Аре Бреан: Музыка и мозг [Как музыка влияет на эмоции, здоровье и интеллект]

В улитке есть чувствительные органы, реагирующие на различные частоты колебаний жидкости во внутреннем ухе. Вместе они называются Кортиев орган. Каждый из них состоит из двух слоев так называемых волосковых клеток, прикрепленных к желеобразной текториальной мембране. Параллельно ей вдоль всего канала идет базилярная мембрана. Когда колебания эндолимфы смещают относительно друг друга базилярную и текториальную мембраны, волосковые клетки в Кортиевом органе движутся. Это открывает ионные каналы волосковых клеток и стимулирует соответствующие нервные клетки — они подают электрический сигнал. Нервные клетки всех волосковых клеток Кортиева органа образуют слуховой нерв — он передает сигналы дальше.

Базилярная мембрана настроена следующим образом: у входа она более узкая и натянута сильнее, чем в кончике улитки. Поэтому высокие тоны дают резонанс ближе к выходу — мембрана при этом колеблется, в то время как низкие тоны дают резонанс ближе к вершине, где базилярная мембрана шире и натянута слабее. За каждую частоту отвечает отдельная область мембраны, из-за чего она напоминает клавиатуру: волны, соответствующие высоким, или высокочастотным, тонам, посылают электрические сигналы у входа, а волны, соответствующие глубоким басовым тонам, — на вершине улитки. Позже мы увидим, что такую организацию высоких и низких тонов (она называется тонотопия ) можно наблюдать вплоть до самой слуховой коры мозга.

В длину улитка составляет примерно 3,2 см и содержит около от 16 000 до 20 000 волосковых клеток. Они передают информацию в мозг посредством 32 000 нервных волокон, расположенных в слуховом нерве. Для сравнения: в сетчатке глаза около 100 миллионов сенсорных нейронов — от них информация переходит в нервные волокна (их около миллиона) зрительного нерва. Однако разница в цифрах ничего не говорит о том, какие впечатления и эмоции возникают в мозге благодаря этим органам. Спросите любителей музыки, и большинство из них уверенно ответит, что улитка — гораздо более важный орган.

В улитке есть собственная система контрастного усиления — она помогает различать близкие друг к другу частоты. Звуковые волны, как и все прочие волновые сигналы, имеют пик. Волосковая клетка, расположенная на пике волны в базилярной мембране, стимулируется активнее, чем соседние. Однако соседние клетки также подвержены воздействию. Из-за этого мог бы начаться полный хаос, но природа создала умный механизм. Волосковая клетка не только отсылает сигнал «своей» клетке в слуховом нерве, но и приглушает соседние, сообщая: «Я распознала тон. Не волнуйтесь, я расскажу о нем мозгу». Таким образом, пик волны как бы становится еще выше, чем он есть на самом деле, и мозгу проще отделить друг от друга близкие тоны и частоты. Контрастное усиление делает работу органа слуха более четкой — мозг способен различить два тона, у которых волосковые клетки, отвечающие за работу с ними, находятся на базилярной мембране на расстоянии 0,02 мм друг от друга. А всего ухо различает около 1500 различных тонов. Такой тип контрастного усиления называется латеральной ингибицией , она наблюдается и в зрачке.

В ухе имеется и механизм для приглушения звука. В среднем ухе расположены две небольшие мышцы: стременная мышца и мышца, напрягающая барабанную перепонку . Они натягивают соответственно стремечко и барабанную перепонку, чтобы приглушить поступающие звуки и защитить ухо от слишком громких звуков. Стременная мышца — самая маленькая мышца тела — длиной не более миллиметра. Однако она играет очень важную роль. Если эта мышца парализована, возникает мучительная болезнь, называемая гиперакузией , — при ней даже обычные звуки воспринимаются как неприятно громкие.

Упомянутые мышцы выполняют еще одну важную функцию: приглушают для нас звук нашего голоса, когда мы говорим или поем, а также звуки, которые мы издаем во время жевания. Звук нашего голоса достигает ушей не только снаружи, как другие звуки, но и напрямую, посредством вибраций в черепе. Вибрации передаются напрямую от черепа в жидкость во внутреннем ухе. Это объясняет тот факт, что собственный голос кажется нам непривычным и странным, когда мы слышим его в записи, ведь мы воспринимаем его уже только через воздух — как и все остальные звуки.