передача звука в мозг
Передача сигналов от слуховых анализаторов в мозг
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА ЧЕЛОВЕКА
Строение и функционирование слухового анализатора человека
Всю звуковую информацию, которую человек получает из внешнего мира (она составляет примерно 25% от общей), он распознает с помощью слуховой системы.
Слуховая система является своеобразным приемником информации и состоит из периферической части и высших отделов слуховой системы.
Периферическая часть слуховой системы выполняет следующие функции:
— акустической антенны, принимающей, локализующей, фокусирующей и усиливающей звуковой сигнал;
— микрофона;
— частотного и временного анализатора;
Аналого-цифрового преобразователя, преобразующего аналоговый сигнал в двоичные нервные импульсы.
Периферическую слуховую систему делят на три части: внешнее, среднее, и внутреннее ухо.
Ушная раковина 1 в области наружного уха (рис. 1.а) направляет акустические колебания в слуховой проход 2, заканчивающийся барабанной перепонкой 5. Слуховой проход служит акустическим резонатором на частотах около 2,6 кГц, что трехкратно поднимает звуковое давление. Поэтому в этой области частот существенно усиливается звуковой сигнал, и именно здесь находится область максимальной чувствительности слухаЗвуковой сигнал воздействует далее на барабанную перепонку3.
Рис.1. Строение органа слуха
Структура внутреннего уха (показана в развернутом виде на рис. 1.6) очень сложна и рассматривается здесь схематически. Его полость 7 представляет собой сужающуюся к вершине трубку, свернутую в 2,5 витка в виде улитки длиной 3,5 см., к которой примыкают каналы вестибулярного аппарата в виде трех колец 9. Весь этот лабиринт ограничен костной перегородкой 10. Заметим, что во входной части трубки, кроме овальной мембраны, имеется мембрана круглого окна 11, выполняющая вспомогательную функцию согласования среднего и внутреннего уха.
По всей длине улитки располагается основная мембрана 12 — анализатор акустического сигнала. Она представляет собой узкую ленту из гибких связок (рис. 1.6), расширяющуюся к вершине улитки. В поперечном сечении (рис. 1.в) показаны основная мембрана 12, костная (рейснерова) мембрана 13, отгораживающая жидкую среду вестибулярного аппарата от слухового; вдоль основной мембраны проходят слои окончаний нервных волокон 14органа Корти, соединяющихся в жгут 15.
Общий механизм передачи звука упрощенно может быть представлен следующим образом: звуковые волны проходят звуковой канал и возбуждают колебания барабанной перепонки. Эти колебания через систему косточек среднего уха передаются овальному окну, которое толкает жидкость в верхнем отделе улитки.
При колебаниях мембраны овального окна в жидкости внутреннего уха возникают упругие колебания, перемещающиеся вдоль основной мембраны от основания улитки к ее вершине. Структура основной мембраны аналогична системе резонаторов с резонансными частотами, локализованными по длине.Участки мембраны, расположенные у основания улитки, резонируют на высокочастотные составляющие звуковых колебаний, заставляя их колебаться, средние реагируют на среднечастотные, а участки, расположенные вблизи вершины, — на низкие частоты. Высокочастотные компоненты в лимфе быстро затухают и на удаленные от начала участки мембраны не воздействуют.
Резонансные явления, локализуемые на поверхности мембраны в виде рельефа, как это схематически показано на рис. 1.г, возбуждают нервные «волосковые» клетки, расположенные на основной мембране в несколько слоев, образующих орган Корти. Каждая из таких клеток имеет до ста «волосковых» окончаний. С наружной стороны мембраны располагается три-пять слоев таких клеток, а под ними находится внутренний ряд, так что общее число «волосковых» клеток, взаимодействующих между собой послойно при деформациях мембраны составляет около 25 тысяч.
В органе Корти происходит преобразование механических колебаний мембраны в дискретные электрические импульсы нервных волокон. Когда основная мембрана вибрирует, реснички на волосковых клетках изгибаются, и это генерирует электрический потенциал, что вызывает поток электрических нервных импульсов, несущих всю необходимую информацию о поступившем звуковом сигнале в мозг для дальнейшей переработки и реагирования. Результатом этого сложного процесса является преобразование входного акустического сигнала в электрическую форму, и после этого с помощью слуховых нервов выполняется его передача к слуховым областям мозга.
Высшие отделы слуховой системы (включая слуховые зоны коры), можно рассматривать как логический процессор, который выделяет (декодирует) полезные звуковые сигналы на фоне шумов, группирует их по определенным признакам, сравнивает с имеющимися в памяти образами, определяет их информационную__ценность и принимает решение об ответных действиях.
