Слуховая сенсорная система: строение, функции. Слуховая сенсорная система

Слух имеет важное значение в жизни человека, что связано в первую очередь с восприятием речи. Человек слышит не все звуковые сигналы, а лишь те, которые имеют для него биологическое и социальное значение. Поскольку звук представляет собой распространяющиеся волны, основными характеристиками которых являются частота и амплитуда, то и слух характеризуется теми же параметрами. Частота субъективно воспринимается как тональность звука, а амплитуда как его интенсивность, громкость. Человеческое ухо способно воспринимать звуки частотой от 20 Гц до 20000 Гц и интенсивностью до 140 дБ (болевой порог). Наиболее тонкий слух лежит в диапазоне 1–2 тыс. Гц, т.е. в области речевых сигналов.

Периферический отдел слухового анализатора – орган слуха, состоит из наружного, среднего и внутреннего уха (рис. 4).

Рис. 4. Ухо человека: 1 – ушная раковина; 2 – наружный слуховой проход; 3 – барабанная перепонка; 4 – евстахиева труба; 5 – молоточек; 6 – наковальня; 7 – стремечко; 8 – овальное окно; 9 – улитка.

Наружное ухо включает в себя ушную раковину и наружный слуховой проход. Эти структуры выполняют функцию рупора и концентрируют звуковые колебания в определенном направлении. Ушная раковина к тому же участвует в определении локализации звука.

Среднее ухо включает барабанную перепонку и слуховые косточки.

Барабанная перепонка, отделяющая наружное ухо от среднего, представляет собой перегородку толщиной 0,1 мм, сплетенную из волокон, идущих в различных направлениях. По своей форме она напоминает направленную внутрь воронку. Барабанная перепонка начинает колебаться при действии звуковых колебаний, проходящих через наружный слуховой проход. Колебания перепонки зависят от параметров звуковой волны: чем выше частота и громкость звука, тем выше частота и больше амплитуда колебаний барабанной перепонки.

Эти колебания передаются слуховым косточкам – молоточку, наковальне и стремечку. Поверхность стремечка прилегает к мембране овального окна. Слуховые косточки образуют между собой систему рычагов, которая усиливает колебания, передаваемые с барабанной перепонки. Отношение поверхности стремечка к барабанной перепонке равно 1:22, что во столько же раз усиливает давление звуковых волн на мембрану овального окна. Это обстоятельство имеет большое значение, так как даже слабые звуковые волны, действующие на барабанную перепонку способны преодолеть сопротивление мембраны овального окна и привести в движение столб жидкости в улитке. Таким образом, энергия колебаний, передаваемая на внутреннее ухо, возрастает примерно в 20 раз. Однако при очень громких звуках та же система косточек с помощью специальных мышц ослабляет передачу колебаний.

В стенке, отделяющей среднее ухо от внутреннего, кроме овального, существует еще круглое окно, тоже закрытое мембраной. Колебания жидкости в улитке, возникшие у овального окна и прошедшие по ходам улитки, достигают, не затухая, круглого окна. Если бы этого окна с мембраной не было, из-за несжимаемости жидкости колебания ее были бы невозможны.

Полость среднего уха сообщается с наружной средой через евстахиеву трубу , которая обеспечивает поддержание в полости постоянного давления, близкого к атмосферному, что создает наиболее благоприятные условия для колебаний барабанной перепонки.

Внутреннее ухо (лабиринт) включает в себя слуховой и вестибулярный рецепторные аппараты. Слуховая часть внутреннего уха – улитка представляет собой спирально закрученный, постепенно расширяющийся костный канал (у человека 2,5 витка, длина хода около 35 мм) (рис. 5).

По всей длине костный канал разделен двумя перепонками: более тонкой вестибулярной (рейснеровой) мембраной и более плотной и упругой – основной (базилярной, базальной) мембраной. На вершине улитки обе эти мембраны соединяются и в них имеется отверстие – геликотрема. Вестибулярная и основная мембраны делят костный канал на три хода или лестницы, заполненных жидкостью.

Верхний канал улитки, или вестибулярная лестница, берет начало от овального окна и продолжается до вершины улитки, где он через геликотрему сообщается с нижним каналом улитки – барабанной лестницей, которая начинается в области круглого окна. Верхний и нижний каналы заполнены перилимфой, напоминающей по составу спинномозговую жидкость. Средний – перепончатый канал (улитковая лестница) не сообщается с полостью других каналов и заполнен эндолимфой. На базилярной (основной) мембране в улитковой лестнице расположен рецепторный аппарат улитки – орган Корти , состоящий из волосковых клеток. Над волосковыми клетками расположена покровная (текториальная) мембрана. При передаче звуковых колебаний через систему слуховых косточек к улитке в последней происходит колебание жидкости и, соответственно, мембраны, на которой находятся волосковые клетки. Волоски касаются текториальной мембраны и деформируются, что и является непосредственной причиной возбуждения рецепторов и генерации рецепторного потенциала. Рецепторный потенциал вызывает выделение в синапсе медиатора – ацетилхолина, что в свою очередь приводит к генерации потенциалов действия в волокнах слухового нерва. Далее это возбуждение передается к нервным клеткам спирального ганглия улитки, а оттуда в слуховой центр продолговатого мозга – кохлеарные ядра. После переключения на нейронах кохлеарных ядер импульсы поступают к следующему клеточному скоплению – ядрам верхнеоливарного комплекса моста. Все афферентные пути из кохлеарных ядер и ядер комплекса верхней оливы заканчиваются в задних холмах, или нижнем двухолмии, – слуховом центре среднего мозга. Отсюда нервные импульсы поступают во внутренне коленчатое тело таламуса, отростки клеток которого направляются к слуховой коре. Слуховая кора находится в верхней части височной доли и включает 41-е и 42-е поля (по Бродману).

Помимо восходящего (афферентного) слухового пути имеется и нисходящий центробежный, или эфферентный, путь, предназначенный для регуляции сенсорного потока

.Принципы переработки слуховой информации и основы психоакустики

Основными параметрами звука являются его интенсивность (или уровень звукового давления), частота, продолжительность и пространственная локализация источника звука. Какие механизмы лежат в основе восприятия каждого из этих параметров?

