Текст книги "Во все уши. Про многозадачный орган, благодаря которому мы слышим, сохраняем рассудок и держим равновесие"

Батарейка в голове

Вы знали, что у вас в голове есть электрические генераторы? Одна из их функций – превращение движений воздуха в электрические импульсы. Каждую секунду сотни тысяч таких импульсов устремляются из ушей в мозг. Их производят уже известные нам волосковые клетки. На поверхности такой клетки располагаются тонкие волоски, отсюда и название. Эти волоски похожи на тумблеры. От восьмидесяти до ста пятидесяти волосков клетки выступают прямо в эндолимфу. Когда волоски наклоняются, в них открываются крошечные канальчики, находящиеся на кончиках волосков. Сквозь них просачивается микроскопическое количество эндолимфы и попадает в волосковую клетку. Оно восполняет разницу зарядов между жидкостями, и возникает электрический ток. Как только волоски возвращаются в исходное положение, ток останавливается. Это всегда продолжается какие-то доли секунды. Таким образом, каждая отдельная волосковая клетка действует как крошечная батарейка, которая включается и выключается в быстрой последовательности. Но от чего волоски вообще пригибаются?

Как мы уже знаем, внутри улитки волосковые клетки размещаются на базилярной мембране. В зависимости от частоты она особенно сильно вибрирует на определенном участке, как в описанной модели с резиновой лентой в пластиковой трубке. Так, например, шум, производимый электрической зубной щеткой на частоте четыре килогерца, вызывает на соответствующем участке мембраны четыре тысячи колебаний в секунду. Соответственно, волосковые клетки в этом месте быстро раскачиваются из стороны в сторону. Но чтобы в достаточной мере наклонить волоски, этого недостаточно. Поэтому на них лежит тяжелая покровная мембрана. По сравнению с волосками, которые быстро двигаются, она остается практически неподвижной. Поскольку кончики волосков задерживаются на мембране, они пригибаются. Это можно наглядно продемонстрировать с помощью той же электрической зубной щетки. Если слегка надавить ладонью на вибрирующую головку щетки, рука не будет двигаться, но щетинки будут наклоняться назад и вперед. Подобное происходит и внутри улитки. В результате на соответствующем участке столь же быстро генерируются импульсы тока. Волосковые клетки могут передавать до шести сотен таких сигналов в секунду. Если колебание звука превышает эту скорость, как в случае с зубной щеткой и четырьмя тысячами колебаний в секунду, оно передается благодаря взаимодействию нескольких нервных волокон. Вестибулярный аппарат также обладает волосковыми клетками, но здесь все функционирует несколько иначе.

Желейный пудинг с крошками помогает держать равновесие

С точки зрения эволюции, самая древняя часть наших ушей – это два маленьких мешочка вестибулярного аппарата, по одному в каждом ухе, расположенном в непосредственной близости от улитки. Они регистрируют положение головы с помощью силы земного притяжения. В каждом из мешочков имеется желеобразный бугорок: в одном он выровнен горизонтально, в другом – вертикально подвешен на боковой стенке. Соответственно, один из желеобразных бугорков отвечает за восприятие горизонтальных движений, а другой – вертикальных. Вместе бугорки содержат более 50 тысяч волосковых клеток. Сверху на их гребешках находятся тысячи крошечных кальциевых камешков, подобных тем, что наблюдались у древних кишечнополостных животных. Но в наших ушах они выполняют другую функцию: постоянно тянут своим весом желеобразную массу в направлении силы земного притяжения.

Все это можно представить себе в виде кусочка желейного пудинга, к которому прилипли тяжелые кальциевые крошки, над вертикально стоящими волосками. Если держать пудинг под наклоном, под весом крошек он изгибается в одном направлении, и волоски, соответственно, тоже будут изгибаться вместе с ним. Именно это происходит в ушах, когда вы наклоняете голову. Если остаетесь в том же положении, изгиб останется прежним, и волосковые клетки будут беспрестанно посылать импульсы в мозг. При каждом возможном положении головы активизируются определенные сенсорные клетки в правом и левом ухе. Таким образом, вестибулярный аппарат всегда активен, даже если вы не двигаетесь.

