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

Как каменные инструменты сформировали мозг наших предков

Развитие физических условий для формулирования речи, безусловно, важный шаг в эволюции. Но чтобы говорить и понимать сказанное, требуется нечто гораздо большее, чем идеально сформированная полость рта и глотки и функционирующий слух: значение слов создает мозг. Если в какой-то момент человеческой эволюции мозг не сумел бы выдумать слова, люди не научились бы говорить. Но как интеллектуальные способности ранних людей развились до такой степени, чтобы изобрести что-то настолько сложное, как речь?

Похоже, существует некая связь с изготовлением и применением инструментов. Уже 1,76 миллиона лет назад люди использовали для резки обломки камней с заостренными краями. Эти примитивные инструменты постепенно совершенствовались, пока 700 тысяч лет назад не появились знаменитые ручные топоры. По сравнению с предыдущими каменными инструментами они были высокотехнологичными. Чтобы изготовить их овальную или каплеобразную форму из камня, необходимо было обладать навыками планирования и ремесленного дела. Вероятно, эти способности сформировали у доисторических людей области мозга, которые впоследствии смогли обрабатывать и речь. Ученые из США и Франции попросили коллег изготовить ручные топоры в соответствии с историческими моделями и в процессе записали их мозговые волны. Фактически области мозга, активно задействованные при ручной работе, пересекались с областями, которые используются при говорении.

Тем не менее нельзя представлять развитие речи таким образом, будто сначала изменился мозг, а потом – ротовая полость и глотка. Скорее всего, эти события происходили параллельно и оказывали взаимное влияние друг на друга. Можно предположить, что с какого-то момента развития искусство изготовления инструментов из поколения в поколение передавалось устно. Речь продолжала развиваться, как и другие человеческие навыки, делавшие мозг все более сложным. Таким образом, культура и биология влияли друг на друга.

Примерно 400 тысяч лет назад жили последние общие предки неандертальцев и нас, homo sapiens. Предположительно, они были первыми людьми, имевшими обширный словарный запас, и теоретически могли бы разговаривать с нами, современными людьми, если бы мы выучили их язык. То же касается и неандертальцев. К сожалению, мы не можем знать наверняка, как звучал их язык или какую структуру он имел.

Пришло время велосипеда

Светофор передо мной загорается красным, и я давлю на тормоз. Щедрые родители подарили мне на день рождения новое средство передвижения. Останавливаясь на светофоре, я в очередной раз восхищаюсь оригинальной идеей этого пляжного круизера: поскольку, по сравнению с классическими велосипедами, шатун у этой модели смещен чуть дальше, на педали приходится нажимать наискосок вперед, а не прямо вниз. В результате седло не нужно устанавливать слишком высоко, и я в любой момент могу из положения сидя поставить стопы плашмя на землю. На светофоре мне не нужно слезать с велосипеда или балансировать на цыпочках. То, что для кого-то означает всего лишь дополнительный плюс к удобству, для меня имеет решающее значение, ведь в случае наступления внезапного головокружения я смогу максимально быстро нащупать твердую почву под ногами. Конечно, я ношу шлем и уверен, что во время приступа смогу сразу остановиться. В этом отношении я на своем электрическом велосипеде не представляю никакой опасности ни для себя, ни для других участников дорожного движения.

Чего нельзя сказать о молодом человеке, который остановился на своем скейтборде посреди улицы рядом со мной. Похоже, ему, одетому в футболку и укороченные штаны, в этот свежий мартовский день гораздо теплее, чем мне. Его колени и локти никак не защищены от получения ссадин при падении на асфальт. На нем нет шлема, зато из уголка рта торчит сигарета. Крутой вид дополняют белые наушники-затычки в ушах. Он слушает музыку – я вижу это по его ноге, притопывающей в такт рядом со скейтбордом. Похоже, окружающий шум здесь, в центре Гамбурга, его совершенно не беспокоит, – скорее всего, он выкрутил громкость своего MP3-плеера на максимум.

