Хотя мы часто воспринимаем речь и музыку как должное, они играют ключевую роль в нашей духовной и социальной жизни. Речь и музыка позволяют нам общаться как с другими людьми, так и с самими собой. Они необходимы для социальной идентификации, родительского поведения и передачи культурного наследия.

а) Звуковые волны: слуховой стимул. Для слуховой системы стимулом является механическая энергия звуковых волн, возникающая благодаря сжатию и разрежению воздуха. Ухо преобразует следующие характеристики звуковой энергии: частоту, амплитуду (интенсивность) и состав. Нейронные сети обеспечивают восприятие таких характеристик, как высота звука, громкость и тембр слышимого звука.

б) Функциональная анатомия слуховой системы. Начинающиеся в ухе механические и электрохимические системы объединяются, чтобы трансформировать звуковые волны в слуховые ощущения - то, что мы слышим. Изменения давления воздуха передаются в виде механической цепной реакции от барабанной перепонки на косточки среднего уха, затем на овальное окно улитки и заполняющую внутреннее ухо жидкость.

Колебания жидкости внутри улитки обеспечивают движение специфических участков базилярной мембраны, приводя к изменению электрохимической активности слуховых рецепторов — внутренних волосковых клеток базилярной мембраны, которые передают нервные импульсы в мозг по слуховому нерву.

в) Нейронная активность и слуховое восприятие. Базилярная мембрана имеет тонотопическую организацию. Высокочастотные звуки обеспечивают максимальную стимуляцию волосковых клеток в основании, а низкочастотные звуки — волосковых клеток у вершины улитки, что позволяет нейронам улитки кодировать частоты звуковых волн.

Тонотопическая организация характерна для анализа звуковых волн на всех уровнях слуховой системы, способной также определять амплитуду и местонахождение источника звука. Уровень возбуждения нейронов улитки кодирует амплитуду -более громкие звуки соответствуют высокому уровню возбуждения нейронов, а тихие звуки — более низкому уровню возбуждения. Местоположение определяют структуры ствола мозга, которые анализируют различия во времени поступления и громкости сигналов, улавливаемых обоими ушами.

Волосковые клетки улитки образуют синапсы с биполярными нейронами, формирующими слуховой нерв, который, в свою очередь, представляет собой часть восьмой пары черепно-мозговых нервов. Слуховой нерв обеспечивает передачу информации на три структуры заднего мозга — кохлеарные ядра, комплекс верхней оливы и трапециевидное тело. Клетки этих структур чувствительны к различиям во времени поступления и интенсивности улавливаемых обоими ушами звуковых волн. Таким образом они позволяют мозгу обнаружить источник звука.

Слуховой путь идет от структур заднего мозга к нижнему холмику четверохолмия в среднем мозге, затем к медиальному коленчатому телу таламуса, а затем к слуховой коре. Как и в зрительной системе, в слуховой системе присутствуют дорсальный и вентральный пути обработки информации — первый обеспечивает распознавание звуковых элементов, а второй отвечает за слуховой контроль действий. Клетки коры больших полушарий восприимчивы к специфическим категориям звуков, в том числе к звукам, необходимым для общения с особями своего вида.

г) Анатомия речи и музыки. Несмотря на различия в элементах и структуре речевых звуков в основе всех человеческих языков лежат синтаксис и грамматика, что говорит в пользу существования врожденного речевого шаблона. Слуховые зоны коры левого полушария отвечают за анализ речевой информации, а аналогичные зоны правого полушария участвуют в анализе музыки. Правая височная доля также анализирует просодию — мелодичные характеристики речи.

Одна из нескольких отвечающих за обработку речи зон левого полушария — центр Вернике -идентифицирует речевые элементы и слова, поэтому она играет ключевую роль в понимании речи. Центр Брока сопоставляет речевые элементы с необходимыми для их производства движениями, поэтому он играет ведущую роль в производстве речи. Кроме того, центр Брока позволяет различить похожие звуки речи. Афазия — это неспособность говорить (афазия Брока) или понимать речь (афазия Вернике) при сохранных когнитивных функциях и нормальном речевом аппарате.