Но одной этой системы недостаточно, чтобы заставить почувствовать резкие ускорения и вращательные движения. Для этой цели существуют три костных полукружных канала, соединенных с мешочками вестибулярного аппарата. В расширенном основании каждого из полукружных каналов волосковые клетки находятся в высоком куполе из желеобразной массы. Масса не отягощена кальциевыми камешками, поэтому ведет себя иначе, чем желеобразный бугорок в мешочках вестибулярного аппарата. Купола остаются перпендикулярными основанию, даже когда голова наклонена. Это происходит потому, что их вершина срослась с трубкой мембранного лабиринта и не может соскользнуть. Если в этот момент ускорение отсутствует, они не передают мозгу сигнал о движении.

Ситуация выглядит иначе, когда голова – или даже все тело – приводится в движение. Эндолимфа, в которой находятся купола, пребывает в неподвижном состоянии. Когда голова двигается, купол немедленно повторяет это движение, тогда как окружающая жидкость остается на месте несколько дольше. Вы можете пронаблюдать этот эффект, когда, находясь в машине, держите в руке открытый стаканчик с напитком и нажимаете на газ. Так как автомобиль вместе с вами и стаканчиком приходит в движение быстрее жидкости, она выплескивается из него. Пожалуйста, не пытайтесь проделать это с горячими напитками или красящими жидкостями!

Вестибулярный аппарат всегда активен – при каждом возможном положении головы активизируются определенные сенсорные клетки в правом и левом ухе.

Если бы на дне стаканчика находился желеобразный купол, как в вестибулярном аппарате, то при ускорении он бы наклонялся против направления движения под действием неподвижной жидкости. Именно это происходит в полукружных каналах, в результате чего волосковые клетки изгибаются и испускают соответствующие импульсы. В зависимости от того, в каком направлении происходит движение, эффект сильнее всего проявляется в одном из трех разнонаправленных каналов. Поэтому наш мозг способен определить направление движения.

Как только скорость эндолимфы подстраивается под скорость окружающей среды, мозг получает сообщение о том, что движение прекратилось. Это самое настоящее благословение, к примеру, для тех, кто едет в поезде. Даже если вы пересекаете ландшафт со скоростью 200 километров в час, все равно можете спокойно вздремнуть. Но прежде чем соберетесь это сделать по причине усталости от чрезмерного обилия информации по анатомии в этой главе, давайте вернемся к нашей истории.

Безвредно, но неприятно: позиционное головокружение

Кальциевые крошки могут отделяться от желеобразных бугорков вестибулярного аппарата. Причины этого неизвестны. Вероятно, такое может случиться после сильного сотрясения черепа, в результате перенесенных инфекций или вследствие старения. Кальциевые камешки могут затеряться в полукружных каналах и вызывать головокружения. Под руководством врача проблему удается легко решить: после серии движений головой камешки из полукружных каналов перемещаются туда, где они больше не будут беспокоить. Если проблема возникает часто, метод можно освоить и выполнять самостоятельно.

Четыре уха слышат больше, чем два

Уже поздний вечер, и между нами стоит полупустая бутылка белого вина. На самом деле при моей болезни нельзя пить алкоголь, но для этой особой встречи с Андреасом я делаю исключение. Весь вечер мы говорили об ушах. Я многое узнал и поражен тем, как могло развиться что-то настолько сложное, как слух и чувство равновесия. Я вообще не перестаю удивляться. В первую очередь меня очаровала область, в которой Андреас проводит исследования для своего работодателя. Оно о том, как сигналы, поступающие от уха, обрабатываются в мозге. Андреас в двух словах раскрывает суть своей работы:

– Процесс слушания происходит не в ушах, а в мозге.

Я с недоверием гляжу на него, и он объясняет, что уши сами по себе дают очень мало информации. Лишь очень сложное и невероятно быстрое соединение и интерпретирование мозгом отдельных элементов дарит нам впечатление от услышанного. В итоге мы, можно сказать, слышим больше, чем дают уши. Именно поэтому мы можем понимать речь, наслаждаться музыкой или определять, в каком направлении двигаются приближающиеся автомобили. Андреас идет еще дальше:

– Наш мозг в определенной степени даже формируется под воздействием слуха, как и других наших чувств. Это называется нейропластичностью.

– Ты должен рассказать об этом подробнее, – говорю я и хватаю бутылку вина, чтобы передать ему. Андреас поднимает руки в знак отказа.

– Уже правда очень поздно, а у меня рано утром назначена встреча. Я еще много чего могу тебе рассказать, но в другой раз. Как ты смотришь на то, чтобы приехать ко мне на юг? Наша тихая сельская жизнь, безусловно, пойдет тебе на пользу. Ты можешь остаться погостить на несколько дней, и мы обсудим узкоспециальные вопросы.

