5.4 Heyrn
5.4 Heyrn
Námsmarkmið
Að þessum hluta loknum getur þú:
- Lýst grunnlíffærafræði og virkni heyrnarkerfisins
- Útskýrt hvernig við kóðum og skynjum tónhæð
- Rætt hvernig við staðsetjum hljóð
Heyrnarkerfið breytir þrýstibylgjum í merkingarbær hljóð. Það gerir okkur kleift að heyra hljóð náttúrunnar, njóta fegurðar tónlistar og eiga samskipti hvert við annað með töluðu máli. Í þessum hluta fáum við yfirlit yfir grunnlíffærafræði og virkni heyrnarkerfisins. Þar verður fjallað um hvernig skynáreiti er umbreytt í taugaboð, hvar í heilanum unnið er úr þeim upplýsingum, hvernig við skynjum tónhæð og hvernig við vitum hvaðan hljóð kemur.
Líffærafræði heyrnarkerfisins
Eyranu má skipta í nokkra hluta. Ytra eyrað nær yfir eyrnarblöðkuna, sýnilega hluta eyrans sem stendur út úr höfðinu, hlustina og hljóðhimnuna, eða trommuhimnuna. Í miðeyranu eru þrjú örsmá bein sem kallast heyrnarbein: hamar, steðji og ístað. Í innra eyranu eru bogagöngin, sem koma að jafnvægi og hreyfingu (jafnvægisskyni), og kuðungurinn. Kuðungurinn er vökvafyllt, snigillaga bygging sem inniheldur skynviðtakafrumur heyrnarkerfisins, svokallaðar hárfrumur (Mynd 5.18).
Hljóðbylgjur berast eftir hlustinni og skella á hljóðhimnunni, sem veldur því að hún titrar. Þessi titringur hreyfir heyrnarbeinin þrjú. Þegar heyrnarbeinin hreyfast þrýstir ístaðið á þunna himnu í kuðungnum sem kallast egglaga gluggi. Þegar ístaðið þrýstir á egglaga gluggann fer vökvinn í kuðungnum að hreyfast. Það örvar síðan hárfrumur, heyrnarviðtakafrumur innra eyrans sem eru felldar inn í grunnhimnuna. Grunnhimnan er þunn vefræma inni í kuðungnum.
Virkjun hárfrumna er vélrænt ferli: örvun hárfrumu leiðir að lokum til virkjunar frumunnar. Þegar hárfrumur virkjast mynda þær taugaboð sem berast eftir heyrnartauginni til heilans. Heyrnarupplýsingar berast til neðri hóls, miðlægs hnékjarna stúkunnar og að lokum til heyrnarbarkar í gagnaugablaði heilans, þar sem unnið er úr þeim. Líkt og í sjónkerfinu benda gögn einnig til þess að upplýsingar um heyrnarkennsl og hljóðstaðsetningu séu unnar í samhliða brautum (Rauschecker & Tian, 2000; Renier et al., 2009).
Skynjun tónhæðar
Mismunandi tíðni hljóðbylgna tengist mismunandi skynjun okkar á tónhæð hljóðanna. Lágtíðnihljóð eru skynjuð sem lægri tónar og hátíðnihljóð sem hærri tónar. Hvernig greinir heyrnarkerfið á milli ólíkra tónhæða?
Nokkrar kenningar hafa verið settar fram til að skýra skynjun tónhæðar. Hér ræðum við tvær þeirra: tíðnikenningu og staðarkenningu. Tíðnikenningin um skynjun tónhæðar heldur því fram að tíðni sé kóðuð með virkni skyntaugafrumu. Það myndi þýða að tiltekin hárfruma sendi boðspennur sem tengdust tíðni hljóðbylgjunnar. Þótt þetta sé mjög innsæ skýring greinum við svo vítt tíðnisvið (20-20000 Hz) að tíðni boðspenna frá hárfrumum getur ekki skýrt allt sviðið. Vegna eiginleika natríumganga á frumuhimnu taugafrumna, sem koma að boðspennum, kemur að punkti þar sem fruma getur ekki sent boð hraðar (Shamma, 2001).
Staðarkenningin um skynjun tónhæðar gerir ráð fyrir að ólíkir hlutar grunnhimnunnar séu næmir fyrir hljóðum af ólíkri tíðni. Nánar tiltekið bregst grunnur grunnhimnunnar best við hárri tíðni en oddur grunnhimnunnar best við lágri tíðni. Hárfrumur í grunnhlutanum væru því flokkaðar sem viðtakar fyrir háa tónhæð, en þær sem eru við odd grunnhimnunnar sem viðtakar fyrir lága tónhæð (Shamma, 2001).
Í raun skýra báðar kenningarnar ólíka þætti tónhæðarskynjunar. Við tíðni upp að um 4000 Hz er ljóst að bæði tíðni boðspenna og staðsetning á grunnhimnunni stuðla að skynjun okkar á tónhæð. Mun hærri tíðni hljóða er hins vegar aðeins hægt að kóða með staðsetningarvísbendingum (Shamma, 2001).