Интенсивность звука на уровне рецепторов кодируется амплитудой рецепторного потенциала: чем громче звук, тем больше амплитуда. Но здесь, как и в зрительной системе имеет место не линейная, а логарифмическая зависимость. В отличие же от зрительной системы в слуховой системе используется и другой способ – кодирование числом возбужденных рецепторов (благодаря разному уровню порога у разных волосковых клеток).

В центральных отделах слуховой системы при увеличении интенсивности, как правило, увеличивается частота нервных импульсов. Однако для центральных нейронов наиболее значимым является не абсолютный уровень интенсивности, а характер ее изменения во времени (амплитудно-временная модуляция).

Частота звуковых колебаний. Рецепторы на базальной мембране расположены в строго определенном порядке: на той части, которая расположена ближе к овальному окну улитки, рецепторы реагируют на высокие частоты, а расположенные на участке мембраны ближе к верхушке улитке, реагируют на низкие частоты. Таким образом, частота звука кодируется местоположением рецептора на базальной мембране. Такой способ кодирования сохраняется и в вышележащих структурах, поскольку они являются своеобразной «картой» основной мембраны и взаиморасположение нервных элементов здесь точно соответствует таковому на базальной мембране. Такой принцип получил название топического. В то же время нужно заметить, что на высоких уровнях сенсорной системы нейроны реагируют уже не на чистый тон (частоту), а на его изменение во времени, т.е. на более сложные сигналы, имеющие, как правило, то или иное биологическое значение.

Длительность звука кодируется длительностью разряда тонических нейронов, которые способны возбуждаться в течение всего времени действия раздражителя.

Пространственная локализация звука обеспечивается преимущественно за счет двух разных механизмов. Их включение зависит от частоты звука или его длины волны. При низкочастотных сигналах (примерно до 1,5 кГц) длина волны оказывается меньше межушного расстояния, равного в среднем у человека 21 см. В этом случае локализация источника осуществляется благодаря разному времени прихода звуковой волны на каждое ухо в зависимости от азимута. При частотах больше 3 кГц длина волны заведомо меньше межушного расстояния. Такие волны не могут обогнуть голову, они многократно отражаются от окружающих предметов и головы, теряя при этом энергию звуковых колебаний. В этом случае локализация осуществляется в основном за счет межушных различий по интенсивности. В области частот от 1,5 Гц до 3 кГц происходит смена временного механизма локализации на механизм оценки интенсивности, а область перехода оказывается неблагоприятной для определения местонахождения источника звука.

При определении местонахождения источника звука важно оценить его удаленность. Существенную роль в решении этой задачи играет интенсивность сигнала: чем больше расстояние от наблюдателя, тем меньше воспринимаемая интенсивность. При больших расстояниях (более 15 м) мы учитываем спектральный состав дошедшего до нас звука: звуки высокой частоты затухают быстрее, т.е. «пробегают» меньшее расстояние, звуки низкой частоты, напротив, затухают медленнее и распространяются дальше. Именно поэтому звуки, издаваемые удаленным источником, кажутся нам более низкими. Одним из факторов, существенно облегчающих оценку удаленности, является реверберация звукового сигнала от отражающих поверхностей, т.е. восприятие отраженного звука.

Слуховая система способна определять не только местоположение неподвижного, но и движущегося источника звука. Физиологической основой оценки локализации источника звука является активность так называемых нейронов-детекторов движения, расположенных в верхнеоливарном комплексе, задних холмах, внутреннем коленчатом теле и слуховой коре. Но ведущая роль здесь принадлежит верхним оливам и задним холмам.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Рассмотрите строение органа слуха. Опишите функции наружного уха.

2. Какова роль среднего уха в передаче звуковых колебаний?

3. Рассмотрите строение улитки и органа Корти.

4. Что представляют собой слуховые рецепторы и что является непосредственной причиной их возбуждения?

5. Как происходит преобразование звуковых колебаний в нервные импульсы?

6. Охарактеризуйте центральные отделы слухового анализатора.

7. Oпишите механизмы кодирования интенсивности звука на разных уровнях слуховой системы?

8. Каким образом кодируется частота звука?

9. Какие механизмы пространственной локализации звука вы знаете?

10. В каком диапазоне частот воспринимает звуки ухо человека? Почему самые низкие пороги по интенсивности у человека лежат в области 1–2 кГц?

Слух является органом чувств человека, который способен воспринимать и различать звуковые волны, состоящие из чередующихся уплотнений и разрежений воздуха с частотой от 16 до 20000 Гц. Частота в 1 Гц (герц) равен 1 колебанию за 1 сек.). Инфразвуки (частота менее 20 Гц) и ультразвуки (частота более 20000 Гц) орган слуха человека не способен воспринимать.

Слуховой анализатор человека состоит из трех частей:

Рецепторного аппарата, содержащегося во внутреннем ухе;

Нервных проводящих путей (восьмой пары черепно-мозговых нервов);

Центра слуха, который расположен в височных долях коры больших полушарий.

Слуховые рецепторы (фонорецепторы, или Кортиев орган) содержатся в улитке внутреннего уха, которая расположена в пирамиде височной кости. Звуковые колебания, прежде чем дойти до слуховых рецепторов, проходят через систему звукопроводящих и звукоусилительных приспособлений органа слуха которым с ухо.

Ухо в свою очередь состоит из 3-х частей: внешнего, .

Наружное ухо служит для улавливания звуков и состоит из ушной раковины и из наружного слухового прохода. Ушная раковина образована эластичным хрящом, снаружи покрыта кожей, а внизу дополнена складкой, которая заполнена жировой тканью и называется мочка.

Наружный слуховой проход имеет длину до 2,5 см, выслан кожей с тонкими волосами и видоизмененными потовыми железами, которые вырабатывают ушную серу, состоящий из жировых клеток и выполняет функцию защиты полости уха от пыли и воды. Заканчивается наружный слуховой проход барабанной перепонкой, которая способна воспринимать звуковые волны.

