1500 тонов именно столько способно распознавать человеческое ухо (если перед этим хорошенько натренировать его).
Еще одна интересная особенность внутреннего уха в том, что оно не только отправляет сигналы в мозг, но и получает множество сигналов из него: они используются для того, чтобы максимально сконцентрировать восприимчивость основной мембраны в нужном диапазоне для получения более отчетливого сигнала. Этот механизм помогает нам слышать голос собеседника в гомоне других голосов в толпе, настраиваясь на его тембр [1].
Легко ли увидеть мир вверх тормашками?
На сетчатке мир отображается перевернутым, но видим мы его правильно: сверху небо или потолок (нижняя часть сетчатки), снизу земля или пол (верхняя часть). Если лечь на бок, изображение на сетчатке повернется, однако мы все еще правильно будем воспринимать направления: потолок теперь будет проецироваться на боковой части сетчатки, но мы по-прежнему будем воспринимать его сверху, а пол снизу. Каким образом мозг определяет, где верх и низ у изображений на сетчатке, и легко ли его обмануть, перевернув мир вверх тормашками?
Один из первых, кто задался этим вопросом, был Джордж Стрэттон изобретатель инвертоскопа. Это такие специальные очки с зеркалами, которые переворачивают то, что мы видим, перед тем как это еще раз перевернет хрусталик: в итоге изображение на сетчатку попадает в правильной ориентации, а не в перевернутой. Каким же его видит мозг?
Стрэттон решил стать первым испытуемым, и в 1897 году носил свои необычные очки, не снимая, восемь дней подряд. По его собственным сообщениям, в первый день его тошнило, потом стало немного легче, и только на четвертый день все встало на свои места, и он перестал видеть мир перевернутым. На пятый день он смог перемещаться по дому без особых затруднений, однако если он присматривался к предметам, они опять начинали выглядеть перевернутыми. В общем, зрение адаптировалось к произведенному перевороту, но за неделю Стрэттон так и не смог полностью освоиться в перевернутом мире. Когда он снял очки, нормальное восприятие вернулось почти сразу, спустя несколько часов все выглядело как обычно.
Многие исследователи пытались повторить опыты Стрэттона, но ни один из испытуемых не сказал о том, что к нему вернулось нормальное восприятие мира, где все вернулось на свои места, ни через четыре дня, ни через десять [11]. Они смогли приспособиться к этому странному ощущению, перемещаться без посторонней помощи и даже управлять велосипедом, но видимый мир упрямо отказывался вставать на свое привычное место. Испытуемые говорили, что все выглядит так, словно их перевернули вверх ногами в обычном мире. Когда мозг пытается сориентировать видимое изображение в пространстве, он полагается не только на зрение, но и учитывает сигналы от вестибулярного аппарата.
Многие исследователи пытались повторить опыты Стрэттона, но ни один из испытуемых не сказал о том, что к нему вернулось нормальное восприятие мира, где все вернулось на свои места, ни через четыре дня, ни через десять [11]. Они смогли приспособиться к этому странному ощущению, перемещаться без посторонней помощи и даже управлять велосипедом, но видимый мир упрямо отказывался вставать на свое привычное место. Испытуемые говорили, что все выглядит так, словно их перевернули вверх ногами в обычном мире. Когда мозг пытается сориентировать видимое изображение в пространстве, он полагается не только на зрение, но и учитывает сигналы от вестибулярного аппарата.
Вестибулярный аппарат определяет положение нашего тела в пространстве. Его сенсоры находятся во внутреннем ухе рядом с улиткой. Для этого используются волосковые клетки в полукружных каналах лабиринта и на специальных участках чувствительного эпителия, только здесь они воспринимают не звуковые колебания, а действие гравитации и силы ускорения, которые смещают волоски, погруженные в инертную желеобразную субстанцию, когда мы меняем положение тела. Если вестибулярный аппарат не работает как надо, это может проявляться по-разному: иногда люди дезориентированы в пространстве, не могут удержать равновесие и страдают от головокружений, но бывает и так, что человек чувствует себя нормально, вот только видит мир повернутым набок или вовсе перевернутым [12].
Тем не менее вполне здоровые люди могут увидеть мир перевернутым без инвертоскопа правда, только в том случае, когда на них перестает действовать гравитация, как это случается с космонавтами в невесомости. По этой причине у космонавтов должно быть не только крепкое здоровье, но и нервы: сенсорный конфликт и мир, переворачивающийся перед глазами, неподготовленного человека могут свести с ума [13]. Тренировки перед космическом полетом могут могут походить на кошмар: человек, которого раскручивают на центрифуге с большим ускорением, может чувствовать тошноту, головокружение и увидеть мир вверх тормашками, не покидая земли.
Вестибулярная система взаимодействует со зрительной, проставляя точки отсчета «верх низ» для того, что мы видим. Видеть мир в правильной ориентации мы можем благодаря совместной работе глаз и ушей. Чтобы посмотреть на мир вверх ногами, достаточно встать головой вниз, но мозг все равно будет прекрасно понимать, где верх, а где низ. Чтобы увидеть мир по-настоящему перевернутым, нужно обмануть оба чувства или же серьезно повредить одно из них.