– Звучит многообещающе!

– К слову о звучании: кажется, тема слуха тебя сильно увлекла.

– Да, она меня зацепила. В конце концов, слух кормил меня последние 12 лет. Но, несмотря на это, я никогда всерьез не задумывался о своих ушах. И только теперь я понял, какую ценность они представляют. Все, что происходит внутри них, – это нечто исключительное, и я хочу узнать об этом больше.

Андреас поднимается со словами:

– Если хочешь, могу порекомендовать тебе парочку книг и научных статей по этой тематике.

– Очень хочу.

Я провожаю его до двери. Мы прощаемся, и Андреас, уже стоя на лестничной площадке, оборачивается и произносит:

– Если появятся вопросы или чего-то не поймешь, можешь звонить мне в любое время.

– Именно так я и поступлю, – с улыбкой отвечаю я.

Андреас, конечно, понятия не имеет, на что он только что подписался. Погружаясь в одну тему, я стремлюсь изучить предмет досконально. Определенно, я буду занимать его линию чаще, чем Андреасу хотелось бы…

Часть II. Чудо понимания

Ушной ВОР

Тем, что можете прочесть эти строчки, вы обязаны своим ушам. Глупости, подумаете вы, я же вижу буквы глазами! Однако это возможно лишь потому, что органы равновесия в ушах помогают на доли секунды удерживать взгляд обращенным в нужном направлении. Не имеет значения, находитесь вы в книжном магазине и с любопытством перелистываете страницы или удобно расположились на диване у себя дома с электронной книгой в руках. Ваши уши постоянно сообщают остальным частям тела, где верх, а где низ, где лево, а где право, независимо от того, пребывает ли голова в состоянии покоя или двигается. Эта информация передается через черепные нервы мышцам глаз и автоматически регулирует направление взгляда. Это происходит совершенно неосознанно под действием вестибулоокулярного рефлекса. Для простоты мы будем использовать сокращение ВОР. ВОР – это то, что обеспечивает стабилизацию взгляда на объекте, когда вы ВОРочаете головой.

В действительности от строчки к строчке путешествуют не только ваши глаза, но и уши! Даже если вы сейчас покачаете головой или понимающе кивнете, взгляд все равно сможет удержаться на строке благодаря прямому приказу внутреннего уха. То, что на самом деле все это происходит в результате действия гравитации, исследователи смогли подтвердить на примере космонавтов с Международной космической станции. Движения глаз экипажа регистрировали, пока они читали в невесомости, и было обнаружено, что их взгляд дергается. Поэтому чтение в космосе утомляет гораздо сильнее, чем в гравитационном поле Земли.

Разумеется, ВОР развивался с течением эволюции не только для того, чтобы облегчить процесс чтения. Скорее его основная задача – уметь удерживать цель, когда находишься в движении. Это было жизненно необходимо как для охотников, так и для их добычи, чтобы они могли следить за своим противником во время охоты или бегства.

ВОР работает следующим образом: всякий раз, когда вы поворачиваете или наклоняете голову, или все тело в одном направлении, рефлекс перемещает глаза точно в противоположном направлении. Собеседникам кажется, что ваши глаза замирают подобно стрелке компаса, пока голова движется. Если бы все происходило не так, то вся окружающая среда, которую вы наблюдаете, когда идете или бежите, воспринималась бы как картинка, прыгающая при каждом шаге. Представление о том, как это могло бы выглядеть, можно получить по фильмам, снятым с помощью ручных камер. Такой способ ведения съемки в середине 1990-х годов произвел настоящий фурор благодаря съемочной группе «Догма 95» под руководством режиссера Ларса фон Триера. При любом положении картинка сильно трясется, потому что камеры не опираются на штативы, а находятся в руках у операторов. Любое самое незначительное движение тела смещает весь кадр. В многочисленных боевиках этот метод используется для того, чтобы сделать сцены сражений более быстрыми и реалистичными. Однако здесь есть одна проблема: некоторых людей от этого начинает тошнить. Все потому, что наше видение происходящего не соответствует информации, которую вестибулярный аппарат посылает мозгу. Уши сообщают: все спокойно, движение отсутствует. В то же время глаза жалуются мозгу, что все вокруг бешено скачет. Между прочим, здесь тоже кроется причина, по которой сильные приступы головокружения, что я испытывал, сопровождаются тошнотой и рвотой. В результате короткого замыкания в органе равновесия от пораженного уха в мозг передается ощущение, что все пребывает в движении. В то же время другое ухо говорит, что все стоит на месте. Чтобы скомпенсировать это ощущение, ВОР старается постоянно отклонять взгляд в сторону больного уха. Такие движения глаз у пациентов с головокружением происходят неконтролируемо, заставляя окружающий мир вращаться, а желудок выворачиваться наизнанку.

