Слышать звон: физиолог из Института Павлова рассказала о «фокусах» нашего слуха
Все замечали, что хорошо слышать нам нередко помогает зрение, оно как бы достраивает звуковой информационный блок. А что скажете на степень восприятие звука от того, правша вы или левша? И вообще, можно ли развить хороший слух, в том числе и музыкальный? Обо всех «причудах» нашего слуха мы поговорили с кандидатом биологических наук, научным сотрудником лаборатории физиологии слуха Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. Варварой Семеновой.
С тех пор, как знаменитый наш физиолог, лауреат Нобелевской премии Иван Петрович Павлов разработал теорию условных рефлексов, заложив тем самым основу современной нейробиологии, наука шагнула очень далеко. К примеру, уже доказано, что все наши шесть типов органов чувств (зрительные, слуховые, кожно-мышечные, вкусовые, обонятельные и вестибулярные) работают сообща. Рассматриваем ли мы картину, слушаем ли музыкальный трек, – эти процессы обслуживаются в организме не только зрением и слухом, но и другими сенсорными системами. Информация от одних органов чувств может вызывать ответ в зонах коры головного мозга, которые отвечают за другие. Например, замечено, что во время чтения интересной книги, от нас могут ускользать менее важные для нас в этот момент звуки. И наоборот, когда мы заинтересованы в лучшем усвоении того, что говорит собеседник, наблюдая за его артикуляцией, мы начинаем лучше слышать его.
Одним из направлений лаборатории физиологии слуха является как раз пространственное восприятие человеком различных звуков.
Вертикаль звука
– Варвара, поясните нам для начала, что же представляет собой звук?
– Примерно до конца XVII века существовали различные гипотезы, например считалось, что звук подобен свету и состоит из особых невидимых частиц, способных проникать сквозь любые пространства. Однако знаменитый эксперимент с механическим колокольчиком под стеклянным куполом, который впервые поставил в Великобритании Роберт Бойль в 1660 году, стал доказательством того, что звук является механической волной, которой для распространения обязательно нужна материальная среда (воздух). Когда Бойль откачал из-под купола воздух, звук затих.
–Для чего нужен пространственный слух?
– Понимание того, как человек определяет направление звука, расстояние до его источника, например, приближающегося автомобиля, бывает критически важно, во-первых, для выживания. Во-вторых, человек с нарушением пространственного слуха часто неспособен выделить один голос на фоне общего шума – в кафе, в офисе или на улице они сливаются для него в единую шумовую стену. Чтобы поддерживать разговор в компании, такому человеку приходится затрачивать огромные умственные усилия, «подключать» чтение по губам, чтобы поддерживать диалог.
Но есть еще одна функция пространственного слуха. Вы, наверное, слышали о феномене незрячих «видеть» многое, что происходит вокруг них именно благодаря обостренному пространственному слуху? Наша слуховая система — это такой же замечательный, как и зрение, способ ориентироваться в пространстве.
– Но каким образом слепым людям удается «видеть» при помощи пространственного слуха?
– Те, кто полагается в этом в основном на зрение, на бытовом уровне не оценивает, что вокруг нас очень много источников звука, не принимает в расчёт, что, скажем, закрыв глаза и побыв в помещении какое-то время, мы будем знать, какого приблизительно размера это помещение, что примерно в нём находится, большое оно или маленькое, какая в нём акустика, есть ли в нём эхо, как мы себя в нём чувствуем. Всю эту информацию способна дать пространственная часть слуховой системы.
– Даже если в комнате никого нет и слушателя окружает полная тишина?
– Давайте подумаем, бывает ли на самом деле полная тишина?
– С точки зрения обывателя, бывает, наверное. Если я закрыла плотно окна, до меня не доносится звук улицы…
– Это так, но если мы посидим, то услышим, что лампы немножечко гудят, а может быть, кто-то чуть дальше, в соседней квартире разговаривает, или машины за плотно закрытым окном издают отдаленные звуки. Кстати, шуметь может и у нас внутри, например, из-за пищеварения, которое мы можем слышать извне.
– Можно ли теоретически человеку с нормальным зрением выработать у себя способность «видеть» за счет слуха? Может, поделитесь специальными упражнениями для этого?