состоит из барабанной полости и слуховой (евстахиевой) трубы . На границе между наружным и средним ухом находится барабанная перепонка, которая снаружи покрыта эпителием, а изнутри слизистой оболочкой. Звуковые колебания, подходящие к барабанной перепонке, заставляют ее колебаться с той же самой частотой. С внутренней стороны перепонки находится барабанная полость, внутри которой расположены соединенные между собой слуховые косточки: молоточек (прирастает к барабанной перепонке), наковальня и стремечко (закрывает овальное окно преддверия внутреннего уха). Через систему слуховых косточек колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо. Слуховые косточки размещены так, что образуют рычаги, уменьшающие размах звуковых колебаний, но способствуют их усилению.

Парные евстахиевы трубы соединяют полости внутреннего левого и правого уха с носоглоткой, что способствует уравновешиванию атмосферного и звукового (при открытом рте) давления снаружи и изнутри барабанной перепонки.

Внутреннее ухо расположено в полости пирамиды височной кости и делится на костный и перепончатый лабиринт. Первый представляет собой костные полости и состоит из преддверия, трех полукружных каналов (местоположение вестибулярного аппарата органа равновесия, о котором будет речь идти дальше) и завитка внутреннего уха. Перепончатый лабиринт образован соединительной тканью и представляет собой сложную систему канальцев, содержащиеся в полостях костных лабиринтов. Все полости внутреннего уха заполнены жидкостью, которая в середине перепончатого лабиринта называется эндолимфа, а вне его — перилимфа. В преддверии есть два перепончатых тела: круглый и овальный мешочки. От овального мешочка (пестики) пятью отверстиями начинаются перепончатые лабиринты трех полукружных каналов, образуя вестибулярный аппарат, а с круглым мешочком связан перепончатый улитковый ход.

Завиток внутреннего уха межкостных лабиринт улитки длиной до 35 мм, что продольными базальной и присинковой (Рейснера) мембранами делится на вестибулярные или преддверия лестницы (начинаются от овального окна преддверия), барабанные лестницы (заканчиваются круглым окном, или вторичной барабанной перепонкой пригинка, то делает возможным колебания перилимфе) и средние ступени или перепончатый улитковый ход из соединительной ткани. Полости вестибулярных и барабанных лестницы на вершине улитки (что маг 2,5 оборота вокруг своей оси) соединены между собой тонким каналом (гечикотремою) и заполнены, как указывалось, перилимфой, а полость перепончатого улиткового хода заполнена эндолимфой. В середине перепончатого улиткового хода, содержится звукосприймаючий аппарат под названием спирального, или кортиева органа (орган Корти). Этот орган имеет основную (базальную) мембрану, состоящую примерно из 24 тыс. фиброзных волоконец. На основной мембране (Пластинке), вдоль нее расположен ряд опорных и 4 ряда волосковых (чувствительных) клетки, которые и являются слуховыми рецепторами. Второй структурной частью кортиевого органа является покровная, или волокнистая пластинка, нависающей над волосковых клеток и которую поддерживают клетки-столбы, или палочки Корти. Специфической особенностью волосковых клеток является наличие на вершине каждой из них до 150 волосков (микро-ворсинок) . Выделяют один ряд (3,5 тыс.) внутренних и 3 ряда (до 20 тыс.) внешних волосковых клеток, которые отличаются по уровню чувствительности (для возбуждения внутренних клеток требуется больше энергии, так как их волоски почти не контактируют с покровной пластинкой). Волоски внешних волосковых клеток омываются эндолимфой и непосредственно соприкасаются и частично погружены в вещество покровной пластинки. Основы волосковых клеток охватываются нервными отростками завитковом ветви слухового нерва. В продолговатом мозге (в зоне ядра VIII пары черепно-мозговых нервов) содержится второй нейрон слухового тракта. Далее этот путь идет в нижних бугорков чотиригорбикового тела (крыши) среднего мозга и, частично перекрещиваясь на уровне медиальных коленчатых тел таламуса, направляется в центры первичной слуховой коры (первичных слуховых полей), содержащихся в области сильвиевой борозды верхней части левой и правой височных долей коры головного мозга. Ассоциативные слуховые поля, различают тональность, тембр, интонации и другие оттенки звуков, а также сравнивают текущую информацию с той, что есть в памяти человека (обеспечивают «упоминание» звуковых образов) примыкают к первичным и охватывают значительную площадь.

Для органа слуха адекватным раздражителем являются звуковые волны, исходящие от вибрации упругих тел. Звуковые колебания в воздухе, воде и других средах подразделяются на периодические (которые называются тона и бывают высокими и низкими) и непериодические (шумы) Основной характеристикой каждого звукового тона является длина звуковой волны, которой соответствует определенная частота (количество) колебаний за 1 сек. Длина звуковой волны определяется путем деления пути, проходимого звук за I сек на количество полных колебаний, осуществляемых тело, которое звучит, за то же время. Как, указывалось, человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания в пределах 16-20000 Гц, сила которых выражается в децибелах (дБ). Сила звука зависит от размаха (амплитуды) колебаний воздушных частиц и характеризуется тембром (окраской). Наибольшую возбудимость ухо имеет к звукам с частотой колебаний от 1000 до 4000 Гц. Ниже и выше этого показателя возбудимость уха снижается.

В современной физиологии принято резонансное теория слуха , которую в свое время предложил К. Л. Гельмгольц (1863). Воздушные звуковые волны, попадая в наружный слуховой проход, вызывают колебания барабанной перепонки, что дальше передается системе слуховых косточек, которые механически усиливают эти звуковые колебания барабанной перепонки в 35-40 раз и через стремечко и овальное окно преддверия передают их перилимфе, содержащийся в полости вестибулярной и барабанной ступенек завитка. Колебания перилимфе в свою очередь обусловливают синхронные колебания эндолимфы, содержащийся в полости улиткового хода. Это приводит соответствующее колебания базальной (основной) мембраны, волокна которого имеют разную длину, настроенные на разные тона и фактически представляют собой набор резонаторов, вибрирующие в унисон различным звуковым колебаниям. Кратчайшие волны воспринимаются у основания основной мембраны, а самые длинные — у верхушки.