Органы равновесия в ушах помогают на доли секунды удерживать взгляд обращенным в нужном направлении.

К слову, это работает и в обратную сторону, а именно, когда мы двигаемся, но нам кажется, что картинка перед глазами неподвижна. Так проявляется печально известная морская болезнь: уши бьют тревогу, потому что корабль качается, но в каюте все выглядит неподвижным. Поэтому при морской болезни полезно выходить на палубу и смотреть на горизонт. Зафиксировавшись на неподвижной точке, глаза смогут понять движение корабля.

Интересный вопрос: почему нам вообще становится дурно, когда движения взгляда и тела не совпадают? По мнению ученых, это происходит потому, что в ходе эволюции после отравления выживали только те существа, которых вовремя стошнило ядом. Когда травоядное животное съедало ядовитое растение или плотоядное поедало протухшую падаль, отравляющие вещества оказывали влияние на систему равновесия, и у животных начинала кружиться голова. В этой ситуации для них уже существовала связь между головокружением и тошнотой, следовательно, они вовремя освобождались от яда, выживали и могли передавать эту особенность своим потомкам. Возможно, с этим связаны глубоко укоренившиеся в подсознании смертельные страхи, о которых во время сильнейших приступов головокружения рассказывают пациенты с болезнью Меньера. Организм чувствует себя точно так же, как и при отравлении!

Четыре действенных способа справиться с морской болезнью

• Зафиксируйте взгляд на неподвижной точке на горизонте.

• Ешьте имбирь.

• Носите специальные браслеты на запястьях, оказывающие давление на акупрессурные точки, – их можно приобрести в аптеке.

• Принимайте лекарства от укачивания.

Поэтому, когда в следующий раз во время поездки на автомобиле, морской прогулки или в кино за просмотром фильма с трясущейся камерой у вас появится ощущение слабости в желудке, будьте благодарны: без этой системы предупреждения в организме ваши предки могли погибнуть, и вы никогда бы не родились.

Эффект кукольной головы

Рефлекс, который всегда отводит наши глаза против направления движения головы, функционирует и у людей, находящихся в бессознательном состоянии. Медики называют это эффектом кукольной головы: если у человека, потерявшего сознание, в положении лежа открыть глаза и осторожно подвигать его головой влево и вправо, глаза не будут двигаться, а будут продолжать пристально глядеть в потолок. Если этого не происходит, врачи знают, что что-то не так. В таком случае может иметь место даже смерть мозга! Тем не менее у новорожденных связанное движение глаз обычно устанавливается во временном промежутке до десяти дней жизни – у них связь между зрением и равновесием еще не полностью сформировалась.

Слышать между строк

Тем, что можете прочесть эти строчки, вы обязаны своим ушам. Не бойтесь, это не опечатка, в результате которой здесь появилось то же предложение, что и в начале предыдущей главы. На этот раз речь пойдет не о том, что вы видите, а о том, как понимаете это. В этом вы полагаетесь на другую незаменимую способность ушей – слух! Потому что на самом деле во время чтения вы не различаете ни одной буквы. Вместо этого мозг превращает группы символов непосредственно в воображаемые звуки, которые вы в детстве выучили на слух и которые прямо сейчас повторяете собственным внутренним голосом. Итак, вы читаете этот текст мысленно. Можете легко в этом убедиться, начав на мгновение читать вслух. (Если в этот момент вы находитесь в электричке или в зале ожидания, лучше всего делать это шепотом – пощадите внутренние уши окружающих, чтобы их глаза не устремлялись раздраженно в вашу сторону!)

Проговаривая предложения, обратите внимание, что вы не объединяете отдельные буквы, а сразу же выдаете готовые слова. Перевод текста в речь происходит одним махом. Это неудивительно, ведь письмо было изобретено гораздо позже, чем говорение. Появившееся около 5300 лет назад, письмо относительно новое достижение в истории человечества. Кстати, присутствующим среди вас математикам понравится, что первыми письменными символами были цифры. Устная речь существовала задолго до этого, и в ходе эволюции в человеческом мозге даже развились специальные области, особенно в левом полушарии. Изобретатели письма перевели речь в знаки. И по сегодняшний день в этих областях мозга письменная речь переводится обратно в звуки. Хоть вы и не слышите мой голос, но я говорю с вами прямо сейчас. И даже если бы я общался с вами посредством своего речевого аппарата, ваши уши улавливали бы мой голос, но слова рождались бы в мозге.