Передача сигналов от слуховых анализаторов в мозг
Процесс передачи нервных раздражений от волосковых клеток в головной мозг имеет электрохимический характер.
Рис.2. Механизм передачи нервных раздражений в мозг
Механизм формирования ощущения высоты тона до сих порподвергается дискуссиям. Известно лишь, что на нижних частотах за каждый полупериод звукового колебания возникают несколько импульсов. На верхних частотах импульсы возникают не в каждый полупериод, а реже, например, один импульс за каждый второй период, а на более высоких даже за каждый третий. Частота возникающих нервный импульсов зависит только от интенсивности раздражения, т.е. от значения уровня звукового давления.
Большая часть информации, поступающей от левогоуха, передается в правоеполушарие мозга и, наоборот, большая часть информации, поступающей от правогоуха, передается в левоеполушарие. В слуховых отделах ствола головного мозга определяются высота тона, интенсивность звука и некоторые признаки тембра, т.е. производится первичная обработка сигналов. В коре головного мозга идут сложные процессы обработки. Многие из них являются врожденными, многие формируются в процессе общения с природой и людьми, начиная с младенческого возраста.
Нервные окончания под действием возбуждения генерируют импульсы (т.е. практически сигнал уже кодированный почти цифровой), передаваемые по нервным волокнам к головному мозгу: в первый момент до 1000 имп/с, а через секунду — не более 200 в силу усталости, что определяет процесс адаптации, т.е. снижение воспринимаемой громкости при длительном воздействии сигнала.
Гарнитура AfterShokz Bluez. Звук напрямую в мозг
Не секрет, что технология передачи звука через кость существует уже довольно давно. Однако, в массовых продуктах впервые мы столкнулись с этим в Google Glass. Все же помнят, что там нет никакого наушника, который вставляется в ухо, а есть лишь вибрационная пластина, которая передаёт звук практически напрямую в голову. Оказывается, это не единственное решение на рынке и уже сейчас есть гарнитура, которая работает по такому же принципу. И, несмотря на ужасающее название «костная гарнитура», модель Aftershokz Bluez действительно передаёт звук и прекрасно функционирует. Давайте же рассмотрим её подробнее.
К передаче звука через кость многие люди относятся до сих пор скептически. Кто-то считает, что это вредно, кто-то вообще говорит, что это всё фикция и звук мы всё равно слышим ухом. Мнений может быть множество, но я потестировал эти наушники в течение недели и могу сказать точно — технология работает. Конечно, я не специалист и не могу судить, насколько вредно то, что в ваши кости поступает вибрация, но по-моему, затычки в ушах не сильно полезнее. По крайней мере, о том, что от использования наушников ухудшается слух я читал, а вот про «костную» чувствительность пока каких-то адекватных исследований не видел.
Впрочем, так как я сам по натуре скептик, мне тоже не верилось, что этот гаджет работает. В общем-то, в какой-то степени я оказался прав. По сути за резиновыми накладками спрятаны обычные динамики. Да и звук можно прекрасно слышать через уши. Более того, если мембраны не прислонять к кости, а просто вставить их в уши, звук слышно ещё лучше. Но я решил проверить, передаётся ли звучание музыки через кости или это всего лишь то, что я слышу своими ушами. А как проще всего это сделать? Правильно, заткнуть уши и попробовать послушать наушники. Это и было сделано. С помощью берушей я изолировал свой слуховой аппарат от внешних звуков и даже специально проверил с помощью обычных наушников, что ничего не слышу. Затем надел гарнитуру AfterShokz и вы знаете, действительно, через кость звук отлично передаётся. По сути в эти моменты я слышал только музыку из гарнитуры и свой голос, т.к. он тоже резонировал через голову. Никаких внешних звуков, будь то голос человека, музыка из колонок или шумы с улицы я не слышал. Казалось бы, в чём тут плюсы?