– Некоторые незрячие люди научились щелкать языком и по эху от предметов «видеть» окружающее пространство. Этот навык работает в пределах слышимого диапазона, но демонстрирует удивительную способность нашего мозга интерпретировать звуки нестандартным способом. Сейчас существуют специальные нательные приборы, издающие серию щелчков – коротких звуковых сигналов, которые отражаются от предметов и стен, и в зависимости от отставания сигнала становится возможным определить, «лоцировать» пространство (можно условно это назвать «человеческой эхолокацией»). В лаборатории активно изучают эффекты предшествования, акустической маскировки – то есть, явления, на основе которых мозг справляется со сложной задачей разделения звуковых явлений. В качестве общего упражнения можно предложить интересный опыт: расположиться в каком-нибудь насыщенном звуковом пространстве, закрыть глаза и попробовать определить звуковые слои, представив себя центром круга. Какие звуки ближе, какие дальше? Какие они по громкости, типу, качеству? Постоянные или дискретные? Можно ли назвать источник звука? Ответив мысленно на все эти вопросы, можно изобразить эти слои вокруг себя, своей головы – центра восприятия. Увидите много интересного (улыбается).
– При помощи каких приборов в институте определяют одаренность человека слышать звуки в пространстве?
– В некотором смысле, мы уже способны «видеть», как человек слышит. В наших экспериментах для фундаментального изучения этого качества у человека, мы используем комнату с анэхоидной (или безэховой) камерой, где поглощаются все звуковые волны. Посреди камеры установлена большая дуга со множеством встроенных динамиков. Испытуемый садится в кресло, и дуга оказывается либо перед ним, либо поднимается над его головой. Подавая разные звуки из разных динамиков, можно просить человека определять их местоположение. Таким образом определяется локализация звукового стимула. Сравнивая, как это происходит у разных людей, мы проверяем их пространственно-слуховую чувствительность и заодно изучаем механизм слухового восприятия. Определив его уровень, можно дальше лечить слуховые нарушения.
В каком ухе у меня звенит…
– А у некоторых людей еще что-то звенит в голове без какого-либо внешнего источника… Не связано ли это с обостренным пространственным слухом?
– Чаще всего, это тиннитус – многогранное явление, генез (или происхождение) которого до сих пор до конца непонятен. Связь его с пространственным слухом не установлена. Это такой почти постоянно существующий звон, слышимый только одному человеку на определённой частоте, с которым очень сложно бороться. Ему свойственно усиливаться в тихом помещении, в спокойной обстановке, при этом его частота может различаться у разных людей.
–Это патология или нет?
– В норме мозговой шум может иногда появляться, иногда исчезать, но в целом, если он постоянный, это не норма, это уже вопрос необходимости коррекции. Одна из методик, связанная с лечением тиннитуса – это подбор максимально близкой к этому внутреннему звону частоты и прослушивание пациентом этого шума через наушники с одновременным воздействием сублингвальной стимуляцией, то есть воздействием микротоками на рецепторы языка, нервные окончания и кровеносные сосуды.
– После этого тиннитус исчезает?
– Не то что исчезает, но человек начинает после этого более успешно игнорировать этот «мозговой шум».
– То есть, можно научиться его не слышать?
– Да, можно научиться. Во всяком случае об этом рассказывали некоторые пациенты, страдавшие от тиннитуса долгое время.
– Так от чего же он возникает, неизвестно?
– Есть разные версии его происхождения. Это и повреждение слуха из-за воздействия очень громких звуков на рок-концертах или на шумном производстве, и возрастные изменения, и воспаления. Есть мнение, что тому виной – сосудистые нарушения при повышенном давлении, когда человек слышит пульсирующий шум в такт своего работающего с усилием сердца.
Есть также версия о том, что это обратные сигналы от коры головного мозга, которые приходят к чувствительным волосковым клеткам внутреннего уха.
– Что это за клетки?
–Те же самые клетки, которые «воспринимают» и внешние звуковые волны. Это особые рецепторы, которые превращают звуки и движения в электрические сигналы, понятные нашему мозгу. Они находятся в улитке внутреннего уха, а называются «волосковыми» потому, что на их верхушке есть микроскопические ворсинки. Эти клеточки — фильтры, избирательно настроенные на разные звуковые волны, приходящие к нам с разной частотой, которая измеряется в герцах. 1 герц — это 1 колебание в секунду, 2 герца — 2 колебания и так далее.
– Какой же диапазон чувствительности этих клеток?
Мы, люди, можем слышать от 20 до 20 000 колебаний в секунду. Это наш диапазон чувствительности. За этими рамками мы ничего, как правило, не слышим. Некоторые люди не слышат частоты на краях спектра. От 50–60 герц слышат в норме практически все здоровые люди.
