Du hörst das sanfte Rauschen der Wellen, das weit entfernte Krächzen einer Seemöwe. Aber dann stört ein nerviges Summen die Ruhe, es kommt näher, und näher, und näher. Bis ... klatsch! Du erledigst die angreifende Mücke und es kehrt wieder Ruhe ein.
You hear the gentle lap of waves, the distant cawing of a seagull. But then an annoying whine interrupts the peace, getting closer, and closer, and closer. Until...whack! You dispatch the offending mosquito, and calm is restored.
Wie hast du das Geräusch von weitem erkannt und den Verursacher so genau ins Ziel genommen? Die Fähigkeit, Geräusche zu erkennen und ihre Herkunft zu identifizieren, verdanken wir unserem Hörsystem. Das hat zwei Hauptbestandteile: das Ohr und das Gehirn. Die Aufgabe des Ohrs ist es, Schallenergie in neurale Signale zu verwandeln; die des Gehirns ist es, die Informationen dieser Signale zu empfangen und zu verarbeiten.
How did you detect that noise from afar and target its maker with such precision? The ability to recognize sounds and identify their location is possible thanks to the auditory system. That’s comprised of two main parts: the ear and the brain. The ear’s task is to convert sound energy into neural signals; the brain’s is to receive and process the information those signals contain. To understand how that works,
Um zu verstehen wie das funktioniert, können wir einem Geräusch auf seiner Reise ins Ohr folgen. Die Quelle des Geräuschs macht Vibrationen, die sich als Druckwellen durch Partikel in der Luft, Flüssigkeiten oder Feststoffe verbreiten. Aber unser inneres Ohr, Cochlea genannt, ist eigentlich mit salzwasserähnlichen Flüssigkeiten gefüllt. Das erste Problem ist also, wie man diese Schallwellen, wo immer sie auch herkommen, in Wellen in der Flüssigkeit umwandelt. Die Lösung ist das Trommelfell, auch Myrinx genannt, und die winzigen Knochen des Mittelohrs. Diese wandeln die großen Bewegungen des Trommelfells in Druckwellen in der Flüssigkeit der Cochlea um.
we can follow a sound on its journey into the ear. The source of a sound creates vibrations that travel as waves of pressure through particles in air, liquids, or solids. But our inner ear, called the cochlea, is actually filled with saltwater-like fluids. So, the first problem to solve is how to convert those sound waves, wherever they’re coming from, into waves in the fluid. The solution is the eardrum, or tympanic membrane, and the tiny bones of the middle ear. Those convert the large movements of the eardrum into pressure waves in the fluid of the cochlea.
Wenn Schall in unseren Gehörgang eintritt, trifft er auf das Trommelfell, sodass es wie eine Trommel vibriert. Das vibrierende Trommelfell stößt gegen einen Knochen, genannt Hammer, der auf den Amboss schlägt und den dritten Knochen bewegt, genannt Steigbügel. Seine Bewegung drückt die Flüssigkeit innerhalb der langen Kammern der Cochlea. Dort angelangt, werden die Schallvibrationen endlich zu Vibrationen der Flüssigkeit, und bewegen sich wie eine Welle von einem Ende der Cochlea zum anderen fort. Eine Oberfläche, Basilarmembran genannt, erstreckt sich entlang der Cochlea. Sie ist gesäumt von Haarzellen mit speziellen Bauteilen, genannt Stereozilien, die sich mit den Vibrationen der Cochleaflüssigkeit und der Basilarmembran bewegen. Diese Bewegung erzeugt ein Signal, das durch die Haarzelle in den Hörnerv und dann zum Gehirn wandert, wo es als bestimmtes Geräusch interpretiert wird.
When sound enters the ear canal, it hits the eardrum and makes it vibrate like the head of a drum. The vibrating eardrum jerks a bone called the hammer, which hits the anvil and moves the third bone called the stapes. Its motion pushes the fluid within the long chambers of the cochlea. Once there, the sound vibrations have finally been converted into vibrations of a fluid, and they travel like a wave from one end of the cochlea to the other. A surface called the basilar membrane runs the length of the cochlea. It’s lined with hair cells that have specialized components called stereocilia, which move with the vibrations of the cochlear fluid and the basilar membrane. This movement triggers a signal that travels through the hair cell, into the auditory nerve, then onward to the brain, which interprets it as a specific sound.