В анализе музыки в значительно большей степени задействовано правое полушарие, чем левое. Однако за производство музыки отвечает не только правое полушарие, но и левое. А вот за восприятие музыки отвечают лобная и височная доли правого полушария.

Способность музыки активировать зоны как в правом, так и в левом полушариях, позволяет использовать ее в качестве эффективного инструмента для восстановления поврежденного или неправильно функционирующего мозга. Музыкотерапия начинает играть все более важную роль в терапии.

д) Звуковое общение у других видов животных. У разных видов животных есть специализированные слуховые органы и виды поведения. Определенные области мозга певчих птиц отвечают за формирование и усложнение песни. У многих видов такие области латерализованы в левом полушарии, по аналогии с речевыми зонами, локализованными в левом полушарии у большинства людей. Сходство в развитии песни у птиц и развитии речи у человека, а также сходство механизмов, лежащих в основе производства и восприятия птичьей песни и языка, поражает.

Киты поют, используя амплитудную и частотную модуляции -это очень похоже на человеческое общение.

е) Основные термины:

• Амплитуда — интенсивность стимула; приблизительно отражает громкость звука, на графике отображается как высота звуковой волны.
• Амузия — неспособность различать отдельные ноты.
• Афазия — неспособность говорить или понимать речь, несмотря на нормальное понимание и сохранный речевой аппарат. Афазия Брока — это неспособность свободно говорить при нормальном понимании речи и сохранном речевом аппарате. Афазия Вернике — это неспособность понимать речь или говорить осмысленно при сохранной способности произносить слова.
• Базилярная мембрана — рецепторная поверхность внутри улитки, которая преобразует звуковые волны в нейронную активность.
• Волосковые клетки — специализированные нейроны улитки, на поверхности которых есть цилии; под воздействием проходящих через заполняющую улитку жидкость волн цилии изгибаются, вызывая изменение мембранного потенциала во внутренних волосковых клетках (слуховые рецепторы).
• Герц (Гц) — единица измерения частоты звуковых волн; один герц — это один цикл в с.
• Децибел (дБ) — единица измерения относительной интенсивности звука.
• Дополнительная речевая зона — связанная с производством речи область на дорсальной поверхности левой лобной доли.
• Звуковые волны — вызываемые изменением давления механические сдвиги молекул, основными физическими характеристиками которых являются частота, амплитуда и состав. Их также называют волнами сжатия.
• Кохлеарный имплантат — электронное устройство, хирургическим способом вживляемое во внутреннее ухо; оно преобразует звуковые колебания в нейронную активность, давая глухому пациенту возможность слышать.
• Латерализация — локализация определенной функции преимущественно в одном из полушарий мозга.
• Медиальное коленчатое тело — крупное таламическое образование, которое связано со слухом.
• Островковая доля (островок) — многофункциональная корковая область, лежащая в глубине сильвиевой борозды; содержит зоны, связанные с речью, восприятием вкусов и социальным познанием.
• Отоакустическая эмиссия — спонтанные или индуцированные звуковые колебания, генерируемые улиткой в слуховом проходе.
• Первичная слуховая кора (область А1) — ассимметричные структуры, расположенные в поперечных височных извилинах (извилина Гешля); принимает сигналы от вентральной области медиального коленчатого тела.
• Просодия — мелодичность устной речи.
• Слуховые косточки — косточки среднего уха — молоточек, наковальня и стремечко.
• Тонотопическая организация применительно к слуху, это структурная организация нейронов слуховой системы, позволяющая отдельно обрабатывать звуковые волны разных частот, от низких до высоких.
• Улитка — орган внутреннего уха, внутри которого расположены слуховые рецепторные клетки.
• Центр Брока — речевая зона в передней части левого полушария, которая взаимодействует с двигательной корой, генерируя необходимые для производства речи движения.
• Центр Вернике — вторичная слуховая кора (planum temporale), лежащая позади поперечной височной извилины (извилина Гешля) в задней части левой височной доли; отвечает за понимание речи. Также известна как задняя речевая зона.
• Частота — число циклов, которые волна проходит в единицу времени.
• Эхолокация — способность определять положение объектов в пространстве с помощью звука.

- Вернуться в оглавление раздела "Нейрофизиология"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 15.9.2023