Страница 10 из 15
Первый находится в костной улитке. Она получила название по своему внешнему виду – выглядит, как домик улитки. С ней соединяются полукружные каналы, три дугообразных туннеля, проходящих через пирамиду височной кости. Каналы содержат внутри вестибулярный аппарат и лежат под прямыми углами по отношению друг к другу. В зависимости от угла обзора, один канал занимает почти вертикальное положение, другой – горизонтальное и третий – наклонное.
Сенсорные клетки в слуховом органе и вестибулярном аппарате очень нежные и хрупкие. Поэтому для их защиты все внутреннее ухо располагается внутри специальной части черепа – пирамиды височной кости. Она состоит из самой твердой кости нашего тела, сравниться с которой по прочности может только зубная эмаль. Несмотря на это, пирамида височной кости довольно легкая, потому что содержит множество воздушных пузырьков. Если бы их не было, наш череп казался бы слишком тяжелым для шейных мышц. Кроме того, такая легкая конструкция препятствует передаче через кости слишком большого количества звуков во внутреннее ухо – в конце концов, оно должно концентрироваться на вибрациях барабанной перепонки.
Весь костный лабиринт, то есть улитка и полукружные каналы, в конечном итоге представляет собой не что иное, как искусно смоделированные полости в черепной кости. Через эти костные туннели проходит мембранный лабиринт. Внутри он повторяет наружную форму. Вы можете представить его в виде тонкой трубочки, которая на отдельных участках срослась с внешней костной оболочкой. Толщина ее стенок в некоторых местах представляет собой один слой клеток. Она заполнена жидкостью, называемой эндолимфой, а окружающее пространство – перилимфой. Обе жидкости должны оставаться четко разделенными, чтобы обеспечить функционирование слуха и равновесия. Без защиты пирамиды височной кости тонкая трубочка могла бы легко порваться, что имело бы фатальные последствия.
Что именно происходит во внутреннем ухе при слушании, ни один ученый в мире еще не сумел пронаблюдать. Защитная стенка пирамиды височной кости слишком непроницаема, слуховой орган чересчур маленький, а весь лабиринт излишне чувствителен. Поэтому многие предположения о процессе слушания опираются на научные теории, окончательно не подтвержденные.
Внутреннее ухо – один из самых сложных и в то же время наиболее чувствительных аппаратов, предназначенных для восприятия окружающего мира.
Но что мы, собственно, можем знать о внутреннем ухе при таких обстоятельствах? Большинством полученных знаний мы обязаны таким умникам, как венгерский почтовый служащий Георг фон Бекеши. Его работа была связана с наладкой телефонных линий, но он стремился как можно лучше разобраться в сути проблемы и включил ухо в свои рассуждения как конечный пункт назначения каждой телефонной связи. То, что ученый обнаружил, коренным образом изменило наше знание о слухе. Его открытие оказалось настолько значимым, что он стал первым и единственным человеком, получившим за тему слуха Нобелевскую премию в области медицины. При этом Георг фон Бекеши был физиком, а не медиком. Однако его полная приключений история жизни доказывает, что творческий ум сумеет достичь максимальных успехов, только выйдя за пределы своей научной дисциплины.
Нобелевская премия за пластиковую трубку с резиновой лентой
В начале XX века ученые лишь строили предположения о том, что происходит во внутреннем ухе. Благодаря защитному экрану в виде пирамиды височной кости, лабиринт оставался темной лошадкой. И хоть основное строение уже было известно, на живых людях процесс слушания пронаблюдать не удавалось, как и по сей день.
Тем не менее к тому времени удалось выяснить, как звук подается на улитку через барабанную перепонку и слуховые косточки. Также было известно, что за преобразование звука в электрические сигналы отвечают около 16 тысяч волосковых клеток внутри улитки. Они располагаются четырьмя рядами внутри мембранной части на всем протяжении двух с половиной витков улитки. Было высказано справедливое предположение, что каждый ряд волосковых клеток отвечает за передачу звуков с разной высотой. Правда, оставалось загадкой, каким образом волосковые клетки могут различать высокие и низкие частоты, ведь все звуковые волны всегда проходят через всю улитку. Следовательно, практически любой шум должен стимулировать все волосковые клетки, в результате чего было бы невозможно различить разные звуки. Вы можете представить это как игру на всех клавишах пианино одновременно – невозможно разобрать отдельные ноты или даже мелодию.