Wenn ein Geräusch die Basilarmembran vibrieren lässt, bewegt sich nicht jede Haarzelle -- nur ausgewählte Zellen, abhängig von der Geräuschfrequenz. Das hat mit der Feinkonstruktion der Membran zu tun. An einem Ende ist die Basilarmembran steif und vibriert nur bei Geräuschen mit kurzer Wellenlänge und hoher Frequenz. Das andere Ende ist flexibler und vibriert nur bei Geräuschen mit langer Wellenlänge und niedriger Frequenz. Die Geräusche der Seemöwe und der Mücke lassen also verschiedene Stellen der Basilarmembran vibrieren, wie wenn man verschiedene Tasten auf einem Klavier spielt.
When a sound makes the basilar membrane vibrate, not every hair cell moves - only selected ones, depending on the frequency of the sound. This comes down to some fine engineering. At one end, the basilar membrane is stiff, vibrating only in response to short wavelength, high-frequency sounds. The other is more flexible, vibrating only in the presence of longer wavelength, low-frequency sounds. So, the noises made by the seagull and mosquito vibrate different locations on the basilar membrane, like playing different keys on a piano.
Aber das ist nicht alles. Das Gehirn hat noch eine andere wichtige Aufgabe zu erfüllen: identifizieren, woher ein Geräusch kommt. Dazu vergleicht es die Geräusche, die durch die Ohren kommen, um die Quelle im Raum zu verorten.
But that’s not all that’s going on. The brain still has another important task to fulfill: identifying where a sound is coming from. For that, it compares the sounds coming into the two ears to locate the source in space.
Ein Geräusch direkt vor uns erreicht beide Ohren zur gleichen Zeit. Man hört es auch mit der gleichen Intensität in jedem Ohr. Ein Geräusch mit niedriger Frequenz, das von einer Seite kommt, erreicht das nähere Ohr jedoch Mikrosekunden vor dem ferneren. Und Hochfrequenz-Geräusche klingen intensiver für das nähere Ohr, weil sie für das fernere Ohr durch den Kopf blockiert werden.
A sound from directly in front of you will reach both your ears at the same time. You’ll also hear it at the same intensity in each ear. However, a low-frequency sound coming from one side will reach the near ear microseconds before the far one. And high-frequency sounds will sound more intense to the near ear because they’re blocked from the far ear by your head.
Diese Informationstränge erreichen spezielle Teile des Hirnstamms, die Zeit- und Intensitätsunterschiede zwischen den Ohren analysieren. Sie senden die Resultate ihrer Analyse hoch zum Hörzentrum. Jetzt hat das Gehirn alles, was es braucht: die Aktivitätsmuster, die uns sagen, was das Geräusch ist, und die Information, wo es herkommt.
These strands of information reach special parts of the brainstem that analyze time and intensity differences between your ears. They send the results of their analysis up to the auditory cortex. Now, the brain has all the information it needs: the patterns of activity that tell us what the sound is, and information about where it is in space.
Nicht jeder hat ein normales Gehör. Hörverlust ist die dritthäufigste chronische Krankheit der Welt. Laute Geräusche und manche Drogen können Haarzellen abtöten, was Signale davon abhält, vom Gehör ins Gehirn zu wandern. Krankheiten wie Osteosklerose lassen die kleinen Knochen im Ohr erstarren, sodass sie nicht länger vibrieren. Auch beim Tinnitus macht das Gehirn seltsame Dinge, sodass wir Geräusche hören, wo keine sind.
Not everyone has normal hearing. Hearing loss is the third most common chronic disease in the world. Exposure to loud noises and some drugs can kill hair cells, preventing signals from traveling from the ear to the brain. Diseases like osteosclerosis freeze the tiny bones in the ear so they no longer vibrate. And with tinnitus, the brain does strange things to make us think there’s a sound when there isn’t one.
Aber wenn es funktioniert, ist unser Gehör ein unglaublich elegantes System. Unsere Ohren umfassen ein ausgefeiltes Stück biologischer Maschinerie, das die Kakophonie von Vibrationen in der Luft um uns herum in genau abgestimmte elektrische Impulse verwandelt, die zwischen Klatschen, Wassertropfen, Seufzen und Fliegen unterscheiden können.
But when it does work, our hearing is an incredible, elegant system. Our ears enclose a fine-tuned piece of biological machinery that converts the cacophony of vibrations in the air around us into precisely tuned electrical impulses that distinguish claps, taps, sighs, and flies.