Важной причиной появления слуха была названа способность к акустическому анализу окружающей среды.

Я невольно вспоминаю интересный научный труд, который читал вчера. В нем самой важной причиной появления слуха была названа способность к акустическому анализу окружающей среды. В тяжелой борьбе за существование выживали те существа, которые могли вовремя услышать приближение опасности и определить направление, откуда она исходит. Парень рядом со мной отказался от этой способности в пользу музыки, льющейся в уши из наушников, и таким образом добровольно отбросил себя назад на несколько сотен миллионов лет истории эволюции.

Светофор загорается зеленым. Я жму на педали и слышу слабый гул электровелосипеда, который мчит меня с ветерком. На какое-то мгновение я успеваю уловить звук катящихся колес скейтборда, прежде чем он растворяется в море уличного шума. С правой стороны раздается гул автобуса, слева в потоке уличного движения проносится такси, где-то передо мной звучит сирена скорой помощи. Надеюсь, скейтер с его ограниченным восприятием сумеет преодолеть городские джунгли и остаться невредимым! Поймав себя на этой мысли, я задаюсь вопросом, как на самом деле работает пространственный слух. Андреас прислал мне толстый том по психологии восприятия – там точно должно быть об этом написано. Полистаю его, когда вернусь домой.

Опасное удовольствие: наушники и дорожное движение

Велосипедист слышит автомобиль, подъезжающий сзади на скорости 50 километров в час, уже с расстояния 16 метров. Это дает ему две секунды на то, чтобы среагировать и при необходимости освободить дорогу. Но если он слушает в наушниках громкую музыку, то не услышит транспортное средство, пока оно не приблизится на расстояние трех метров. У него остается всего 0,3 секунды, и этого слишком мало! Тем не менее в Германии почти каждый второй молодой велосипедист в возрасте до 34 лет всегда носит наушники во время вождения. В целом это разрешено, но только на громкости, которая не влияет на слух. Четких правил не существует, как и в России. В Швейцарии политики требуют общего запрета.

Два в одном: почему наши уши образуют идеальную пару

Эволюция снова и снова доказывает, что при минимальных усилиях она достигает максимальной эффективности. Это объясняет, как в результате развития одной волосковой клетки могут возникнуть два разных механизма восприятия, такие как чувство равновесия и слух. Тот факт, что оба находятся в непосредственной близости от пирамиды височной кости и даже связаны одной и той же лимфатической жидкостью, вытекает из эволюционной бережливости. На самом деле орган равновесия чувствовал бы себя гораздо комфортнее, если бы имел собственное место где-нибудь в другой части тела. Ведь в действительности звук в ухе воздействует на волосковые клетки не только улитки, но и вестибулярного аппарата. Возникающие в результате этого сигналы мозг, в зависимости от ситуации, должен намеренно подавлять либо разумно интегрировать в восприятие, чтобы звук не оказывал отрицательного влияния на равновесие. Это возможно только до определенной громкости. Один из производителей акустических систем Surround Sound для дискотек, то есть громких музыкальных установок, которые могут издавать звуки во всех направлениях вокруг слушателя, однажды в своем интервью заметил:

«При работе с оборудованием следует соблюдать осторожность. Когда играют отдельные инструменты (…), например одни ударные или басовая партия, и звук переходит от одного динамика к другому, стоящему в помещении, это звучит приятно и не слишком интенсивно. Но если проигрывать целое музыкальное произведение, можно вывести людей из равновесия»[9]9
  Robbers, Stefan: Slices – The Electronic Music Magazine (Dezember 2005) / Робберс, Штефан: Slices – журнал об электронной музыке (декабрь, 2005).


[Закрыть].