Для обычного аудиофила такая гарнитура, конечно же, вряд ли пригодится. Ему скорее будут по душе хорошие мониторные ушки. Но своя целевая аудитория есть у этих наушников. В первую очередь, это спортсмены, которые занимаются на свежем воздухе. Когда вы бегаете, вам важно слышать всё, что происходит вокруг вас, чтобы не попасть под машину, да и вообще не терять связь с внешним миром. Кроме того, пригодятся такие наушники и автомобилистам. Сейчас все беспроводные гарнитуры, которые есть на рынке, занимают одно ухо. То есть, за рулём у вас на один орган меньше, а когда вы покидаете машину, послушать музыку тоже сложно. С этими наушниками всё немного проще. Когда вы находитесь в машине, вы можете слышать одновременно и собеседника, и звуки окружающей среды. Я, конечно, не знаю, как будет реагировать полиция на то, что вы едете в наушниках, но вряд ли это как-то прописано в наших законах. Кроме того, данная гарнитура подойдёт слабослышащим людям. Телефоном и обычной гарнитурой они по понятным причинам пользоваться не могут. Даже если у них не полная, а частичная потеря слуха, всё равно им нужно сделать в наушниках максимальную громкость. При таких настройках барабанные перепонки могут ещё сильнее повредиться, а все звуки будут слышать в паре метров от вас. А AfrerShokz может транслировать музыку или голос собеседника напрямую во внутреннее ухо.
Да, что касается опасений по поводу использования таких наушников, то бояться ничего не нужно. Способ доставки звука до базилярной мембраны во внутреннем ухе может быть как воздушным, так и костным. Ничего неестественного здесь нет. К тому же, когда вы слышите свой собственный голос, часть колебаний передаётся в ваш мозг именно костным способом. Кстати, поэтому голос, который слышится вам и тот, который вы можете почувствовать на аудиозаписи отличается. Потому что в записи нет колебаний, переданных по костному каналу. Что ж, что-то я углубился в медицинскую тему, пора перейти к обзору гаджета.
Комплектация
Конечно, когда открываешь коробку с наушниками никогда не знаешь, что в ней обнаружишь. Бывает, что кроме самих наушников и дополнительных амбушюр внутри и нет ничего, хотя упаковка огромная. А бывает, что в наборе куча переходников для различных разъемов, чехол, разве что запасные наушники не лежат. Что касается комплектации AfterShokz Bluez, то это что-то среднее. В коробке я нашёл сами наушники, мягкий чехол с парой кармашков для перевозки, специальную резинку для изменения размеров наушников, провод для зарядки и пачку макулатуры в виде инструкций на разных языках. В общем-то, ничего необычного. Хотя, наверное, стоит отдельно упомянуть резинку для регулировки размера.
Если эту штуку надеть на наушники, то можно уменьшить их размер. Мне, например, она не нужна, т.к. обхват головы довольно большой. Но вот девушкам или парням с миниатюрными черепами (зловеще звучит, да?) пригодится. Помню, когда раньше были наушники с такой конструкцией, многие мучились, т.к. не могли никак уменьшить дужку и она постоянно болталась. С такой резиночкой проблем с адаптацией под нужную голову не будет.
Внешний вид
Выглядят наушники стильно и современно. Корпус чёрного цвета, но, к сожалению, снаружи он глянцевый, так что отпечатки пальцев на нём видны прекрасно. Внутренняя же поверхность матовая, смотрится такое сочетание отлично. Плавные линии и гладкие переходы только дополняют стиль гарнитуры.
 |  |
Основные элементы управления находятся сзади на дужке. Тут расположен рычажок для включения наушников, светодиод, который сообщает о разряженной батарее или о том, что наушники включены. Здесь же находится качелька громкости и заглушка, под которой прячется разъем microUSB для зарядки устройства. В том, что элементы управления размещены сзади никаких минусов нет, регулировать громкость удобно, дискомфорта не возникает.
Кроме того, на левом и правом наушнике тоже есть элементы управления. Слева кнопка для ответа на звонок и микрофон, ведь это не просто наушники, а гарнитура. Справа кнопка старта и остановки воспроизведения. С помощью долгого нажатия кнопки на правом наушнике включается режим сопряжения со смартфоном или плеером по Bluetooth.
 |  |
 |  |
На человеке наушники AfterShokz смотрятся довольно странно. Из-за того, что наушник вставляется не в ухо, а прислоняется к скуле. Впрочем, это только первичное впечатление, да и кто будет вглядываться? Если не обращать внимания на это, наушники выглядят просто стильным аксессуаром, причём они подойдут как к спортивной одежде, так и к строгому костюму, благодаря нейтральному чёрному цвету.
 |  |
Мембрана, которая как раз и прилегает к вашей кости сделана из мягкой резины также чёрного цвета. Наощупь она приятная, поэтому никаких раздражений или дискомфорта вызвать не может. Наушники не тугие, поэтому даже после длительного ношения неудобство не возникает.
Несмотря на то, что в этих наушниках стоит аккумулятор на 250 мАч, весят они всего 43 грамма. На голове это чувствуется, но буквально первые пять минут. Затем вы привыкаете и слышите лишь звук. К слову, встроенного аккумулятора хватает примерно на 4-5 часов воспроизведения музыки. Немного, но я примерно столько в день и слушаю свои обычные наушники.