Во время колебания соответствующих резонирующих участков основной мембраны колеблются и расположенные на ней базальные и чувствительные волосковые клетки. Конечные микроворсинки волосковых клеток деформируются от покровной пластинки, что и ведет к возникновению у этих клетках возбуждение слухового ощущения и дальнейшее проведение нервных импульсов по волокнам улиткового нерва в центральную нервную систему. Поскольку полной изоляции фиброзных волоконец основной мембраны нет, то одновременно начинают колебаться волоски и соседних клеток, что создает обертоны (звуковые ощущения, вызванные числом колебаний, которые в 2, 4, 8 и т. д. раз превышают число колебаний основного тона). Этот эффект обусловливает объемность и полифонию звуковых ощущений.

При длительном воздействии сильных звуков возбудимость звукового анализатора снижается, а при длительном пребывании в тишине — растет, что отражает адаптацию слуха. Наибольшая адаптация наблюдается в зоне более высоких звуков.

Чрезмерный и продолжительный шум ведет не только к потере слуха, но и может вызвать у людей психические нарушения. Различают специфическую и неспецифическую действие шума на организм человека. Специфическое действие проявляется в нарушениях слуха различной степени, а неспецифическая — в различных , расстройствах вегетативной реактивности, функционального состояния сердечно-сосудистой системы и пищеварительного тракта, эндокринных расстройствах и т.д.. У лиц молодого и среднего возраста при уровне шума 90 дБ, что продолжается в течение часа, снижается возбудимость клеток коры головного мозга, нарушается координация движений, острота зрения, устойчивость ясного видения, удлиняется латентный период зрительной и слухо-моторной реакции. По такой же продолжительности работы в условиях воздействия шума на уровне 95-96 дБ, наблюдается еще более резкие нарушения мозговой пробковой динамики, развивается запредельное торможение, усиливаются расстройства вегетативных функций, значительно ухудшаются показатели мышечной работоспособности (выносливости, утомляемости) и показатели работы. Длительное пребывание в условиях воздействия шума, уровень которого доходит 120 дБ, дополнительно к указанному вызывает нарушения в виде неврастенических проявлений: появляются раздражительность, головные боли, бессонница, расстройства эндокринной системы. При таких условиях также происходят значительные изменения в состоянии сердечно-сосудистой системы: нарушается тонус сосудов, ритм сердечных сокращений, возрастает артериальное давление.

Шум особенно негативно влияет на детей и подростков. Ухудшение функционального состояния слухового и других анализаторов наблюдается у детей уже под влиянием «школьного» шума, уровень интенсивности которого в основных помещениях школы колеблется от 40 до 5О дБ. В классе уровень интенсивности шума в среднем составляет 50-80 дБ, а во время перерывов и в спортивных залах и мастерских может достигать 95-100 дБ. Важное значение в уменьшении «школьного» шума имеет гигиенически правильное расположение учебных помещений в здании школы, а также использование звукоизолирующих материалов при отделке помещений, где генерируется значительный шум.

Улитковый орган функционирует со дня рождения ребенка но у новорожденных наблюдается относительная глухота , связанная с особенностями строения их уши: барабанная перегинка более толстая, чем у взрослых, и расположена почти горизонтально. Полость среднего уха у новорожденных заполненная амниотической жидкостью, что затрудняет колебания слуховых косточек. В течение ‘первые 1,5-2 месяцев жизни ребенка эта жидкость постепенно рассасывается, и вместо нее из носоглотки через слуховые (Евстахисви) трубы проникает воздух. Слуховая труба у детей шире и короче (2-2,5 см), чем у взрослых (3,5-4 см), что создает благоприятные условия для попадания микробов, слизи и жидкости во время срыгивания, рвота, насморка в полость среднего уха, что может обусловливать воспаление среднего уха (отит).

Становится в конце 2-го в начале 3-го месяца. На втором месяце жизни ребенок уже становится способным дифференцировать различные тона звуков, в 3-4 месяца начинает различать высоту звука в пределах от 1 до 4 октав, а в 4-5 месяцев звуки становятся условно-рефлекторными раздражителями. Дети 5-6 месяцев приобретают способность более активно реагировать на звуки родного языка, тогда как ответы на не специфические звуки постепенно исчезают. В возрасте 1-2 лет дети способны дифференцировать почти все звуки.

У взрослого человека порог чувствительности равен 10-12 дБ, у детей 6-9 лет 17-24 дБ, в 10-12 лет — 14-19 дБ. Наибольшая острота слуха достигается у детей среднего и старшего школьного возраста. Низкие тона дети воспринимают лучше.

«... слух наш способен ощущать самые быстрые переливы звуков,
то есть анализировать их во времени». Л. М. Сеченов (1952, т. 1, с. 87 ).

Та или иная анализаторная система может рассматриваться в качестве специализированной к восприятию определенного вида энергии только в том случае, если из всех существующих видов энергии один оказывается для данной системы наиболее эффективным.

Не поняли? Ничего страшного, я прочитал ещё раз, прочитайте и Вы. Это некая аксиома, ключ для дальнейшего понимания.
Хорошо, давайте я своими словами:
Ухо лучше всего приспособлено к восприятию звука
Вот так.
Читаем дальше, чтобы понять, почему же это так.

Известно, например, что звуковая энергия может служить стимулом для проявления функций различных механорецепторных систем. В определенных условиях тактильные рецепторы, рецепторы давления в коже, мышцах и связках, вестибулярные и даже болевые рецепторы способны реагировать на звуки и вибрации значительной интенсивности. Но пи один из перечисленных видов рецепторов нельзя сравнивать с органом слуха по степени эффективности воздействия на него малых акустических энергий, равно как и по количеству получаемой таким путем информации о внешнем мире.

Ещё раз разжёвана наша аксиома

Даже в наш век выдающихся достижений науки и техники поразительные возможности органов чувств, и в частности слуховой системы, остаются предметом постоянного удивления и необозримого поля для исследований. Ни одна из существующих технических систем анализа звука не может сравниться с органом слуха по возможности одновременного сочетания высокой чувствительности, надежности, тончайшему временному и спектральному разрешению и устойчивости.