После прочтения этого интервью ночью мне приснился кошмар: я стою за диджейским пультом на дискотеке, поворачиваю не тот регулятор, музыка распространяется по помещению, и внезапно люди в толпе начинают падать, словно костяшки домино. К счастью, в реальности такого никогда не случалось! Тем не менее в настоящее время доказано, что прослушивание громкой музыки может как причинять вред органам слуха, так и оказывать влияние на вестибулярный аппарат. В третьей части мы более подробно рассмотрим, на что следует обратить внимание, чтобы этого избежать.

Хорошо иметь два уха, потому что благодаря распределению звуков на два органа слуха можно очень точно определить их источник в пространстве вокруг нас.

Здесь давайте зададим себе следующий вопрос: если эволюция действует максимально экономно, используя лишь столько ресурсов, сколько ей действительно необходимо, то почему у нас два уха, а не одно? В конце концов, у нас только один рот – мы можем им дышать, мы с помощью него едим, пьем, говорим и можем дышать. Вместо того чтобы создать два рта – один для разговоров и дыхания, другой для принятия пищи, – природа проявляет бережливость даже при наличии риска задохнуться.

Для нас лучше иметь два уха, потому что благодаря распределению звуков на два органа слуха можно очень точно определить их источник в пространстве вокруг нас. Во время экскурсии по ушной раковине мы узнали, что расположение источника звука можно определить и одним ухом. Раковина по-разному отклоняет звуковые волны, в зависимости от того, откуда они приходят. В результате на барабанной перепонке они выдают разный звук, и мы можем определить, идет он спереди или сзади. Вычислить источник гораздо сложнее, когда шум раздается с другой стороны головы. Тогда череп отбрасывает так называемую звуковую тень. Это легко представить, если в темной комнате осветить одну сторону головы с помощью яркого карманного фонарика. В прямом свете можно разглядеть каждый волосок и пору на коже. Однако на неосвещенной стороне все черты остаются размытыми в черно-серых тонах. Сюда попадает немного рассеянного света, но этого недостаточно, чтобы создать точное представление об образе. Звук ведет себя аналогичным образом.

Когда звук доносится со стороны, сначала он, естественно, достигает уха, находящегося ближе к источнику, а затем уже более удаленного.

В этом отношении второе ухо служит серьезным усовершенствованием: при его наличии удается воспринимать звуки с обеих сторон с одинаковой четкостью – как будто два фонарика внезапно полностью освещают голову. Но главный эффект улучшения определения местоположения в пространстве состоит в том, что только двумя ушами можно почувствовать разницу во времени. Когда звук доносится со стороны, сначала он, естественно, достигает уха, находящегося ближе к источнику, а затем уже более удаленного. Разницу во времени между двумя ушами определяет мозг. Барабанные перепонки обоих ушей расположены на расстоянии всего лишь 14 сантиметров друг от друга, а звук двигается со скоростью 343 метра в секунду, поэтому речь идет о мельчайших долях секунды – настолько быстро реагирует восприятие!

Непрерывный шум, например долгий свист, предъявляет еще более высокие требования к точности ушей. Подобный длительный звук одинаково воспринимается с обеих сторон одновременно. Кажется, что описанная разница во времени между воздействием звука на две барабанные перепонки исчезла. Мозг использует пару хитростей, чтобы все же определить направление.

Во-первых, звук в звуковой тени головы тише и, что касается высоких звуков, глуше. Во-вторых, у непрерывных шумов есть особенность, отличающая отдаленные источники от более близких, – длина волны. Если это словосочетание вообще ни о чем не говорит, пришло время заглянуть в шпаргалку на странице 70. Давайте вспомним описание звуковой луковицы: длина волны – это расстояние между отдельными оболочками луковицы, то есть зонами сгущения воздуха. При постоянном звуке каждая отдельная зона сгущения достигает ближайшего уха на доли секунды раньше, чем более отдаленного. Мозг в состоянии распознать это минимальное отличие.

