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.
Ouvimos o suave marulhar das ondas, o grasnido distante duma gaivota. Mas depois, um zumbido irritante interrompe a paz, aproximando-se cada vez mais até que... zás! damos cabo do mosquito agressivo e repomos a calma.
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.
Como é que detetámos aquele ruído longínquo e acertámos no alvo com tanta precisão? É possível reconhecermos sons e apercebermo-nos de onde vêm graças ao sistema auditivo. Este é formado por duas partes: o ouvido e o cérebro. A tarefa do ouvido é transformar a energia sonora em impulsos nervosos; a do cérebro é receber e processar as informações que esses impulsos contêm.
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.
Para compreendermos como isso funciona, podemos acompanhar um som no seu percurso pelo ouvido. A origem de um som cria vibrações que viajam, como ondas de pressão através de partículas no ar, nos líquidos ou nos sólidos. Mas o nosso ouvido interno, chamado a cóclea, está cheio de fluidos do tipo de água salgada. O primeiro problema a resolver é como transformar essas ondas sonoras, venham lá de onde vierem, em ondas no fluido. A solução é a membrana do tímpano e os ossículos do ouvido médio. Estes transformam os grandes movimentos do tímpano em ondas de pressão no fluido da cóclea.
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.
Quando o som entra no canal auditivo, bate no tímpano e põe-no a vibrar como a pele de um tambor. O tímpano em vibração sacode um osso, chamado martelo que vai atingir a bigorna e faz mover o terceiro osso, chamado estribo. Este movimento empurra o fluido dentro das compridas câmaras da cóclea. Uma vez ali, as vibrações sonoras transformaram-se finalmente em vibrações de um fluido, e viajam como uma onda de um lado da cóclea até ao outro. A todo o comprimento da cóclea há uma superfície chamada membrana basilar forrada de células ciliadas que têm componentes especializados chamados estereocílios que se movem com as vibrações do fluido coclear e da membrana basilar. Este movimento desencadeia um sinal que percorre a célula ciliosa até chegar ao nervo auditivo e depois até ao cérebro que o interpreta como um som específico.
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.
Quando um som põe a membrana basilar a vibrar, nem todas as células ciliosas se movimentam, apenas as selecionadas, consoante a frequência do som. Isto revela uma engenharia sofisticada. Numa das extremidades, a membrana basilar é rígida, vibrando apenas em reação a sons de ondas curtas, de alta frequência. Na outra, é mais flexível, vibrando apenas na presença de ondas mais compridas, de sons de baixa frequência. Assim, os ruídos feitos pelas gaivotas e pelos mosquitos fazem vibrar locais diferentes na membrana basilar,
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.
como se tocassem diferentes teclas num piano. Mas não é só isso que acontece. O cérebro ainda tem outra tarefa importante a desempenhar: identificar de onde provém um som. Para isso, compara os sons que entram pelos dois ouvidos para localizar a origem no espaço.
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.
Um som com origem mesmo à nossa frente atingem os dois ouvidos ao mesmo tempo. Também o ouvimos com a mesma intensidade em cada ouvido. Mas, um som de baixa frequência que provém de um dos lados atinge o ouvido mais próximo microssegundos antes do outro. Os sons de alta frequência soarão mais intensos no ouvido mais próximo porque estão bloqueados pela cabeça para o ouvido mais distante.
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.
Estes pormenores de informação atingem partes especiais do tronco cerebral que analisam as diferenças de tempo e de intensidade entre os dois ouvidos. Enviam os resultados dessa análise ao córtex auditivo. Agora, o cérebro dispõe de todas as informações de que precisa: os padrões de atividade que nos dizem que som é aquele e informações sobre onde ele se situa no espaço.
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.
Nem toda a gente tem uma audição normal. A perda de audição é a terceira doença crónica mais comum a nível mundial. A exposição a ruídos fortes e algumas drogas podem matar as células ciliosas, impedindo os sinais de viajar do ouvido até ao cérebro. Doenças como a osteosclerose imobilizam os ossículos do ouvido, que deixam de vibrar. Em relação aos zumbidos, o cérebro faz coisas esquisitas, fazendo-nos pensar que há um som quando não existe nenhum.
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.
Mas quando funciona bem, a nossa audição é um sistema incrível e elegante. Os nossos ouvidos são uma peça bem afinada de um maquinismo biológico que transforma a cacofonia das vibrações no ar que nos rodeia em impulsos elétricos perfeitamente afinados que distinguem palmas, pingos, suspiros e zumbidos.