Когда в середине 1920-х годов Георг фон Бекеши устроился в венгерскую почтовую службу, он даже не подозревал, что разгадает эту загадку. В 1923 году он получил докторскую степень по физике в Университете Будапешта, но выбор подходящих должностей был невелик. Так он устроился на работу, которая заключалась в разработке метода тестирования и улучшения телефонных линий, пребывавших после окончания Первой мировой войны в плохом состоянии. Наряду с микрофонами, кабелями и динамиками важной частью цепи передачи фон Бекеши счел ухо. Но он не мог просто разобрать его, словно телефонную трубку, чтобы изучить его функции. Или мог?
Рабочее время ученого обычно заканчивалось примерно около часа дня, поэтому во второй половине дня он посещал анатомические театры при больницах. Ему удалось приобрести кости черепа только что умершего человека. Неизвестно, как он уговорил врачей отдать их телефонному технику, но, очевидно, его аргументы были убедительными.
Фон Бекеши приспособил инструменты лаборатории почтовой службы, чтобы обрабатывать под микроскопом твердые височные кости с помощью крошечных ножниц, сверл и ножей. Целью ученого было открыть улитку, не повредив чувствительную внутреннюю часть. Поскольку внутреннее ухо заполнено жидкостями, ему приходилось постоянно омывать ткани питательным раствором, чтобы предотвратить высыхание. Скорее всего, его коллеги не радовались, обнаруживая на сверлах костную пыль и жидкости неопределенного происхождения! Но фон Бекеши не давал себя смутить и упорно продолжал развивать свой метод.
После того как ученому наконец удалось открыть улитку, он сделал интересное наблюдение. Все волосковые клетки оказались расположены на тонкой базилярной мембране. Она начинает колебаться, как только звуковая волна из среднего уха передается по жидкости во внутреннем ухе; колебание переходит на волосковые клетки. Фон Бекеши предполагал, что тип колебания базилярной мембраны меняется в зависимости от высоты звука и таким образом целенаправленно стимулирует те волосковые клетки, которые отвечают за передачу звуков именно такой высоты. Поэтому он тщательно исследовал мембрану длиной три с половиной сантиметра. Он установил, что у входа в улитку она туго натянута и по мере приближения к концу улитки становится все подвижнее. В то же время на протяжении этого расстояния мембрана расширяется. Но какое влияние это оказывает на дальнейшую передачу звука?
Пять вещей, которые следует знать о внутреннем ухе
• Внутреннее ухо состоит из костного лабиринта и лежащего внутри него мембранного лабиринта.
• Костный лабиринт не представляет собой цельное костное образование, а состоит из связанных полостей в пирамиде височной кости.
• Пирамида височной кости – одна из самых твердых костей во всем теле. Она не дает никому ничего сквозь нее разглядеть.
• Оболочка мембранного лабиринта местами достигает толщины всего в одну клетку.
• Две жидкости, находящиеся во внутреннем ухе, ни под каким видом не должны смешиваться: эндолимфа (мембранный лабиринт) и перилимфа (костный лабиринт). Их разделяет слой клеток мембраны.
Физику фон Бекеши пришла идея построить увеличенную модель. Причем его не интересовало реалистичное воссоздание улитки – ученый сосредоточился на физических свойствах базилярной мембраны. Внутри прямой пластиковой трубки он натянул резиновую ленту, которая сужалась от одного конца к другому, что приблизительно соответствовало развернутой улитке с базилярной мембраной. Затем на входе в трубку он начал производить различные по высоте звуки и проверял ее вибрацию. Фактически при высоких звуках более сильные вибрации возникали в начале искусственной базилярной мембраны, там, где она была натянута туже и имела меньшую ширину, а при низких звуках – на более широком и подвижном конце. Так было доказано, что различные по высоте звуки воздействуют на разные участки улитки. Чем выше частота (см. шпаргалку на стр. 70), тем ближе ко входу в улитку будет происходить колебание.