Но это не работает в случае с очень низкими звуками, то есть с басами. Как с одной стороны головы, так и с противоположной они звучат одинаково, и длину их волн определить невозможно – она просто слишком велика, чтобы быть пойманной восприятием. По этой причине мы слышим басы посередине, независимо от того, где находится источник звука. Как диджей, я очень хорошо использовал этот эффект. В комплект моего оборудования входил басовый динамик, так называемый сабвуфер. Неважно, размещал ли я его справа, слева под стойкой или в углу, на танцполе он всегда звучал так, словно басы доносились из центра помещения.

Наконец, мы подошли к следующему, довольно банальному преимуществу двух ушей перед одним: естественно, два уха просто слышат больше, а значит, и громче, чем одно, потому что мы получаем в два раза больше звуков из окружающей среды. Тем не менее если одно ухо выходит из строя, другое может продолжать функционировать и позволяет слышать, хоть и с ограничениями. Итак, у нас есть резервная копия, если можно так выразиться, на тот случай, если вдруг одно ухо перестанет работать.

Найти вишенку в коктейле разговора

Мы выяснили, что в ходе эволюции ротовая полость и глотка были оптимизированы для речи. Точно так же уши были созданы для понимания речи. Форма слухового прохода особенно хорошо транслирует именно те частоты, с помощью которых передается самая важная часть говорения, а именно звуки от двух до пяти с половиной килогерц. Кроме того, оба уха превосходно настроены друг на друга: для хорошего понимания речи необходимо слушать в направлении собеседника. Хотя понимание речи в спокойной обстановке не вызывает затруднений даже с одним ухом, в шумном окружении делать это уже гораздо сложнее. В этом отношении исследователи говорят об эффекте коктейльной вечеринки.

Конечно, вам не раз доводилось быть приглашенными на вечеринку, где все весело болтали. Имея здоровый слух, вы могли вполне уверенно поддерживать разговор с собеседником, даже если другие люди, стоящие рядом и позади, говорили на совершенно разные темы. Это происходит благодаря способности мозга распознавать важные сигналы и выделять менее значимые. Когда вы выбираете одного или нескольких собеседников, их слова становятся наиболее значимыми для восприятия. Можно сказать, что в коктейле разговоров вокруг себя вы находите вишенку и дарите ей все внимание. При этом ваши уши подстраиваются под то направление, откуда поступает голос собеседника, а также под индивидуальный тон его голоса. После этого ваше восприятие начинает подавлять звуки, идущие со всех других сторон, и вы слышите собеседника почти вдвое громче. Если же вы не улавливаете короткие отрывки его речи, мозг восстановит пробелы в контексте разговора, используя общую речевую память.

Мгновенное усиление внимания вызывает не только ваше имя, но и табуированные слова.

Более того, мозг устраняет даже эхо в помещении вокруг вас, чтобы была возможность лучше понимать разговор. У этой функции имеются ограничения, когда помещение слишком большое, а говорящий далеко. Например, в кафедральном соборе шум голосов с длительной реверберацией раздражает слух сильнее, чем в небольшой гостиной. По этой причине в современных церквях динамики обычно бывают распределены по всему помещению.

Однако это не означает, что подавленные посторонние шумы полностью исчезают из вашего восприятия. Бессознательно вы постоянно сканируете окружающее пространство на наличие важных сигналов. Это становится очевидным, когда кто-то в комнате произносит ваше имя. Внимание немедленно перемещается туда, и вы пытаетесь понять, что о вас говорят. Итак, в одной области своего мозга вам приходится все время воспринимать текущий разговор, но, несмотря на это, вы способны расслышать свое имя в общем гуле голосов. Как функционирует такая параллельная обработка бесчисленного количества информации, до конца выяснить пока не удалось. В ходе эволюции ее предназначением было, конечно же, немедленное распознавание очевидных предупреждающих сигналов в окружающей среде, чтобы не ударяться в панику всякий раз при малейшем дуновении ветерка.