Как устроена слуховая система человека

Ухо является миниатюрным приемником колебаний воздушной среды. Для неискушенного человека оно представляется рупором с трубкой, закрытой с внутренней стороны барабанной перепонкой, отгораживающей внешнюю среду от внутренних структур уха и мозга. Но на самом деле все обстоит, естественно, далеко не так просто. Об этом свидетельствует уже тот факт, что когда мы говорим об ухе человека, то имеем в виду целостную систему, включающую орган слуха, состоящий из наружного,среднего и внутреннего уха и орган равновесия, содержащий три полукружных канала (рис. 8).

Рис.8. Схема расположения структур уха человека относительно черепа.

Строение слуховой системы

Несмотря на сравнительно значительные размеры (рис. 8), наружные структуры уха человека играют относительно небольшую роль в процессах восприятия звука. В соответствии с наиболее широко распространенной точкой зрения, функции наружного уха, включающего ушную раковину, наружный слуховой проход и внешнюю сторону барабанной перепонки, сводятся к обеспечению направленного приема звуковых волн. Ушные раковины способствуют концентрации звуков, исходящих из определенных участков пространства в направлении наружного слухового прохода, а также участвуют в ограничении потока звуковых сигналов, поступающих с тыльной стороны головы.

Наружный слуховой проход вместе с ушной раковиной можно сравнить с резонатором типа органной трубы, закрытой с одной стороны (рис. 9).

Рис. 9. Строение основных структур уха человека (схема).

1 - ушная раковина и наружный слуховой проход, 2 - барабанная перепонка, 3 - молоточек, 4 - наковальня, 5 - стремечко, 6 - овальное окно, 7 - полукружные каналы, 8 - улитка, 9 - круглое окно, 10 - слуховой нерв, 11 - вестибулярный нерв, 12 - лицевой нерв, 13 - евстахиева труба.

Собственная частота его колебаний зависит от длины и формы комплекса ушная раковина-наружный слуховой проход (1) и несколько различается у разных людей. Резонансная частота колеблется в диапазоне частот, концентрирующихся около 3 кГц. На резонансных частотах акустическое давление, передаваемое к среднему и внутреннему уху, имеет максимальную величину. Усиление давления на резонансной частоте наружного уха человека составляет около 10 дБ. Считается, что существует связь между минимальным порогом слышимости тонов определенного диапазона и величинами резонансных частот наружного уха.

Следует отметить также, что структуры наружного уха играют определенную защитную роль. Они охраняют барабанную перепонку от механических и термических воздействий, обеспечивают постоянную температуру и влажность в области барабанной перепонки. Ушная сера, выделяемая специальными железами и представляющая собой воскоподобное вещество, создает защитное покрытие.

Наружный слуховой проход, длиной в среднем 2.5 см, заканчивается барабанной перепонкой (2), которая передает колебания воздуха в наружном ухе системе косточек среднего уха. По данным Г, Бекеши, скорость движения участка барабанной перепонки составляет величины того же порядка, что и скорость смещения частиц в плоской волне воздуха. При очень больших интенсивностях звука барабанная перепонка работает как нелинейная структура, генерируя гармоники возбуждающих ее частот.

Барабанная перепонка, площадь которой составляет 66-69.5 мм 2 , является границей между наружным и средним ухом. Она имеет форму конуса с вершиной, направленной в полость среднего уха. Среднее ухо соединяется с задней частью глотки узким каналом - евстахиевой трубой (15), - предназначенным для уравнивания давления в среднем ухе с давлением наружной воздушной среды. Этот канал открывается во время глотания и зевания.

Колебания барабанной перепонки приводят в движение молоточек (5), - ручка которого прикреплена к барабанной перепонке, - присоединяющуюся к молоточку наковальню (4) и конечную в этой цепи косточку - стремечко (5). Основание стремечка, укрепленное в овальном окне улитки (6), в свою очередь приводит в движение перилимфу, заполняющую вестибулярный и барабанный ход улитки (8). Звуковое давление у круглого окна улитки усиливается в 20 раз. Это очень важно, поскольку жидкость обладает значительно большим акустическим сопротивлением, чем воздух.

Среднее ухо у человека обладает полосой пропускания сигналов без затухания частотой до 1 кГц. Наклон частотной характеристики фильтра среднего уха на более высоких частотах составляет, по данным разных авторов, от 7 до 12 дБ на октаву. При высоких интенсивностях звука меняется характер движения слуховых косточек таким образом, что коэффициент передачи среднего уха также резко снижается.

В среднем ухе имеются две мышцы: мускул, натягивающий барабанную перепонку и прикрепленный к ручке молоточка, и стапедиальный мускул, прикрепленный к стремечку. Традиционная точка зрения на функцию мышц среднего уха состоит в том, что их рефлекторное сокращение, возникающее при больших интенсивностях звука, уменьшает амплитуду колебания барабанной перепонки и косточек и таким образом уменьшает коэффициент передачи уровня звукового давления во внутреннее ухо. Скрытый период сокращения мышц слишком велик (порядка 10 мс), чтобы предохранить ухо от действия резких внезапных звуков.

Однако при длительном пребывании в условиях действия шумов сокращение мышц может иметь принципиальное значение. Сокращение мышц среднего уха, особенно стапедиального мускула, отмечается при ориентировочной реакции на появление нового раздражителя, при глотании и зевании, при жевании, а также при звукоизлучении животных и при речевой деятельности у человека. Это позволяет рассматривать активацию мышц среднего уха не просто как защитный акустический рефлекс, но и как важную часть процесса продукции звука, акустической обратной связи и, соответственно, восприятия биологически значимых сигналов.

Важнейшей частью уха является улитка (8) - костная структура внутреннего уха, закрученная в виде спирали. У человека улитка имеет 2.5 оборота вокруг оси. Ее размер - 0.5 см в длину и 1 см в ширину. Костная капсула, в которой размещается улитка, имеет два отверстия, так называемые окна, - овальное и круглое (б, 9). К овальному окну подходит основание стремечка - последней косточки в системе рычагов среднего уха. При попадании в ухо звуковой волны, приводящей в движение барабанную перепонку, а затем цепь слуховых косточек среднего уха, основание стремечка вдавливает эластичную мембрану овального окна, передавая давление в полость улитки.