Путешествие звука от уха в глубь мозга
Сигналы о звуках (вместе с сигналами о равновесии от полукружных каналов) отправляются к стволу мозга по собственному черепному нерву преддверно-улитковому. Как и в случае со зрительной системой, по пути часть волокон перекрещивается; правда, здесь нет никаких зрительных полей, и на другую сторону переходит не половина, а примерно 90 % всех волокон, несущих слуховую информацию. После перекреста информация из моноуральной становится бинауральной, то есть нейроны могут сопоставлять информацию от двух ушей и делать выводы об источнике звука, сравнивая время и интенсивность сигналов в каждом из них.
Наши уши способны вычленить из моря голосов только тот, который для нас важен, благодаря инструкциям от мозга.
Из ствола, где происходит перекрест сигналов, информация отправляется в нижние бугры четверохолмия. Вместе с верхними буграми, которые отслеживают зрительную информацию и движения глаз, они обеспечивают ориентировочные рефлексы, благодаря чему мы можем почти мгновенно обернуться на внезапный звук, и направление взгляда будет довольно точно соответствовать месту, откуда раздался звук.
Направление резкого звука мы можем определять благодаря ядрам, расположенным в стволе. Они специально «заточены» для того, чтобы оценивать разницу между моментами, когда звук достиг правого и левого уха.
Если источник находится прямо спереди или сзади, звук достигнет ушей одновременно, а если, например, доносится слева, то левого уха он достигнет примерно на полмиллисекунды раньше, чем правого. Вообще-то это крохотная разница, буквально одно мгновение, но возможности нашей слуховой системы определять ее просто поражают воображение: в слуховых ядрах ствола нейроны в состоянии улавливать различия меньше чем в 1/1000 секунды! Люди не столь точны в своих оценках, как нейроны в мозге, но тем не менее наша способность определять направление до источника звука тоже впечатляет: в экспериментах люди отмечали различия в 2 градуса когда объект смещается на такой угол, разница во времени, за которое звуки долетают до правого и левого уха, меняется всего на 11 микросекунд.
Из нижних бугров четверохолмия информация отправляется в таламус и уже оттуда попадает в первичную слуховую кору, расположенную по верхней кромке височной доли. На протяжении всего путешествия от кортиева органа к коре нервные волокна, проводящие сигналы, сохраняют тонотопию звуки разной частоты расположены в нейронах упорядоченно: низкие звуки, улавливаемые верхушкой улитки, попадают в участки слуховой коры спереди, и чем дальше назад вдоль слуховой коры, тем более высокие звуки там обрабатываются. Об организации первичной слуховой коры ученым пока мало что понятно: в ней обнаружены нейроны, которые чувствительны к звукам определенной интенсивности либо избирательно активируются на сигналы от одного уха и подавляют активность на сигналы от другого (или, наоборот, активируются только на сигналы, идущие от двух ушей). Кроме того, есть нейроны, различающие звуки одной частоты, но разной длительности. Некоторые нейроны в первичной слуховой коре реагируют на более сложные звуки стуки, щелчки, шумы и звуки животных. Вероятно, нейроны первичной слуховой коры чувствительны к временным характеристикам звуков это особенно важно для восприятия речи: имеет значение не только набор высоких и низких частот, но и конкретный порядок их появления, пока человек произносит какую-то фразу или слово [14].
В зависимости от нашего положения в пространстве звук может достигать обоих ушей одновременно или, наоборот, какого-то одного в первую очередь.
Вблизи первичной слуховой коры расположены более высокоуровневые зоны: считается, что вторичная слуховая кора важна для восприятия гармонии, ритма и мелодии звуков (это не обязательно касается музыки; у речи тоже есть своя мелодия и ритм). Возможно, она отвечает и за то, чтобы мы могли отличать различные фонемы в речи (например, что произносит наш собеседник: «люк» или «лук»). Третичная слуховая кора, по всей вероятности, воспринимает более сложные и цельные слуховые образы.
Движение это жизнь.
Аристотель
Животные (как царство[20]) отличаются от других многоклеточных организмов (растений и грибов) прежде всего способностью к целенаправленному движению и мозгами, причем мозги и движение идут рука об руку: чем сложнее поведение, тем больше мозг (с поправкой на физические размеры организма). Если ты проводишь всю жизнь, сидя на одном и том же месте, не имеет никакого смысла заводить себе такой дорогостоящий орган. Собственно, мозг нужен животным именно для того, чтобы эффективно двигаться в поисках пропитания, не врезаясь в препятствия и по возможности избегая неприятностей вроде естественных врагов и конкурентов. У кактусов и мухоморов мозга нет, а у гусеницы и червяка есть, потому что в случае кактусов и мухоморов для выживания можно обойтись сравнительно дешевыми защитными механизмами (вроде колючек или ядов), а пропитание грибы и растения добывают себе без лишней суеты, сидя на одном и том же месте.