Кстати, мгновенное усиление внимания вызывает не только ваше имя, но и табуированные слова. В этом можно легко убедиться, громко и четко произнеся на следующей вечеринке слово «засранец». Скорее всего, все посмотрят на вас, независимо от того, о чем они говорили до этого. Если вы серьезно дорожите своей социальной репутацией, от этого эксперимента лучше отказаться!

Слышать в общем гуле голосов

Младенцы в возрасте пяти месяцев уже реагируют на фоновый шум, особенно на свое имя. Они склонны больше прислушиваться к знакомому голосу, чем к незнакомому. В молодости способность отфильтровывать неважные звуки достигает своего пика. Пожилые люди испытывают больше затруднений при разговоре в шумной обстановке. То же самое относится к людям с нарушением слуха в одном или обоих ушах. Чтобы облегчить понимание, следует повернуться к собеседнику, говорить громко и четко и, самое главное, не говорить слишком быстро.

Электронная переписка, февраль – март 2017-го

Дорогой Андреас!

Во время своего визита ты кое-что сказал, и с тех пор эта мысль меня не отпускает. А именно то, что процесс слушания происходит в мозге, а не в ушах. Если я правильно понял, слух дает крайне мало информации, и только интерпретирование в голове создает впечатление от услышанного. Меня это озадачивает. Как может быть так, что в мозге мы слышим больше, чем передают уши? Можешь объяснить так, чтобы я, как дилетант, смог это понять? И по возможности без лишних терминов!

Спасибо.

С приветом,

Томас

Дорогой Томас!

С удовольствием попытаюсь. Как ты знаешь, в каждом ухе за одну определенную высоту звука соответственно отвечают приблизительно 3500 внутренних волосковых клеток. Разумеется, мы слышим гораздо больше частот, а именно от 20 до 20 тысяч герц. Вопрос, почему количество слышимых нами частот больше количества внутренних волосковых клеток, довольно сложный.

Можешь представить это себе следующим образом: то, что происходит в ухе, отображается в мозге, но более детально. Для этого мозг использует не только информацию, посылаемую одной волосковой клеткой, но и выясняет, были ли другие подобные клетки в той же степени активны или нет. Информацией для нашего мозга служит даже то, что какие-то клетки в определенное время не посылают сигналы.

Поскольку ты хорошо разбираешься в технике, хочу привести сравнение с пиксельным изображением на экране, которое после нескольких этапов обработки выглядит очень четким и резким. Фактически в процессе слушания после обработки оказывается доступно больше информации, чем раньше. Ведь на пути от волосковых клеток в мозг сигналы постепенно обрабатываются все большим количеством нервных клеток. Процесс начинается в слуховом нерве, где проходит около 30 тысяч нервных волокон, то есть около десяти на волосковую клетку. На нескольких «станциях» на пути к мозгу добавляется все больше нейронов. Непосредственно перед корой головного мозга находится полмиллиона нейронов, которые обрабатывают сигналы, поступающие от уха. Последняя станция в мозге, так называемая слуховая зона коры головного мозга, имеет сто миллионов нейронов. Таким образом, на одну-единственную волосковую клетку в ухе приходится около 286 тысяч нейронов, которые обрабатывают ее сигналы. Эта область подразделяется на высоты звуков и работает совместно с другими областями мозга, создавая звуковые впечатления. Вот почему мы в конечном итоге слышим больше, чем дают уши. Надеюсь, что объяснил понятно и помог тебе.

С приветом,

Андреас

Привет, Андреас!

Спасибо за подробное объяснение. Это потрясающе! Пример пиксельного изображения знаком мне по фильмам, в которых представители секретных служб расшифровывают данные с камер наблюдения. По одной мелкой точке в толпе они воссоздают человеческое лицо, а потом сравнивают его с фотографиями людей, имеющимися в базе данных. По всей вероятности, наш мозг действует подобным образом, когда вызывает в памяти уже имеющиеся слуховые образы и с их помощью заполняет пробелы в информации, поступающей от ушей. Но что вообще такое нейроны, и что ты имел в виду, когда упоминал 3500 внутренних волосковых клеток? Разве у нас не по 16 тысяч волосковых клеток в каждом ухе?

