот без существенных энергетических потерь. Колебания барабанной перепонки передаются рукоятке молоточка, далее — наковальне и стремени. Колебания подножной пластинки стремени передаются перилимфе вестибулярной лестницы, что вызывает колебания основной и покровной мембран улитки. Их колебания передаются волосковому аппарату слуховых рецепторных клеток, в которых происходит трансформация механической энергии в нервные импульсы. Колебания перилимфы в вестибулярной лестнице передаются через вершину улитки к перилимфе барабанной лестницы и далее приводят в колебание вторичную барабанную перепонку окна улитки, подвижность которой обеспечивает протекание колебательного процесса в улитке и защищает рецепторные клетки от чрезмерного механического воздействия при громких звуках.
Слуховые косточки объединены в сложную рычажную систему, обеспечивающую повышение силы звуковых колебаний, необходимое для преодоления инерции покоя перилимфы и эндолимфы улитки и силы трения перилимфы в протоках улитки. Роль слуховых косточек заключается также и в том, что они путем непосредственной передачи жидким средам улитки энергии звука предотвращают отражение звуковой волны от перилимфы в области вестибулярного окна.
Подвижность слуховых косточек обеспечивается тремя суставами, два из которых (наковальне-молоточковый и наковальне-стременной ) устроены типичным образом. Третье сочленение (подножная пластинка стремени в окне преддверия) — это лишь сустав по функции, на самом деле это сложно устроенная «заслонка», выполняющая двоякую роль: а) обеспечение подвижности стремени, необходимой для передачи звуковой энергии структурам улитки; б) герметизация ушного лабиринта в области вестибулярного (овального) окна. Элементом, обеспечивающим эти функции, является кольцевая соединительнотканная связка.
Мышцы барабанной полости (мышца, натягивающая барабанную перепонку, и стременная мышца) выполняют двойную функцию — защитную в отношении сильных звуков и адаптационную при необходимости адаптации звукопроводящей системы к слабым звукам. Они иннервируются двигательными и симпатическими нервами, что при некоторых заболеваниях (миастения, рассеянный склероз, различного рода вегетативные нарушения) нередко отражается на состоянии этих мышц и может проявляться не всегда идентифицируемыми нарушениями слуха.
Известно, что мышцы барабанной полости рефлекторно сокращаются в ответ на звуковое раздражение. Этот рефлекс исходит из рецепторов улитки. Если воздействовать звуком на одно ухо, то в другом ухе возникает содружественное сокращение мышц барабанной полости. Эта реакция получила название акустического рефлекса и используется в некоторых методиках исследования слуха.
Различают три вида звукопроведения: воздушный, тканевый и тубарный (т. е. посредством слуховой трубы). Воздушный тип — это естественное звукопроведение, обусловленное поступлением звука к волосковым клеткам спирального органа из воздушной среды посредством ушной раковины, барабанной перепонки и всей остальной системы звукопроведения. Тканевое , или костное , звукопроведение реализуется в результате проникновения звуковой энергии к подвижным звукопроводящим элементам улитки через ткани головы. Примером реализации костного звукопроведения может служить методика камертонального исследования слуха, при которой рукоятка звучащего камертона прижимается к сосцевидному отростку, темени или другой части головы.
Различают компрессионный и инерционный механизм тканевого звукопроведения. При компрессионном типе возникает сжатие и разряжение жидких сред улитки, что вызывает раздражение волосковых клеток. При инерционном типе элементы звукопроводящей системы, благодаря силам инерции, развиваемым их массой, отстают в своих колебаниях от остальных тканей черепа, в результате чего возникают колебательные движения в жидких средах улитки.
К функциям внутриулиткового звукопроведения относится не только дальнейшая передача звуковой энергии к волосковым клеткам, но и первичный спектральный анализ звуковых частот, и распределение их по соответствующим сенсорным элементам , находящимся на базилярной мембране. При этом распределении соблюдается своеобразный акустико-топический принцип «кабельной» передачи нервного сигнала к высшим слуховым центрам, позволяющий осуществлять высший анализ и синтез информации, содержащейся в звуковых сообщениях.
Слуховая рецепция
Под слуховой рецепцией понимают трансформацию механической энергии звуковых колебаний в электрофизиологические нервные импульсы, являющиеся закодированным выражением адекватного раздражителя звукового анализатора. Рецепторы спирального органа и другие элементы улитки служат генератором биотоков, именуемых улитковыми потенциалами . Существует несколько типов этих потенциалов: токи покоя, токи действия, микрофонный потенциал, суммационный потенциал.