— А есть феномены, которые слышат за рамками диапазона чувствительности?
– Стоит отметить, что люди могут довольно сильно отличаться по слуховой чувствительности, и далеко не у всех есть возможность услышать звуки даже в пределах отмеченного диапазона в 20 Гц-20 кГц. В восприятии звуков может помогать костная проводимость, то есть, способ передачи звуковых колебаний во внутреннее ухо через кости черепа, минуя барабанную перепонку и среднее ухо. Недавно исследователями было обнаружено, что особые клетки в самой дальней части улитки могут активироваться в ответ на ультразвуковые частоты, которые более чем на две октавы превышают верхнюю границу нашего обычного диапазона.
На другом конце спектра находятся инфразвуки — частоты ниже 20 Гц. Мы их обычно не слышим, но ухо физически на них реагирует. Внутри улитки есть два типа волосков клеток – наружные и внутренние. Оказалось, что наружные волосковые клетки гораздо более чувствительны к инфразвуку, чем внутренние, которые напрямую передают сигналы в мозг для «осознанного» слухового восприятия. Наружные волосковые клетки в норме имеют обратную регулирующую связь от слуховой коры, но также могут возбуждаться звуками очень низкой частоты, и вопрос, как именно мозгом используется их сигнал, остается дискуссионным. Есть предположение, что такого рода сигналы могут влиять на состояние внимания или даже нарушать сон, а не формировать слуховое восприятие.
– Музыкальный слух – это сугубо врожденное дарование или его можно развить?
– Конечно, люди отличаются по слуховой (в т.ч. музыкальной) чувствительности, но слух можно развить в значительной степени за счёт разнообразного акустического опыта.
– То есть, слушать много музыки?
– Да, и не только слушать, но и пытаться воспроизвести – голосом или на музыкальном инструменте. Однако всё же музыку стоит потреблять умеренно, не повышая громкость и давая мозгу отдых. Это базовые правила.
– С какого возраста стоит начать развивать музыкальный слух?
– С утробы матери (улыбается). С самого раннего возраста, на самом деле – нужно пользоваться пластичностью молодого мозга, но помнить, что никогда не поздно начать!
При чем тут праворукость
– Как вестибулярная система может влиять на качество слуха…
– Анатомически вестибулярные и слуховые структуры расположены довольно близко – в полукружных каналах и улитке внутреннем ухе, но напрямую не связаны. Нарушение кровоснабжения внутреннего уха может одновременно вызывать прогрессирующую сенсоневральную тугоухость и вестибулярные нарушения, также воспалительные процессы во внутреннем ухе часто поражают как улитку, так и вестибулярный аппарат, что приводит к сочетанной потере слуха и функции равновесия. Истончение или отсутствие кости над полукружными каналами может создавать дополнительное «окно» для звукового давления, что клинически проявляется как головокружение и снижение слуха. Кроме того, наш мозг объединяет слуховую и вестибулярную информацию в единую картину мира. Временное окно, в котором сигналы от этих систем воспринимаются как одновременные, с возрастом может расширяться, что может быть механизмом нарушения равновесия, независимым от состояния периферического вестибулярного аппарата.
Обычно, проверяя со всех сторон слух наших испытуемых, специалисты проводят им тест на измерение индивидуальной слуховой чувствительности при помощи аудиометра, который предъявляет для распознавания звуки разных частот. Мы не проверяем состояние вестибулярной системы, но обязательно исследуем степень праворукости или леворукости.
– Вы имеете в виду обычную характеристику правой или левой руки?
– Да, только от нее зависит гораздо больше, чем определение ведущей руки. К примеру, в исследованиях, связанных с ощущением пространства, нам также важны правое и левое полушария. Они имеют разную компетенцию в разных задачах. Раньше считалось, что правая сторона отвечает за одно, а левая — за другое.
– Считается же, что есть левополушарные и правополушарные люди…
– Сейчас ученые от этого отошли. Да, существует межполушарная асимметрия, но кроме того, в какой руке держать ручку или ложку, есть еще много других параметров, на которые она влияет. В том числе, на пространственный слух. И здесь должны быть задействованы оба полушария.