Внутри улитки, по всей ее длине, проходят две мембраны - основная и рейснерова. Они делят улитку на три части, заполненные несжимаемой жидкостью. Поскольку увеличение давления в области овального окна передается к жидкостной среде, существует специальный механизм для снижения давления. Этот механизм реализуется с участием второго окна, расположенного в задней части улитки, также закрытого тонкой мембраной - круглого окна. На вершине улитки, между мембраной и костными стенками, расположено маленькое отверстие - геликотрема, - соединяющее ходы улитки. Это отверстие и обеспечивает механизм действия двух окон в костной стенке.

Основная мембрана имеет в развернутом виде около 3.5 см в длину, а ширина ее возрастает по направлению от овального окна к вершине (рис. 10, а). На основной мембране находится скопление чувствительных клеток, входящих в состав кортиева органа (рис. 10, б).

Количество этих клеток, каждая из которых имеет до сотни волосков, составляет у человека около 25 тыс. Волосковые клетки располагаются в два слоя, разделенные дугой. Внутренний слой содержит один ряд клеток, а наружный- 3-5 рядов. Общее число наружных клеток достигает почти 20 тысяч, внутренних - около 3.5 тысяч.

Рис. 10. Схематическое изображение улитки в развернутом виде (а) и рецепторная часть органа слуха - кортиев орган (б).

На. а: вид развернутой улитки (обозначена штриховой линией) сбоку (1) н сверху (в). I - проекция первого завитка, II - второго, III - третьего. Цифры внизу - частоты, в Гц представленные в соответствующих точках основной мембраны. Видно, что ширина основной мембраны увеличивается от основания к вершине улитки. На б: 1 - основная мембрана, г - покровная мембрана, 3 - чувствительные (рецепторные) волосковые клетки, 4 - слуховой нерв.

Движение основной мембраны вызывает деформацию волосков. На наружные волосковые клетки воздействие оказывается сильнее, чем на внутренние, поскольку основная мембрана закреплена. В результате деформации волосков возникает активность рецепторных, а затем и нервных клеток, передающаяся в центральные слуховые структуры, расположенные в различных отделах мозга.

Как бы ни были совершенны механические структуры улитки, преобразующие частоту внешнего звукового воздействия в соотношения колебаний амплитуд основной мембраны, ощущение звука было бы невозможно без трансформации механического процесса в электрический, которая осуществляется на уровне рецепторных клеток и передается в мозговые центры.

Итак, уже на уровне рецепторных клеток внутреннего уха выделяются две системы:

• одна - преобразующая поступающие из внешней среды акустические сигналы в формы активности, присущие нервной системе, а именно в медленные электрические потенциалы и в короткие импульсы;
• вторая - передающая уже преобразованную информацию о свойствах внешнего звукового источника к разным отделам мозга.

Обе эти системы составлены из рецепторных и нервных клеток. Рецепторные потенциалы в подавляющем большинстве случаев представляют собой медленный, градуальный процесс, нервные потенциалы могут быть как быстрыми, так и медленными. Последние возникают в различных частях нервных клеток и имеют различное функциональное содержание. Длинный отросток нервной клетки (аксон) обеспечивает передачу информации на значительные расстояния, короткие отростки (дендриты) обеспечивают межнейронное взаимодействие на более коротких расстояниях. Электрические импульсы, в основе которых лежат сложные ионные процессы, генерируются в области тела клетки.

Соединения между нейронами (синапсы) расположены преимущественно в области клеточного тела или на ее дендритах. Импульс передается по аксону до следующего синаптического переключения, где выделяется особое химическое вещество (медиатор), и если его количество достаточно велико, то потенциал нейрона, на котором заканчиваются синапсы, изменяется и возникает распространяющийся процесс - импульс. Весь процесс повторяется на следующем синаптическом уровне.

Импульсы, которые генерируются нервными клетками, очень короткие: их продолжительность составляет 0,0008- 0,001 с. После прохождения импульса аксон становится бездеятельным на время около 0,001 с. Из этого следует, что максимальная теоретически возможная частота импульсов в одиночном нервном волокне составляет всего 1000 импульсов в секунду.

Неудивительно поэтому, что , основанная на оценке частоты разряда в одиночном нервном волокне, встречает существенные затруднения. Не спасает положения и принцип множественного потока, ибо нет таких данных, которые позволяли бы утверждать, что даже группы нейронов могут следовать за частотой тонов выше 2000 Гц. А ведь частотный предел слуха человека в 10 раз выше!

Звуковых сигналов (звуковых излучений) внешней среды (главным образом, колебания воздуха с разной частотой и силой), в том числе речевых сигналов. Эта функция реализуется с учас­тием - важнейшего компонента , который прошел сложный путь эво­люции.

Слуховая сенсорная система состоит из следующих разделов:

• периферический отдел, который представляет собой сложный специализированный орган, состоящий из наружного, среднего и внутреннего уха;
• проводниковый отдел - первый нейрон проводникового отдела, находящийся в спиральном узле улитки, получает от рецепторов внутреннего уха, отсюда информация поступает по его волокнам, т. е. по слуховому нерву (входящему в 8 пар черепно-мозговых нервов) ко второму нейрону в продолговатом мозге и после перекреста часть волокон идет к третьему нейрону в заднем двухолмии , а часть к ядрам - внутреннему коленчатому телу;
• корковый отдел - представлен четвертым нейроном, который находится в первичном (проекционном) слуховом поле и области коры и обеспечивает возникновение ощущения, а более сложная обработка звуковой информации происходит в расположенном рядом вторичном слуховом поле, отвечающем за формирование восприятия и опознание информации. Полученные сведения поступают в третичное поле нижнетеменной зоны, где интегрируются с другими формами информации

Слух является органом чувств человека, который способствует психическому развитию полноценной личности, ее адаптации в социуме. Со слухом связанны звуковые языковые общения. С помощью слухового анализатора человек воспринимает и различает звуковые волны, состоящие из последовательных сгущения и разрежения воздуха.