Токи покоя регистрируются в отсутствие звукового сигнала и делятся на внутриклеточный и эндолимфатический потенциалы. Внутриклеточный потенциал регистрируется в нервных волокнах, в волосковых и опорных клетках, в структурах базилярной и рейснеровой (ретикулярной) мембран. Эндолимфатический потенциал регистрируется в эндолимфе улиткового протока.
Токи действия — это интерферированные пики биоэлектрических импульсов, генерируемые только волокнами слухового нерва в ответ на звуковое воздействие. Информация, содержащаяся в токах действия, находится в прямой пространственной зависимости от места раздражаемых на основной мембране нейронов (теории слуха Гельмгольца, Бекеши, Дэвиса и др.). Волокна слухового нерва группируются по каналам, т. е. по признаку их частотной пропускной способности. Каждый канал способен передавать только сигнал определенной частоты; таким образом, если в данный момент на улитку действуют низкие звуки, то в процессе передачи информации участвуют только «низкочастотные» волокна, а высокочастотные в это время находятся в состоянии покоя, т. е. в них регистрируется только спонтанная активность. При раздражении улитки длительным однотонным звуком частота разрядов в отдельных волокнах уменьшается, что связано с феноменом адаптации или утомлением.
Микрофонный эффект улитки является результатом ответа на звуковое воздействие только наружных волосковых клеток. Действие ототоксических веществ и гипоксия приводят к угнетению или исчезновению микрофонного эффекта улитки. Однако в метаболизме этих клеток присутствует и анаэробный компонент, поскольку микрофонный эффект сохраняется на протяжении нескольких часов после смерти животного.
Суммационный потенциал обязан своим происхождением реакции на звук внутренних волосковых клеток. При нормальном гомеостатическом состоянии улитки суммационный потенциал, регистрируемый в улитковом протоке, сохраняет оптимальный отрицательный знак, однако незначительная гипоксия, действие хинина, стрептомицина и ряда других факторов, нарушающих гомеостаз внутренних сред улитки, нарушают соотношение величин и знаков улитковых потенциалов, при котором суммационный потенциал становится положительным.
К концу 50-х гг. XX в. было установлено, что в ответ на звуковое воздействие в различных структурах улитки возникают определенные биопотенциалы, которые дают начало сложному процессу восприятия звуков; при этом акционные потенциалы (токи действия) возникают в рецепторных клетках спирального органа. В клиническом отношении представляется весьма важным факт высокой чувствительности этих клеток к дефициту кислорода, изменению уровня углекислоты и сахара в жидких средах улитки, нарушению ионного равновесия. Указанные изменения могут приводить к парабиотическим обратимым или необратимым патоморфологическим изменениям рецепторного аппарата улитки и к соответствующим нарушениям слуховой функции.
Отоакустическая эмиссия . Рецепторные клетки спирального органа помимо своей основной функции обладают еще одним удивительным свойством. В покое или при действии звука они приходят в состояние высокочастотной вибрации, в результате чего образуется кинетическая энергия, распространяющаяся как волновой процесс через ткани внутреннего и среднего уха и поглощающаяся барабанной перепонкой. Последняя под влиянием этой энергии начинает излучать наподобие диффузора громкоговорителя очень слабый звук в полосе 500-4000 Гц. Отоакустическая эмиссия является не процессом синаптического (нервного) происхождения, а результатом механических колебаний волосковых клеток спирального органа.
Психофизиология слуха
Психофизиология слуха рассматривает две основные группы проблем: а) измерение порога ощущения , под которым понимают минимальный предел чувствительности сенсорной системы человека; б) построение психофизических шкал , отражающих математическую зависимость или отношение в системе «стимул/ реакция» при различных количественных значениях ее компонентов.
Существуют две формы порога ощущения — нижний абсолютный порог ощущения и верхний абсолютный порог ощущения . Под первым понимают минимальную величину стимула, вызывающего ответную реакцию, при которой впервые возникает осознанное ощущение данной модальности (качества) раздражителя (в нашем случае — звука). Под вторым подразумевают величину раздражителя, при которой ощущение данной модальности раздражителя исчезает или качественно изменяется . Например, мощный звук вызывает искаженное восприятие его тональности или даже экстраполируется в область болевого ощущения («порог боли»).
Величина порога ощущения зависит от того, при какой степени адаптации слуха он измерен. При адаптации к тишине порог понижается, при адаптации к определенному шуму — повышается.