С наилучшими пожеланиями,

Томас

Здравствуй, Томас!

Начнем с волосковых клеток. Следует различать внутренние волосковые клетки и наружные. Каждая внутренняя волосковая клетка работает совместно минимум с тремя наружными. В общей сложности получается около 16 тысяч волосковых клеток. Но, разумеется, информацию в мозг отправляют только 3500 внутренних волосковых клеток. Зато от мозга обратно поступает примерно в десять раз больше сигналов, передающихся через 12,5 тысячи наружных волосковых клеток.

Теперь о нейронах. Это нервные клетки, проводящие электрические сигналы. В зависимости от нашего опыта и знаний, они по-разному связываются друг с другом, и таким образом мы можем обрабатывать информацию. К тому же ты вправе самостоятельно улучшать качество разрешения посредством собственного опыта слуховых впечатлений: накопленную информацию нейроны используют для создания новых слуховых образов на основании неполных данных, поступающих от ушей. Согласно подсчетам, в мозге содержится около 95 миллиардов нейронов.

С приветом,

Андреас

Здорово, Андреас!

Эти цифры сразили меня наповал. Оказывается, у нас в мозге почти столько же нейронов, сколько звезд в галактике![10]10
  Считается, что в нашей галактике от 100 до 400 миллиардов звезд.


[Закрыть] Невероятно! Я понятия не имел, что уши не только посылают сигналы в мозг, но и, наоборот, передают их оттуда. Ты говоришь, что они передают даже в десять раз больше! Как, черт возьми, это сказывается на ушах?

С настороженным приветом,

Томас

Здорово, Томас!

О настоящем предназначении обратной связи от мозга к наружным волосковым клеткам ведутся споры. Одни говорят, что она дает возможность уху слышать более широкий диапазон – от самых тихих до очень громких звуков. Другие считают ее ключом для выявления важной информации в фоновом шуме. Третьи верят, что она помогает концентрироваться на определенных звуках или шумах. А некоторые полагают, что она защищает уши от повреждений, возникающих под воздействием шума.

Касательно обратных сигналов, идущих от мозга к наружным волосковым клеткам, могу сказать наверняка лишь одно, а именно, что они вызывают. В результате волосковые клетки могут за миллисекунды удлиняться и снова укорачиваться, то есть по команде сжиматься и вытягиваться. Так они изменяют характер колебаний базилярной мембраны и могут приглушать определенные частоты. То, что мы слышим, на физическом уровне уже было сформировано мозгом в ухе. Эти входные данные – прямая реакция на то, какие сигналы в первую очередь передают внутренние волосковые клетки. Такой процесс создает в мозге ожидание слуховых ощущений, и уши приспосабливаются к нему путем изменения формы наружных волосковых клеток, в результате чего естественное колебание базилярной мембраны в определенных точках ослабляется или усиливается. Таким образом мы можем чувствовать очень тонкие различия в частотах. Только когда наружные волосковые клетки выступают как усилители, внутренние волосковые клетки дают нам полное слуховое впечатление. Это понятно хотя бы отчасти?

С дружеским приветом, Андреас

P. S. Для облегчения понимания могу нарисовать тебе картинку и сделать к ней подписи.

Дорогой Андреас!

Я бы не стал пока называть такое понятным, потому что это сумасшедшая и новая для меня информация. Сначала мне нужно все обдумать. Просто возмутительно, как мало я прежде знал о слухе! Благодарю тебя за объяснения и до скорого.

Томас

P. S. Пожалуйста, ни В КОЕМ СЛУЧАЕ не рисуй никаких картинок – только расшифровкой иероглифов я еще не занимался.