Впечатления
Скажу честно, после недельного теста этих наушников у меня сложилось двоякое впечатление. С одной стороны, в гарнитуре используется интересная технология, которая поможет и автомобилистам, и слабослышащим людям, и спортсменам. В плане удобства гаджет практически идеален. Он не чувствуется на голове, звук слышно хорошо (не так, как если вставить мембраны в уши, конечно, но хорошо). Но есть у устройства и практические минусы. Лично мне не очень понравилось что даже на средней громкости окружающие слышат звук довольно громко. Это можно было бы исправить более плотным прижатием мембран к костям головы, но тогда был бы ощутимый дискомфорт. Ну и конечно, когда вокруг очень громко, эти наушники не послушаешь. То есть, если в метро с помощью обычных затычек можно изолировать себя от шума поезда, то здесь вы будете слышать и музыку, и шумы. Но в целом гаджет мне понравился. Даже несмотря на минусы, есть места, где эту гарнитуру удобно использовать. Например, за тем же рулем автомобиля. Мне было очень просто вести машину и разговаривать по телефону, а когда я вышел из авто, чтобы дойти до магазина, я мог просто слушать музыку в стереоформате.
Качество звука мне понравилось. Да, если поднести резиновые мембраны к ушам, то звук будет громче, но менее чистый. Но и носить наушники так неудобно, всё же они «заточены» именно для того, чтобы лечь на ваши косточки. На высокой громкости мембрана начинает ощутимо вибрировать и даже немного щекотать. Но слушать эти наушники на максимуме практически нереально, мне было очень громко и хотелось скорее выключить. Чувствительность динамиков составляет 100 дБ ± 3 дБ, а частотный диапазон простирается от 20 Гц до 20 кГц.
Плюсы и минусы
Плюсы
Минусы
Выводы
Наушники AfterShokz Bluez, несомненно, являются интересным гаджетом. Гики, которые пока не могут себе позволить Google Glass, но уже хотят протестировать передачу звука через кость, могут приобрести такое устройство. Уверен, что эта гарнитура пригодится спортсменам, автомобилистам и тем, у кого по какой-то причине нарушен слух. Вообще я бы их особенно рекомендовал тем, кто занимается спортом. Сам частенько катаюсь на велосипеде с одним наушником, т.к. нужно слышать, что происходит вокруг. То ли машина едет, то ли человек из-за угла топает. Да и в зале на беговой дорожке с этим гаджетом удобно. Вроде бы и музыку слушаешь, а вроде бы и слышишь стук тренажёра. Но тут уж, как кому нравится. Некоторые же любят полное погружение в аудиозапись.
Кстати, должен отметить, что данные наушники могут быть не очень удобны именно для вас, в связи с конструкцией. Поэтому, рекомендую их примерить, прежде чем покупать. Стоят наушники в районе 4200 рублей. В общем-то, это цена средненькой Bluetooth-гарнитуры. Так что, стоимость AfterShokz Bluez адекватная и соответствует рыночной нише.
P.S. Что касается того, что вы можете слышать звуки внешнего мира, то мне сложно определиться, плохо это или хорошо. Вроде бы да, мы часто надеваем наушники, чтобы изолировать себя от шумов и погрузиться в атмосферу музыки. Разумеется, для такого сценария Bluez плохо подойдут. А если задуматься, то как часто мы сидим дома или на работе с одним наушником, т.к. нужно слышать коллег или одним ухом подслушивать футбольный матч по телевизору? В общем, какого-то однозначного ответа тут нет. Ясно одно, что право на жизнь у этого гаджета есть, надо лишь придумать, когда и где его стоит применять.
P.P.S Я тут наткнулся на забавный сервис. В общем, если кто-то хочет протестировать свой слух и музыкальные навыки, то Philips запустили программу «Золотые уши». Там всё бесплатно, можно зарегистрироваться и поиграть. Я смог дойти до среднего уровня, а вот потом иногда ошибаюсь.
Если Вы хотите первыми узнавать о новинках медицинских и фитнес гаджетов, следить за новостями компании, подписывайтесь на наши страницы в социальных сетях. Подписаться можно на странице нашего блога, в 
Твиттере, вступить в нашу группу в Вконтакте и в Facebook. Новинки гаджетов и фитнес-устройств в нашем Интернет-магазине Medgadgets.ru.
