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.
부드럽게 찰랑이는 파도소리와 저 멀리 갈매기 울음 소리가 들려옵니다. 하지만 그때, 귀찮은 윙윙 소리가 평화를 깨고 가까워지고, 점점 더 가까워지고, 점점 더 가까워집니다. 그러다가.... 찰싹! 짜증나는 모기를 해결하고 다시 평화를 찾았습니다.
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.
여러분은 어떻게 멀리서 들려오는 소리를 인지하고 정확하게 목표를 조준했나요? 소리를 인지하고 그 위치를 구분짓는 능력은 청각 체계 덕분에 가능합니다 그 체계는 두 가지로 구성되어 있는데 하나는 귀, 다른 하나는 뇌입니다. 귀의 임무는 소리 에너지를 신경 신호로 전환하는 것이고 뇌가 하는 일은 그 신호가 가진 정보를 받아 처리하는 것입니다.
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.
이 과정을 이해하려면 귀로 향하는 소리의 여정을 따라가야 합니다. 소리의 원천은 진동을 만드는데 그 압력파는 공기 입자나 액체, 고체를 통해서 전달됩니다. 하지만 우리의 귀 안쪽에 있는 달팽이관이라고 하는 기관은 대부분 소금물 같은 액체로 채워져 있습니다. 그래서 우선 해결해야 할 문제는 음파가 어디에서 오든지 간에 그것을 액체 안의 파동으로 바꿔야 한다는 것이죠. 고막과 귀의 중간에 있는 작은 뼈들이 그 문제를 해결해줍니다. 그것들은 고막에 발생하는 큰 진동을 압력파로 바꾸어 달팽이관의 액체로 전달합니다.
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.
외이도를 통해 들어온 소리는 고막에 부딪혀서 마치 북처럼 고막을 진동하게 만듭니다. 고막이 진동하면서 추골이라는 뼈를 흔들게 되고 그 뼈가 침골이라는 뼈를 때린 뒤, 등골이라는 세 번째 뼈로 전달됩니다. 그 움직임이 달팽이관의 긴 통로 안에 있는 액체를 밀어내죠. 그러면서 음진동이 결국 액체의 진동으로 바뀌고 음진동이 달팽이관의 한쪽 끝에서 반대편까지 파동 형태로 이동합니다. 그리고 달팽이관에는 길이를 따라 기저막이라는 막이 있는데 그것은 부동섬모라고 하는 유모세포로 덮여 있고 달팽이관의 액체와 기저막의 진동으로 이 유모세포가 움직이게 됩니다. 유모세포를 통해 전달된 움직임이 신호로 바뀌어 청각 신경을 자극하고 뇌로 전달되어 특정한 소리로 해석하게 됩니다.
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.
소리가 기저막을 진동시킬 떄 모든 유모세포가 움직이지는 않습니다. 소리의 주파수에 따라서 선택된 유모세포만 움직이죠. 여기에는 우수한 공학적 기술이 담겨 있습니다. 기저막의 한쪽 끝은 단단해서 짧은 파장과 고주파 소리에 대해서만 진동하게 됩니다. 다른 한쪽은 이보다 유연해서 더 긴 파장과 저주파의 소리에 대해서만 진동하죠. 따라서, 갈매기와 모기로 인해 만들어진 소음들은 기저막의 다양한 위치를 진동하게 만듭니다. 마치 피아노에서 여러 음을 내듯이 말이죠.
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.
하지만 그것이 전부는 아닙니다. 뇌에는 여전히 수행해야 할 중요한 임무가 남아 있죠. 소리가 어디로부터 오는지 알아내는 것입니다. 이를 위하여 뇌는 양쪽 귀로 들어오는 소리를 비교해서 소리의 근원지를 파악합니다.
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.
여러분의 바로 앞쪽에서 들려오는 소리는 동시에 두 귀로 전달될 것입니다. 그 소리의 세기도 양쪽 귀가 동일하죠. 하지만, 한 쪽에서 들려오는 저주파의 소리는 더 멀리 있는 귀에 도달하기 전에 가까이 있는 귀에 먼저 도달하게 되죠. 그리고 고주파 소리는 더 가까운 귀에 센 강도로 들리게 될 것입니다. 왜냐하면 멀리 있는 귀는 머리로 인해 그 소리가 차단되었기 때문입니다.
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.
이러한 정보의 가닥들은 뇌간의 특정 부분에 도달하여 양쪽 귀 사이의 시간차와 강도 차이를 분석하게 되고 그 분석 결과를 청각 피질로 전달합니다. 드디어, 뇌는 필요한 모든 정보를 얻게 되었습니다. 무슨 소리인지 알 수 있는 행동 패턴과 소리가 어느 공간에 있는지에 관한 정보들이죠.
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.
하지만 누구나 정상적인 청력을 지니는 것은 아닙니다. 난청은 전 세계에서 세 번째로 흔한 만성 질환입니다. 큰 소음과 약물에 자주 노출되면 유모세포가 죽게 되고 신호들이 귀에서 뇌까지 전달되는 것을 방해합니다. 골경화증 같은 질병은 귀 안의 작은 뼈들을 굳게 만들어 더는 진동하지 않게 되죠. 그리고 이명증에 걸리면 뇌에서 이상한 일이 일어나 아무 소리가 나지 않을 때도 소리가 난다고 생각하게 만듭니다. 하지만 뇌가 정상적으로 활동할 때
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.
우리의 청각은 믿을 수 없이 멋진 체계입니다. 우리의 귀는 잘 조율된 생체 시스템의 일부분으로서 우리 주변 공기 안의 진동이 만드는 불협화음을 정교하게 조율된 전기 신호로 바꿉니다. 그래서 박수, 가벼운 두드림, 한숨에서 파리 소리까지 구분할 수 있는 거죠.