Подпороговыми стимулами называются те, величина которых не вызывает адекватного ощущения и не формирует чувственного восприятия. Однако, по некоторым данным, подпороговые стимулы при достаточно длительном их действии (минуты и часы) могут вызывать «спонтанные реакции» типа беспричинных воспоминаний, импульсивных решений, внезапных озарений.
С порогом ощущения связаны так называемые пороги различения : дифференциальный порог интенсивности (силы) (ДПИ или ДПС) и дифференциальный порог качества или частоты (ДПЧ). Оба этих порога измеряются как при последовательном , так и при одновременном предъявлении стимулов. При последовательном предъявлении стимулов порог различения может быть установлен в том случае, если сравниваемые интенсивности и тональности звука различаются не менее чем на 10%. Пороги одновременного различения, как правило, устанавливаются при пороговом обнаружении полезного (тестирующего) звука на фоне помехи (шумовой, речевой, гетеромодальной). Метод определения порогов одновременного различения применяют для исследования помехоустойчивости звукового анализатора.
В психофизике слуха рассматриваются также пороги пространства , местоположения и времени . Взаимодействие ощущений пространства и времени дает интегральное чувство движения . Чувство движения основано на взаимодействии зрительного, вестибулярного и звукового анализаторов. Порог местоположения определяется пространственно-временной дискретностью возбуждаемых рецепторных элементов. Так, на базальной мембране звук в 1000 Гц отображается примерно в области ее средней части, а звук 1002 Гц сдвинут в сторону основного завитка настолько, что между участками этих частот находится одна невозбужденная клетка, для которой «не нашлось» соответствующей частоты. Следовательно, теоретически порог звукового местоположения идентичен порогу различения частоты и составляет 0,2% в частотном измерении. Этот механизм обеспечивает экстраполированный в пространство порог ототопики в горизонтальной плоскости в 2-3-5°, в вертикальной плоскости этот порог в несколько раз выше.
Психофизические законы восприятия звука формируют психофизиологические функции звукового анализатора. Под психофизиологическими функциями любого органа чувств понимают процесс возникновения ощущения, специфического для данной рецепторной системы при действии на нее адекватного раздражителя. В основе психофизиологических методов лежит регистрация субъективного ответа человека на тот или иной раздражитель.
Субъективные реакции органа слуха делятся на две большие группы — спонтанные и вызванные . Первые по своему качеству приближаются к ощущениям, вызванным реальным звуком, хотя и возникают «внутри» системы, чаще всего при утомлении звукового анализатора, интоксикациях, различных местных и общих заболеваниях. Вызванные ощущения обусловлены в первую очередь действием адекватного раздражителя в заданных физиологических пределах. Однако они могут быть спровоцированы внешними патогенными факторами (акустическая или механическая травма уха или слуховых центров), тогда эти ощущения по своей сути приближаются к спонтанным.
Звуки делятся на информационные и индифферентные . Нередко вторые служат помехой для первых, поэтому в слуховой системе существует, с одной стороны, механизм селекции полезной информации, с другой — механизм подавления помех. Вместе они обеспечивают одну из важнейших физиологических функций звукового анализатора — помехоустойчивость .
В клинических исследованиях используется лишь небольшая часть психофизиологических методов исследования слуховой функции, в основе которых лежат лишь три: а) восприятие интенсивности (силы) звука, отражающееся в субъективном ощущении громкости и в дифференцировке звуков по силе; б) восприятие частоты звука, отражающееся в субъективном ощущении тона и тембра звука, а также и в дифференцировке звуков по тональности; в) восприятие пространственной локализации источника звука, отражающееся в функции пространственного слуха (ототопика). Все указанные функции в естественных условиях обитания человека (и животных) взаимодействуют, изменяя и оптимизируя процесс восприятия звуковой информации.
Психофизиологические показатели функции слуха, как и любого другого органа чувств, основываются на одной из важнейших функций сложных биологических систем — адаптации .
Адаптация — это биологический механизм, при помощи которого организм или отдельные его системы приспосабливаются к энергетическому уровню действующих на них внешних или внутренних раздражителей для адекватного функционирования в процессе своей жизнедеятельности . Процесс адаптации органа слуха может реализовываться в двух направлениях: повышение чувствительности при слабых звуках или их отсутствии и понижение чувствительности при чрезмерно сильных звуках . Повышение чувствительности органа слуха в тишине называют физиологической адаптацией. Восстановление чувствительности после ее снижения, возникающего под влиянием длительно действующего шума, называют обратной адаптацией. Время, в течение которого чувствительность органа слуха возвращается к исходному, более высокому уровню, называют временем обратной адаптации (BOA).