Слуховой анализатор состоит из трех частей: 1) рецепторного аппарата, содержащегося во внутреннем ухе; 2) проводящих путей, представленных восьмой парой черепно-мозговых (слуховых) нервов; 3) центра слуха в височной доле коры больших полушарий.

Слуховые рецепторы (фонорецепторы) содержатся в улитке внутреннего уха, которая расположена в пирамиде височной кости. Звуковые колебания, прежде чем дойти до слуховых рецепторов, проходят через всю систему звукопроводящих и звукоусиливающих частей.

Ухо - это орган слуха, который состоит из 3-х частей: внешнего, среднего и внутреннего уха.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Наружное ухо служит для улавливания звуков. Ушная раковина образована эластичным хрящом, снаружи покрыта кожей. Внизу дополнена складкой - мочкой, которая заполнена жировой тканью.

Наружный слуховой проход (2,5 см), где происходит усиление звуковых колебаний в 2-2,5 раза, выслан тонкой кожей с тонкими волосами и видоизмененными потовыми железами, которые вырабатывают ушную серу, состоящий из жировых клеток и содержит пигмент. Волоски и ушная сера выполняют защитную роль.

Среднее ухо состоит из барабанной перепонки, барабанной полости и слуховой трубы. На границе между наружным и средним ухом находится барабанная перепонка, которая внешне покрыта эпителием, а изнутри слуховой оболочкой. Звуковые колебания, которые подходят к барабанной перепонке, заставляют ее колебаться с той же частотой. С внутренней стороны перепонки находится барабанная полость, внутри которой расположены слуховые косточки , соединенные между собой - молоточек, наковальня и стремя . Через системы слуховых косточек колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо. Слуховые косточки размещены так, что образуют рычаги, которые уменьшают размах звуковых колебаний и увеличивают их силу.

Барабанная полость соединена с носоглоткой с помощью евстахиевой трубы, которая поддерживает одинаковое давление извне и изнутри на барабанную перепонку.

На рубеже среднего и внутреннего уха является перепонка, которая содержит овальное окно . Стремя прилегает к овальному окну внутреннего уха.

Внутреннее ухо находится в полости пирамиды височной кости и представляет собой костный лабиринт, внутри которого есть перепончатый лабиринт из соединительной ткани. Между костным и перепончатыми лабиринтами содержится жидкость - перилимфа, а внутри перепончатого лабиринта - эндолимфа. В стенке, отделяющей среднее ухо от внутреннего, кроме овального окна, есть еще круглое окно, которое делает возможным колебания жидкости.

Костный лабиринт состоит из трех частей: в центре - преддверие, спереди от него улитка , а сзади - полукружные каналы . Внутри среднего канала улитки, в улитковом ходе содержатся звуковоспринимающий аппарат - спиральный или кортиев орган. Он имеет основную пластинку, которая состоит примерно из 24 тыс. фиброзных волоконец. На основной пластинке вдоль нее в 5 рядов расположены опорные и волосковые чувствительные клетки, которые являются собственно слуховыми рецепторами . Волоски рецепторных клеток омываются эндолимфой и контактируют с покровной пластинкой. Волосковые клетки охватываются нервными волосками улитковой ветви слухового нерва. В продолговатом мозге содержится второй нейрон слухового пути, дальше этот путь идет, в основном перекрещиваясь, к задним буграм четверохолмия, а от них в височную область коры, где расположена центральная часть слухового анализатора.

Для слухового анализатора звук является адекватным раздражителем. Все вибрации воздуха, воды и другого упругого среды делятся на периодические (тоны) и непериодические (шумы). Тона бывают высокие и низкие. Основной характеристикой каждого звукового тона является длина звуковой волны, которой соответствует определенное количество колебаний в секунду. Длину звуковой волны определяют расстоянием, которое проходит звук в секунду, поделенную на количество полных колебаний, осуществляемых тело, которое звучит, в секунду.

Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания в пределах 16-20 000 Гц, сила которых выражается в децибелах (дБ). Звуковые колебания частотой более 20 кГц человек не слышит. Это - ультразвуки.

Звуковые волны - это продольные колебания среды. Сила звука зависит от размаха (амплитуды) колебаний воздушных частиц. Звук характеризуется тембром или окраской.

Наибольшую возбудимость ухо имеет к звукам с частотой колебаний от 1000 до 4000 Гц. Ниже и выше этого показателя возбудимость уха снижается.

В 1863 году Гельмгольц предложил резонансную теорию слуха . Воздушные звуковые волны, попадая в наружный слуховой проход, обуславливают колебания барабанной перепонки, далее колебания передаются через среднее ухо. Система слуховых косточек, действуя как рычаг, усиливает звуковые колебания и передает их жидкости, содержащейся между костным и перепончатыми лабиринтами завитки. Звуковые волны могут передаваться и через воздух, содержащийся в среднем ухе.

По резонансной теории, колебания эндолимфы вызывают колебания основной пластинки, волокна которой имеют разную длину, настроенные на разные тона и составляют собой набор резонаторов, которые звучат в унисон различным звуковым колебаниям. Кратчайшие волны воспринимаются у основы улитки, а длинные у верхушки.

Во время колебания соответствующих резонирующих участков основной пластинки колеблются и расположенные на ней чувствительны волосковые клетки. Мельчайшие волоски этих клеток касаются при колебании покровной пластинки и деформируются, что ведет к возбуждению волосковых клеток и проведения импульсов по волокнам улиткового нерва в центральную нервную систему. Поскольку полной изоляции волокон основной мембраны нет, то одновременно начинают колебаться и соседние волокна, что соответствует обертонам. Обертон - звук, число колебаний которого в 2, 4, 8 и т.д. раз превышает число колебаний основного тона.

При длительном воздействии сильных звуков возбудимость звукового анализатора снижается, а при длительном пребывании в тишине возбудимость возрастает. Это адаптация . Наибольшая адаптация наблюдается в зоне более высоких звуков.