Мы с вами — билатерально-симметричные существа. Это значит, что у нас есть ось серединная, вокруг которой имеются разные парные органы: два глаза, две руки, две ноги, лёгкие – тоже парный орган. Точно так же у нас многие нервные пути идут от левой половины тела в правую сторону, в правое полушарие, и наоборот. Часть их перекрещивается, часть идёт прямо, создаются разные дубли. При этом окружающее нас акустическое пространство можно разделить на две акустические полусферы, информация из которых приходит по отдельности. На уровне продолговатого и среднего мозга происходит сравнение сигналов из правого и левого уха, в зонах коры больших полушарий – окончательная обработка. Единой теории о том, как пространственная слуховая информация обрабатывается мозгом на сегодняшний день нет. Согласно теории правостороннего доминирования, правое полушарие является главным «центром» обработки пространственного слуха и специализируется на анализе невербальных акустических сигналов, локализации источника звука в пространстве и оценке расстояния. Согласно теории левостороннего игнорирования, правое полушарие отвечает за внимание к обеим сторонам, а левое — только за правую. Когда правое полушарие выключается, левая сторона «выпадает» из восприятия (человек игнорирует звуки слева, даже если уши физически здоровы). Третья модель предполагает, что в мозге существует единая центральная структура, которая интегрирует информацию от обоих ушей для построения пространственной карты. В отличие от первых двух теорий, здесь нет строгого деления на правое или левое полушарие. У правшей и левшей обработка пространственных звуковых сигналов может идти несколько по-разному, при этом два левши между собой в этом могут отличаться больше, чем левша и правша.
– Кстати, одна моя подруга – правша, но трубку телефона всегда прикладывает к левому уху… Это из той самой оперы?
– Да, возможно. Это может означать, что в отношении речевых сигналов правое ухо отличается меньшей чувствительностью, чем левое.
Эффект бабушки
– Моя бабушка в старости обладала странным свойством: вблизи обычный обращенный к ней вопрос она почти слышала, а слабый шепот, причем в стороне от нее, различала. Что это за «причуды» слуха?
– Это, скорей всего, возрастные изменения слуха, которые связаны с изменением чувствительности к разным частям звукового спектра. Это связано не с интенсивностью звучания (громко-тихо), а именно с частотами. Часто с возрастом у человека снижается чувствительность к высоким частотам.
– Когда человек тревожится, он тоже может плохо слышать?
– Да, тревога может влиять на восприятие окружающего пространства — звуков и не только их. То есть во фразе «плохо слышу» может быть очень много нюансов. «Плохо слышу вообще всё» или «плохо слышу на фоне шума». У меня, например, есть проблема, – я не очень хорошо иногда слышу собеседника по телефону в метро, на фоне шума. Даже если я включу громкий звук. Мне просто становится не комфортно, я тревожусь от того, что мне не слышно. Хотя аудиометрия моя показывает соответствие норме.
– Что же делать в таком случае?
– Дышите спокойно и ни о чем не беспокойтесь. Не стоит насиловать свой мозг, увеличивать громкость, – просто отложите разговор до наступления тишины. Кстати, в современных приложениях сейчас есть ограничители, которые говорят: «Да, вы сегодня слушали музыку слишком громко много часов, поэтому всё, сейчас снижаем звук».
Куда «улетают» слуховые клетки
– Громкая музыка – это отдельная проблема. Что происходит со слуховыми клетками после длительного прослушивания такой музыки?
– Бывает, что они атрофируются, просто навсегда «улетают» с мембраны внутреннего уха и их там больше нет. Компенсаторные возможности слуховой системы велики, и до некоторой поры мы даже можем не замечать изменений, поскольку сразу все волосковые клетки не исчезнут, а окружающие звуки сложны и состоят из множества разных частот, на которые реагируют и здоровые клетки. Но со временем отсутствие исчезнувших рецепторов всё же станет очевидным: сигнал просто не будет доходить до коры головного мозга. К счастью, у нас парные органы слуха, и если из строя выходит одно ухо, ему на помощь приходит другое для ориентации в пространстве. Так что, некоторые люди живут и не знают, что у них тугоухость с одной стороны.
– Что отличает таких людей?
– Они живут как все. Только когда врачи сообщают им об односторонней тугоухости, они начинают вспоминать, что часто крутят головой, ловя лучшее положение, чтобы услышать информацию.
– Кстати, возвращаясь к право- и левополушарной теме, – а у человека есть такое понятие, как ведущее ухо?
– Это каверзный вопрос. Ведущее в чем? В восприятии звуков разной частоты, речевой информации, пространственной или музыкальной информация? Это не одно и то же. Хотя, если человек хочет измерить пороги чувствительности для этих разных сигналов, тогда для них можно определить ведущее ухо.