Во время чтения вы не различаете ни одной буквы – вместо этого мозг превращает группы символов непосредственно в воображаемые звуки.

С человеческого языка на профессиональный

• Управляющий сигнал, поступающий от ушей, который всегда отклоняет глаза в направлении, противоположном движению головы – вестибулоокулярный рефлекс, сокращенно ВОР.

• Область мозга, которая обрабатывает слуховые впечатления, – слуховая кора.

• Область мозга, переносящая информацию из краткосрочной в долговременную память, – гиппокамп.

• Учение о взаимосвязи между звуковыми волнами и слуховым восприятием – психоакустика.

• Звуки ниже и выше нашего предела восприятия – инфразвук и ультразвук.

От глотания к говорению

То, что первая письменность появилась около 5300 лет назад, удалось довольно точно установить на основе археологических находок. Гораздо сложнее ответить на вопрос, когда наши предки научились говорить. Ведь звуки, которые они издавали, давно исчезли и не были никем записаны. Но подобно тому, как мы реконструировали развитие слуха на основе знаний из разных областей научных исследований, можем проделать то же самое и с речью.

Найденные кости неандертальцев дают представление о том, как были устроены их ротовая полость и глотка. На основании этих данных лингвисты пришли к выводу, что способность неандертальцев к артикуляции звуков, по всей вероятности, была ограничена по сравнению с нами, homo sapiens. Тем не менее неандертальцы, несомненно, могли издавать больше разнообразных звуков, чем другие наши сородичи, обезьяны. Те вообще не могут выговаривать артикулированные слова и предложения, разве что в научно-фантастических фильмах, таких как «Планета обезьян». Зато у мохнатых коллег из царства животных благодаря продолговатой форме глотки есть перед нами (а также перед неандертальцами) одно преимущество: во время еды они не могут с такой же легкостью проглатывать пищу. Может показаться банальным, но не стоит недооценивать значение этой особенности для эволюции человека. В США удушение, вызванное проглатыванием пищи или предметов, – четвертое по распространенности среди видов несчастных случаев со смертельным исходом: в 2015 году от этого погибло более 5000 американцев. В Германии в том же году по меньшей мере 440 человек расстались с жизнью из-за того, что подавились. Учитывая, что сегодня такое происходит даже с готовыми к употреблению блюдами, следует признать, что процент смертей среди наших далеких предков человеческого рода был гораздо более высоким. Они были охотниками и собирателями и зачастую поглощали свои находки в сыром виде. Когда одному из них грозило удушение огромными кусками пищи, вряд ли кто-либо из соплеменников был в состоянии помочь, тогда как в наше время многие приступы удушья можно предотвратить, вовремя оказав первую помощь.

Чтобы понять, как происходило развитие, придется вернуться назад по ходу истории: у наших с неандертальцами общих предков, которые принадлежали к роду homo erectus и пришли в этот мир почти два миллиона лет назад, благодаря удлиненной глотке было меньше проблем с принятием пищи, зато они могли производить гораздо меньше разных звуков и, предположительно, общались в основном с помощью жестов. Раньше 900 тысяч лет назад на Земле, скорее всего, никогда не жило более 26 тысяч особей рода homo erectus одновременно, а это не превышает население современного провинциального городка, причем они были разбросаны по всему миру небольшими группами. Каждая отдельная потеря была риском для продолжения существования всего вида. Так почему же у ранних людей ротовая полость и глотка сократились и сформировались таким образом, что у следующих за ними неандертальцев и homo sapiens повысилась вероятность задохнуться?

Решение головоломки исследователи видят в том, что преимущества речи перевешивают риск задохнуться во время еды. За несколько поколений все больше ранних людей начало общаться не только с помощью жестов, но и посредством говорения. Существенная выгода налицо: для разговора не требовались руки, и их можно было использовать в других целях. Кроме того, исчезла необходимость видеть собеседника, благодаря чему процесс коммуникации можно было осуществлять в темноте или на отдалении друг от друга, что было полезно, например, во время охоты.