Глубина адаптация органа слуха к звуковому воздействию зависит от интенсивности, частоты и времени действия звука, а также от времени тестирования адаптации и соотношения частот воздействующего и тестирующего звуков. Степень слуховой адаптации оценивают по величине потери слуха над порогом и по BOA.
Маскировка — психофизиологический феномен, основанный на взаимодействии тестирующего и маскирующего звуков . Сущность маскировки заключается в том, что при одновременном восприятии двух звуков разной частоты более интенсивный (более громкий) звук будет маскировать более слабый. В объяснении этого феномена конкурируют две теории. Одна из них отдает предпочтение нейрональному механизму слуховых центров, находя подтверждение в том, что при воздействии шума на одно ухо наблюдается повышение порога чувствительности на другое ухо. Другая точка зрения основана на особенностях биомеханических процессов, происходящих на базилярной мембране, а именно при моноауральной маскировке, когда тестирующий и маскирующий звуки подаются в одно ухо, более низкие звуки маскируют более высокие звуки. Этот феномен объясняют тем, что «бегущая волна», распространяющаяся по базилярной мембране от низких звуков к вершине улитки, поглощает аналогичные волны, образующиеся от более высоких частот в нижних участках базилярной мембраны, и лишает таким образом способности последнюю резонировать на высокие частоты. Вероятно, оба указанных механизма имеют место. Рассмотренные физиологические функции органа слуха лежат в основе всех существующих методов его исследования.
Пространственное восприятие звука
Пространственное восприятие звука (ототопика по В. И. Воячеку) является одной из психофизиологических функций органа слуха, благодаря которой животные и человек обладают способностью определять направление и пространственное положение источника звука. Основу этой функции составляет двуушный (бинауральный) слух. Лица с выключенным одним ухом не способны по звуку ориентироваться в пространстве и определять направление источника звука. В клинике ототопика имеет значение при дифференциальной диагностике периферических и центральных поражений органа слуха. При поражении полушарий головного мозга возникают различные нарушения ототопики. В горизонтальной плоскости функция ототопики осуществляется с большей точностью, чем в вертикальной плоскости, что подтверждает теорию о ведущей роли в этой функции бинаурального слуха.
Теории слуха
Вышеперечисленные психофизиологические свойства звукового анализатора в той или иной степени объяснимы рядом теорий слуха, разработанных в конце XIX — начале XX в.
Резонансная теория Гельмгольца объясняет возникновение тонального слуха явлением резонирования так называемых струн основной перепонки на различные частоты: на высокие звуки резонируют короткие волокна основной мембраны, расположенные в нижнем завитке улитки, на средние частоты резонируют волокна, расположенные в среднем завитке улитки, и на низкие частоты — в верхнем завитке, где расположены наиболее длинные и расслабленные волокна.
Теория бегущей волны Бекеши основана на гидростатических процессах в улитке, обусловливающих при каждом колебании подножной пластинки стремени деформацию основной мембраны в виде волны, бегущей по направлению к вершине улитки. При низких частотах бегущая волна достигает участка основной мембраны, находящегося в верхушке улитки, где расположены длинные «струны», при высоких частотах волны вызывают изгиб основной мембраны в основном завитке, где расположены короткие «струны».
Теория П. П. Лазарева объясняет пространственное восприятие отдельных частот вдоль основной мембраны неодинаковой чувствительностью волосковых клеток спирального органа к разным частотам. Эта теория нашла свое подтверждение в трудах К. С. Равдоника и Д. И. Насонова, согласно которым живые клетки организма независимо от их принадлежности реагируют биохимическими изменениями на облучение звуком.
Теории о роли основной мембраны в пространственном различении звуковых частот нашли подтверждение в исследованиях с условными рефлексами в лаборатории И. П. Павлова. В этих исследованиях вырабатывался условный пищевой рефлекс на разные частоты, который исчезал после разрушения разных участков основной мембраны, ответственных за восприятие тех или иных звуков. В. Ф. Ундриц исследовал биотоки улитки, которые исчезали при разрушении различных участков основной мембраны.
Оториноларингология. В.И. Бабияк, М.И. Говорун, Я.А. Накатис, А.Н. Пащинин