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.
صدای ملایمی از امواج میشنوید، صدای یک مرغدریایی در دوردست. ولی بعد یک صدای آزاردهنده آرامش را بهم میزند، نزدیکتر میشود، نزدیکتر و نزدیکتر. تا ... شترق! پشه آزاردهنده را میکشید و آرامش باز میگردد.
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.
چگونه آن صدا را از دور تشخیص دادید و تولیدکننده آن را با دقت هدف گرفتید؟ توانایی تشخیص صداها و تعیین مکان آنها بخاطر سیستم شنوایی ما ممکن شدهاست. که از دو بخش اصلی تشکیل شدهاست: گوش و مغز. کار گوش آن است که انرژی صدا را به سیگنالهای نورونی تبدیل کند؛ کار مغز آن است که اطلاعاتی را که آن سیگنالها دربر دارند دریافت و پردازش کند.
To understand how that works, 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.
برای آن که چگونگی کار را بفهمیم، میتوانیم یک صدا را در سفرش تا گوش همراهی کنیم. منبع صدا امواج را می سازد که به عنوان امواج فشار، ذرات هوا، مایعات، یا جامدات را میپیمایند. ولی گوش درونی ما که به آن حلزون گوش میگویند، درواقع پر از سیالات شبه آب نمک است. پس اولین مسئله برای حل کردن این است که چگونه آن امواج صدا را از هرجا که میآیند، به امواجی در سیال تبدیل کنیم. و پاسخ مسئله در پرده گوش است یا پرده صماخ، و استخوانهای کوچک در گوش میانی. آنها حرکات بزرگ پرده گوش را به امواج فشار در سیال حلزون گوش تبدیل میکنند.
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.
وقتی صدا وارد شبکه گوش میشود، به پرده گوش برخورد میکند و آن را میلرزاند مانند سر یک طبل. پرده گوش لرزان استخوانی به نام استخوان چکشی را تکان میدهد، که آن هم به استخوان سندانی برخورد میکند و سومین استخوان که رکابی نام دارد را تکان میدهد. حرکت آن سیال را به داخل حفرههای بلند حلزون گوش هل میدهد. در آنجا، لرزشهای صدا بالاخره تبدیل به لرزشهای سیال شدهاند، و مانند یک موج از یک سر حلزون گوش تا سر دیگر را میپیمایند، یک سطح به نام غشاء پایه طول حلزون گوش را اداره میکند. سلولهای پوشیده با مژک آن اجزاء تخصص یافته ای دارند به نام مژک، که لرزشهای سیال حلزون گوش و غشاء پایه را حرکت میدهند. این حرکات یک سیگنال را که سلولهای مژکدار را میپیماید، وارد عصب شنوایی میکند،
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.
بعد به سمت جلو به طرف مغز که آن را به عنوان صدایی خاص تفسیر میکند. وقتی یک صدا غشاء پایه را میلرزاند، همه سلولهای مژک دار حرکت نمیکنند - بلکه تنها تعدادی از آنها، که بستگی به فرکانس صدا دارد. و این از یک مهندسی ظریف تاثیر میگیرد. در پایان، غشا پایه سفت شده، و تنها در پاسخ به صداهای با طول موج کوتاه با فرکانس بالا میلرزد. و دیگری انعطاف پذیرتر است، تنها در حضور صداهای با طول موج بلند و فرکانس کم میلرزد. پس این صداهای تولیدی توسط مرغ دریایی و پشه جاهای متفاوتی را در غشاء پایه میلرزاند،
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.
مانند به صدا در آوردن کلاویههای متفاوت پیانو. ولی این تمام اتفاق نیست. مغز همچنان کارهای مهمتری برای انجام دارد: تشخیص اینکه صدا از کجا میآید. برای آن صداهایی که به دو گوش وارد میشوند مقایسه میکند
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.
تا مکان منبع صدا را در فضا مشخص کند. یک صدا که مستقیما از جلوی شما میآید به دو گوش در یک زمان خواهد رسید. آن را به یک شدت در هر گوش میشنوید به هر حال یک صدا با فرکانس کم که از یک طرف میآید به گوش نزدیکتر چند میکروثانیه زودتر از گوش دورتر خواهد رسید. و صداهای با فرکانس زیاد با شدت بیشتری به گوش نزدیکتر شنیده میشوند
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.
چون جلوی آنها بوسیله سر شما برای رسیدن به گوش دورتر گرفته میشود. این صداهای حاوی اطلاعات به بخشهای ویژهای از ساقه مغز میرسند که تفاوتهای زمان و شدت بین دو گوش را تحلیل میکند. و آنها نتایج تحلیلهایشان را به قشر شنوایی میفرستند. حالا مغز همه اطلاعاتی که لازم دارد را در اختیار دارد: الگوهای فعالیت که به ما میگویند که صدا چیست،
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.
و اطلاعاتی درباره جایی که در فضا هستند. این گونه نیست که همه شنوایی عادی داشته باشند. کم شنوایی سومین بیماری مزمن در جهان است. قرارگیری در معرض صداهای بلند و بعضی مواد مخدر میتواند سلول های شنوایی را از بین ببرد، و جلوی پیمایش سیگنالهای از گوش تا مغز را بگیرد. بیماریهایی مانند استئواسکلروز استخوانهای کوچک داخل گوش را منجمد میکند و آنها دیگر نمیتوانند بلرزند. و با وزوز گوش، مغز کارهای عجیب و غریبی انجام میدهد
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.
که ما تصور کنیم صدایی وجود دارد درحالی که هیچ صدایی نیست. ولی زمانی که درست کار میکند، شنوایی ما یک سیستم بینظیر ظریف است. گوشهای ما یک قطعه از دستگاه زیستی که به خوبی تنظیم شده را محصور کردهاند که بدآهنگی لرزشها در هوای اطراف ما را به ضربانهای الکتریکی تنظیم شده دقیقی تبدیل میکنند