Чрезмерный шум не только ведет к потере слуха, но и вызывает психические нарушения у людей. Специальными опытами на животных доказана возможность появления "акустического шока " и "акустических коряг", порой смертельных.

6. Болезни уха и гигиена слуха. Профилактика негативного влияния "школьного" шума на организм школьника

Воспаление уха - отит . Чаще всего встречается отит среднего уха - опасная болезнь, потому что рядом с полостью среднего уха - головной мозг и его оболочки. Отит чаще всего возникает как осложнение гриппа, острых респираторныхзаболеваний; инфекция из носоглотки может перейти по евстахиевой трубе в полость среднего уха. Отит протекает как тяжелое заболевание и проявляется сильными болями в ухе, высокой температурой тела, сильной головной болью, значительным снижением слуха. При упомянутых признаках необходимо немедленно обратиться к врачу. Профилактика отита: лечение острых и хронических болезней носоглотки (аденоидов, насморка, гайморита). Если возник насморк, нельзя сильно сморкаться, чтобы инфекция через евстахиеву трубу попала в среднее ухо. Нельзя сморкаться одновременно обеими половинами носа, а надо делать это поочередно, прижимая крыло носа к носовой перегородки.

Глухота - полная потеря слуха на одно или оба уха. Она может быть приобретенной или врожденной.

Приобретенная глухота чаще всего является следствием двустороннего отита среднего уха, который сопровождался разрывом обеих барабанных перепонок или тяжелому воспалению внутреннего уха. Глухота может быть вызвана тяжелыми дистрофическими поражениями слуховых нервов, которые часто связаны с профессиональными факторами: шумом, вибрацией, действием паров химических веществ или с травмами головы (например, в результате взрыва). Частой причиной глухоты является отосклероз - болезнь, при которой слуховые косточки (особенно стремя) становятся неподвижными. Эта болезнь была причиной глухоты у выдающегося композитора Людвига Ван Бетховена. К глухоте может привести бесконтрольное применение антибиотиков, которые негативно действуют на слуховой нерв.

Врожденная глухота связана с врожденным нарушением слуха. причинами которого могут быть вирусные болезни матери во время беременности (краснуха, корь, грипп), бесконтрольное употребление ею некоторых лекарств, особенно- антибиотиков, употребление алкоголя, наркотиков, курения. Рожденный глухой ребенок, никогда не слыша речи, становится глухонемым.

Гигиена слуха - система мер, направленная на охрану слуха, создание оптимальных условий для деятельности слухового анализатора, способствует нормальному его развитию и функционированию.

Различают специфическое и неспецифическое действие шума на организм человека. Специфическое действие проявляется в нарушениях слуха разной степени, неспецифическое - в различных отклонениях в деятельности ЦНС, расстройствах вегетативной реактивности, эндокринных расстройствах, функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы и пищеварительного тракта. У лиц молодого и среднего возраста при уровне шума 90 дБ (децибел), который длится в течение часа, снижается возбудимость клеток коры головного мозга, ухудшаются координация движений, острота зрения, устойчивость ясного видения, удлиняется латентный период зрительной и слухомоторных реакций. По такой же продолжительности работы в условиях воздействия шума, уровень которого составляет 96 дБ, наблюдается еще более резкие нарушения корковой динамики, фазовые состояния, запредельной торможения, расстройства вегетативной реактивности. Ухудшаются показатели мышечной работоспособности (выносливости, утомляемости) и показатели труда. Работа в условиях воздействия шума, уровень которого - 120 дБ, может вызвать нарушения в виде астенических неврастеническим проявлений. Появляются раздражительность, головные боли, бессонница, расстройства эндокринной системы. Происходят изменения в сердечно-сосудистой системе: нарушается тонус сосудов и ритм сердечных сокращений, возрастает или снижается артериальное давление.

На взрослых и особенно детей чрезвычайно негативное влияние (неспецифический и специфический) производит шум в помещениях, где включены на полную громкость радиоприемники, телевизоры, магнитофоны и тому подобное.

Сильно влияет шум на детей и подростков. Изменение функционального состояние слухового и других анализаторов наблюдается у детей под влиянием "школьного" шума, уровень интенсивности которого в основных помещениях школы колеблется от 40 до 110 дБ. В классе уровень интенсивности шума в среднем составляет 50-80 дБ, во время перерывов может достигать 95 дБ.

Шум, который не превышает 40 дБ, не вызывает негативных изменений в функциональном состоянии нервной системы. Изменения заметны при воздействии шума, уровень которого составляет 50-60 дБ. Согласно данным исследований, решения математических задач требует при шумовой громкости 50 дБ на 15-55%, 60 дБ - на 81 -100% больше времени, чем к действию шума. Ослабление внимания школьников в условиях воздействия шума указанной громкости достигало 16%. Снижение уровней "школьного" шума и его неблагоприятного воздействия на здоровье учащихся достигается благодаря ряду комплексных мероприятий:строительных, технических и организационных.

Так, ширина "зеленой зоны" со стороны улицы должна быть не менее 6 м. Целесообразно вдоль этой полосы на расстоянии не менее 10 м от здания посадить деревья, кроны которых задерживать распространение шума.

Важное значение в уменьшении "школьного" шума имеет гигиенически правильное расположение учебных помещений в здании школы. Мастерские, спортивные залы размещаются на первом этаже в отдельном крыле или пристройке.

Гигиеническим стандартам, направленным на сохранение зрения и слуха учащихся и учителей, должны отвечать размеры учебных помещений: длина (размер от доски до противоположной стенки) и глубина классных комнат. Длина классной комнаты, не превышает 8 м, обеспечивает ученикам с нормальной остротой зрения и слуха, которые сидят на последних партах, четкое восприятие речи учителя и ясное видение того, что написано на доске. По первым и вторыми партами (столами) в любом ряду отводятся места для учащихся с ослабленным слухом, поскольку речь воспринимается от 2 до 4 м, а шепот - от 0,5 до 1 м. Восстановить функциональное состояние слухового анализатора и предупредить сдвиги в других физиологических системах организма подростка помогают небольшие перерывы (10-15 мин.).