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.
Du hör det mjuka svallet av vågor, en fiskmås skri på håll. Men plötsligt bryts friden av ett surr, som närmar sig, närmare och närmare. Tills... smack! Du gör dig kvitt med myggan och lugnet är återställt.
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.
Hur kunde du uppfatta det oljudet på håll och lokalisera det så exakt? Förmågan att uppfatta ljud och identifiera var de kommer ifrån är möjligt tack vare hörselsystemet. Det består av två huvuddelar: örat och hjärnan. Örats uppgift är att överföra ljudenergi till nervsignaler; hjärnans uppgift är att tolka de signaler den får i det här sammanhanget.
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.
För att förstå hur det går till, kan vi följa ett ljud på väg till örat. En ljudkälla skapar vibrationer som färdas som tryckvågor genom partiklar i luft, vätskor, eller fast form. Men vårt inneröra, även kallad snäckan, är faktiskt fylld med saltvattenliknande vätskor. Så, det första att lösa är att överföra ljudvågor, varhelst de kommer ifrån, till vågor i vätskeform. Lösningen för detta är trumhinnan, eller tympanalmembranet, och de små benen i mellanörat. De omvandlar de stora rörelserna från trumhinnan till vätsketryckvågor i snäckan.
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.
När ljud når hörselgången, möts det av trumhinnan och vibrerar som ett trumskinn. Den vibrerande trumhinnan stöter till ett ben som kallas hammaren, som i sin tur träffar städet och i sin tur rör ett ben som heter stigbygeln. Dess rörelse trycker vätskan längs snäckans kamrar. Väl där, har ljudvågorna till slut omvandlats till vätskevibrationer, och de färdas som en våg genom hela snäckan. En yta kallad basilarmembranet löper genom hela snäckan. Längs den finns hårceller placerade med speciella enheter som kallas stereocilier, som rör sig med snäckans vibrationer och basilarmemranet. Denna rörelse aktiverar en signal som färdas genom hårcellerna, till hörselnerven och vidare till hjärnan, där det tolkas som ett specifikt ljud.
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.
När ett ljud får basilarmembranet att vibrera så rör sig inte alla hårceller - bara utvalda, beroende på ljudets frekvens. Detta är ett välutvecklat maskineri. Vid ena änden är basilarmembranet styvt, och det vibrerar endast till korta våglängder, högfrekventa ljud. Andra änden är böjligare, och det vibrerar endast vid långa våglängder, lågfrekventa ljud. Så, ljudet från fiskmåsen och myggan gör att olika delar av basilarmembranet vibrerar, som när du trycker på olika tangenter på ett piano.
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.
Men det är inte allt som pågår. Hjärnan har också en annan viktigt uppgift att klara av: att bestämma var ett ljud kommer ifrån. Genom att jämföra när ljud når de olika öronen kan den lokalisera ljudkällan och avståndet till dig.
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.
Ett ljud som kommer rätt framifrån når båda dina öron samtidigt. Du hör dem också lika starkt i varje öra. Men ett lågfrekvent ljud som kommer från en sida når det ena örat några mikrosekunder tidigare än det andra. Och högfrekventa ljud kommer låta starkare på det närmaste örat på grund av att de blockeras från det bortre örat av ditt huvud.
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.
De här ledtrådarna av information når utvalda delar av hjärnstammen som uppmärksammar de olika ljudstyrkorna och tidsfördröjningarna från dina öron. Resultaten skickas för tolkning upp till hörselbarken. Nu har hjärnan all information den behöver: aktivitetsmönster som berättar vad för typ av ljud det är, och var, samt hur långt bort det befinner sig.
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.
Alla har dock inte fullt fungerande hörsel. Hörselnedsättning är den tredje vanligaste kroniska åkomman i världen. Exponering för starkt ljud och vissa mediciner kan döda hårceller, vilket förhindrar signaler att färdas från örat till hjärnan. Sjukdomar som otoskleros gör hörselbenen i örat hårdare så de inte längre kan vibrera lika bra. Och med tinnitus skapar hjärnan felaktiga uppfattningar som får oss att tro att ett ljud hörs fast det inte finns.
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.
Men när allt fungerar är vår hörsel ett högt utvecklat system. Våra öron är ett slutet, noga utarbetat biologiskt maskineri som omvandlar alla möjliga vibrationer av ljud runtomkring oss till precisa elektriska impulser som särskiljer applåder från kranar, suckar och flugor.