Hljóðstaðsetning
Getan til að staðsetja hljóð í umhverfinu er mikilvægur hluti heyrnar. Líta má á hljóðstaðsetningu sem hliðstæðu þess hvernig við skynjum dýpt í sjónsviðinu. Líkt og eineygðar og tvíeygðar vísbendingar veita upplýsingar um dýpt notar heyrnarkerfið bæði einyrnavísbendingar og tvíyrnavísbendingar til að staðsetja hljóð.
Hvor eyrnarblaðka hefur mismunandi áhrif á innkomnar hljóðbylgjur eftir því hvar hljóðuppsprettan er miðað við líkama okkar. Þetta samspil veitir einyrnavísbendingu sem hjálpar til við að staðsetja hljóð sem berast ofan eða neðan frá og framan eða aftan frá. Hljóðbylgjur sem berast báðum eyrum frá hljóðum beint fyrir ofan, neðan, framan eða aftan okkur væru eins; þess vegna eru einyrnavísbendingar nauðsynlegar (Grothe, Pecka, & McAlpine, 2010).
Tvíyrnavísbendingar veita hins vegar upplýsingar um staðsetningu hljóðs á láréttum ás með því að byggja á mun á titringsmynstri hljóðhimnunnar í eyrunum tveimur. Ef hljóð kemur ekki beint frá miðju skapar það tvenns konar tvíyrnavísbendingar: styrkmun milli eyrna og tímamun milli eyrna. Styrkmunur milli eyrna vísar til þess að hljóð sem kemur frá hægri hlið líkamans er sterkara í hægra eyra en vinstra, vegna þess að hljóðbylgjan veikist þegar hún fer í gegnum höfuðið. Tímamunur milli eyrna vísar til þess litla munar á því hvenær tiltekin hljóðbylgja berst hvoru eyra (Mynd 5.19). Ákveðin heilasvæði fylgjast með þessum mun til að ákvarða hvaðan á láréttum ás hljóðið kemur (Grothe et al., 2010).
Heyrnartap
Heyrnarleysi er það að geta að hluta eða öllu leyti ekki heyrt. Sumt fólk fæðist án heyrnar, sem kallast meðfætt heyrnarleysi. Aðrir eru með leiðniheyrnartap, sem stafar af vandamáli við að leiða hljóðorku til kuðungsins. Orsakir leiðniheyrnartaps geta verið stífla í hlust, gat á hljóðhimnu, vandamál með heyrnarbeinin eða vökvi í rýminu milli hljóðhimnu og kuðungs. Enn annar hópur er með taugaskynheyrnartap, algengustu tegund heyrnartaps. Taugaskynheyrnartap getur stafað af mörgum þáttum, svo sem öldrun, höfuðáverka eða hljóðáverka, sýkingum og sjúkdómum (til dæmis mislingum eða hettusótt), lyfjum, umhverfisáhrifum á borð við hávaðaáreiti (heyrnartap af völdum hávaða, eins og sýnt er á Mynd 5.20), æxlum og eiturefnum (til dæmis þeim sem finnast í tilteknum leysiefnum og málmum).
Vegna þess hve vélrænn flutningur hljóðbylgjuáreitis er frá hljóðhimnu um heyrnarbeinin að egglaga glugga kuðungsins er einhver heyrnarskerðing óhjákvæmileg. Við leiðniheyrnartap tengjast heyrnarvandamál því að hljóðhimnan titrar ekki rétt og/eða heyrnarbeinin hreyfast ekki rétt. Slík vandamál eru oft meðhöndluð með tækjum á borð við heyrnartæki, sem magna upp innkomnar hljóðbylgjur og gera titring hljóðhimnunnar og hreyfingu heyrnarbeinanna líklegri.
Þegar heyrnarvandamálið tengist því að taugaboð berast ekki frá kuðungnum til heilans kallast það taugaskynheyrnartap. Einn sjúkdómur sem veldur taugaskynheyrnartapi er Ménière-sjúkdómur. Þótt sjúkdómurinn sé ekki vel skilinn veldur hann hrörnun í byggingum innra eyrans sem getur leitt til heyrnartaps, eyrnasuðs (stöðugs hringls eða suðs), svima (tilfinningar um að allt snúist) og aukins þrýstings í innra eyranu (Semaan & Megerian, 2011). Þessa tegund heyrnartaps er ekki hægt að meðhöndla með heyrnartækjum, en sumir einstaklingar gætu komið til greina fyrir kuðungsígræðslu sem meðferðarúrræði. Kuðungsígræðslutæki eru rafeindatæki sem samanstanda af hljóðnema, talvinnslubúnaði og rafskautafylki. Tækið tekur við hljóðupplýsingum og örvar heyrnartaugina beint til að senda upplýsingar til heilans.