Мы слушаем музыку не ушами, а мозгом. Вот, как это работает
Мы любим слушать музыку. Люди, кажется, создают мелодии с тех пор, как научились издавать звуки. Но звук, мелодия и весь симфонический оркестр — ничто без принимающей стороны. На самом деле музыку слышат не уши, а мозг. Два невролога, Аре Бреан и Гейр Ульве Скейе, написали об этом книгу «Музыка и мозг». С её помощью попробуем разобраться в том, как устроено восприятие звуков в нашем организме.
Ушная раковина
Когда энергия от удара по струнам достигает нашей головы, она попадает во внешнее ухо или в ушную раковину. Этот нарост на внешней стороне черепа улавливает и усиливает звуковые сигналы, особенно те, которые ближе к верхней границе частотного диапазона. Поэтому мы так легко выделяем человеческие голоса в какофонии звуков. Из ушной раковины волны попадают в наружный слуховой проход, где в несколько раз усиливаются.
Барабанная перепонка
Когда звуковые волны доходят до барабанной перепонки, она начинает двигаться, как кожа на барабане, когда по нему бьют палочками. Это, в свою очередь, запускает движение косточки на внутренней стороне барабанной перепонки, — молоточка. Молоточек прикреплён ещё к одной косточке, которую называют наковальней. А наковальня крепится к последней слуховой косточке — стремечку. Таким образом, вся энергия переходит с барабанной перепонки в крошечное стремечко и возрастает во много раз.
Улитка
Стремечко прикреплено к овальному окну, напрямую связанному с улиткой. Улитка — это система каналов, наполненных жидкостью. Она разделена на три полости, которые называются барабанная лестница, средняя лестница и лестница преддверия. Когда барабанная перепонка в слуховом канале колеблется под воздействием звуковой волны, стремечко бьёт по овальному окну. Так энергия переходит в волны жидкости во внутреннем ухе. От стремечка ударная волна идёт через первый канал, барабанную лестницу, к самой вершине улитки — а затем в следующий канал, лестницу преддверия, к круглому окну.
В улитке есть чувствительные органы, реагирующие на частоты колебаний жидкости во внутреннем ухе. Вместе они называются кортиев орган. Каждый из них состоит из двух слоёв волосковых клеток, прикреплённых к желеобразной мембране. Параллельно ей вдоль всего канала идёт базилярная мембрана. Когда колебания жидкости смещают относительно друг друга базилярную и текториальную мембраны, волосковые клетки в Кортиевом органе движутся. Это открывает ионные каналы волосковых клеток и стимулирует соответствующие нервные клетки — они подают электрический сигнал. Нервные клетки всех волосковых клеток Кортиева органа образуют слуховой нерв — он передаёт сигналы дальше.
Интересный факт
Звук нашего голоса достигает ушей не только снаружи, но и через вибрации в черепе. Они передаются в жидкость во внутреннем ухе. Это объясняет, почему собственный голос кажется нам странным в записи, ведь мы воспринимаем его уже только через воздух — как и все остальные звуки.
Слуховой нерв
Превратившись в улитке в электрические импульсы, звуковые волны передаются в мозг по слуховому нерву. Сигналы принимает определённый отдел в противоположном полушарии мозга — первичная слуховая кора. То есть, если звук идёт из правого уха, принимать его будет кора в левом полушарии. Слуховой нерв заканчивается в стволе головного мозга.
От ствола головного мозга нервные волокна идут не только по «основному пути» — к слуховой коре в височной доле противоположного полушария, но и напрямую к слуховой коре того же полушария. Это важно для локализации источника звука: мозг понимает, что источник звука расположен ближе к тому уху, от которого сигналы доходят быстрее. Этот удивительный механизм позволяет различить источники, угол между которыми составляет всего два градуса. У всех сигналов разная сила звука и высота тона, и благодаря этому мозг понимает, спереди или сзади от него находится источник звука, движется он или стоит на месте.
Интересный факт
В мозгу существуют связи между входящими звуковыми сигналами и зонами, отвечающими за движения глаз. Они отвечают за то, чтобы взгляд автоматически направлялся туда, откуда приходит неожиданный звук.
А что дальше?
Дальше мозг расшифровывает тоны, тембры и частоты. Анализирует полученные данные и выдаёт ту информацию, которую мы слышим. Он также передаёт сигналы назад улитке, чтобы та контролировала силу звука: благодаря этому мы не теряем слух, стоя на рок концерте или около турбины самолёта. На этом работа мозга не заканчивается, и музыка в нём создаёт больше, чем вы можете себе представить. Но об этом — в книге.
5 медицинских открытий, которые до сих пор спасают нам жизнь
Группы крови, инсулин и бактерия, вызывающая гастрит
2021, ООО «Альпина Диджитал»
Все права защищены