书城科普解读自身的人体科学(A卷 新编科技大博览)
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第19章 感知世界(2)

声音,是物体振动引起空气产生的一种疏密振动波。人耳可以听到的声波振动范围在16~20000赫兹。低于16赫兹的振动波叫做次声波,我们就听不到了,只能使人产生振动感。高于20000赫兹的振动波叫做超声波,因为声波振动频率过快,耳就跟不上超声波的快速压力波动,于是就停止了向大脑提供声音监听的情报,所以我们就以为完全没有声音了。但是有许多的动物能够感受到超声波。人耳虽然不能听到蝙蝠捕食时发出的声音,也不能听到鱼儿的窃窃私语,但这并不说明人耳这部监听器设计得不好,因为这些声音对于我们实在是毫无任何意义的,耳朵结构剖视图听不到这些非常高频的声音也没有任何的害处。我们有20000赫兹的音频感受范围就足以讲述各种各样的语言,充分地交流思想感情了。

人和高等动物都长有两只耳,这不仅为了体形对称好看,更主要的是有利于他们辨别声音的来源方向。大家都知道,声音在空气中的传播速度为340米/秒。在绝大多数情况下,由于发声的物体距离我们的两耳不一样远,所以声音也就不可能在同一时刻进入两耳,只要是声音进入两耳的时间相差1/22毫秒,我们就能准确地辨别出声音是来自哪个方向。可见,人耳这部监听器辨别声音方向的能力是高超无比的!

当然,辨别声音方向最终是依靠奇特的大脑两个半球来完成的。但作为大脑获取声音信息的监听器,耳如此精密的工作能力实在是难以想像的。

听传导的通路

感受声波的感受细胞是坐落在耳蜗基底膜上的毛细胞。外界的声波振动信号要传到毛细胞上,必须经过九曲弯转。其传入的路线是:外耳道—鼓膜—听骨链—卵圆窗—内耳淋巴液—毛细胞。

声波的刺激比较特殊。一个发声的声源发起振动,若振动比较稀疏的空气是较容易的;若让使空气振动的能量使固体物质振动起来,就困难多了。因为空气振动的能量到达固体物质以后,绝大部分能量都要被固体物质反射回来,真正能够穿入固体内部的能量只有千分之一。这样,外界空气振动的声音强度尽管很大,经过耳结构的巨大反射作用,再经过声波传入内耳九曲弯转的摩擦消耗,真正到达内耳毛细胞的声波刺激能量就几乎没有多少了。这样,即使是我们内耳的毛细胞感受声波的敏感性再高,若想使人听清声音也是非常困难的。

令人惊喜的是,人耳这部脑监听器的结构设计得实在是太精巧了。它以极大的可能性,尽可能地增加声波传入内耳的能量,减少声波在传入内耳时的必然消耗。这样才使得我们的耳对声音刺激的感受达到高度惊人的灵敏程度。

耳廓的外形呈一个喇叭形状,向内收敛的喇叭口通向外耳道,使耳廓大面积接收来的声音最后集中输送进入外耳道。所以,耳廓具有集音的作用。

人的外耳道稍微弯曲,长约27厘米,其尽头是鼓膜。从物理学角度上说,一个一端封闭的管道,可以对比它长4倍的声波起到最好的共振作用,即对这个波长的声音起到最大的放大作用。这就是说,我们的外耳道对于波长10厘米左右(即频率为3000赫左右)的声波特殊关爱,使音强最大程度地放大。要知道,3000赫左右的音频也正是我们人类说话、唱歌最多使用的音频范围。所以人耳的构造首先最适合与人之间进行语言、歌唱等思想交流。

鼓膜是一个面积50~90毫米2、厚度仅为0.1毫米的漏斗形薄膜。它的最大特点是极容易发生振动,而不发生任何的余振。空气振动,它立即随之振动,空气振动停止,它也立即停止振动。如实振动、高度保真,是向内耳真实传递声音的可靠前提。

中耳负责传音的主要是由三块听小骨巧妙联系形成的听骨链。总体可使声音强度增加22倍。巨大的放大作用有效地抵消了耳对声波能量的反射,对于提高耳对声音的感受灵敏度是非常重要的。

内耳是一条骨性的管道,内部还套着一条叫蜗管的膜性管道。骨性管道内充满着外淋巴液,膜性管道内充满着内淋巴液。这条套管形如一个小蜗牛壳,因此被称做耳蜗。感受声波振动刺激的毛细胞就坐落在膜性管道的基底膜上,浸浴在耳蜗的内淋巴液中,其底部与听神经纤维形成联系,其上方的毛与漂浮在内淋巴液中的盖膜相接触。

传到中耳的声波经过听小骨的镫骨可以振动卵圆窗,从而使卵圆窗内侧的外淋巴液发生振动。内耳外淋巴液振动可以使基底膜随之振动,坐落在基底膜上的毛细胞也就随之上下振动。当毛细胞向上振动时,毛细胞的毛就会受到盖膜的顶压发生弯曲。当毛细胞向下振动时,毛细胞的毛则又重新伸直。所以,毛细胞能够如实地随着声波的频率振动,其振动的幅度也与声波的强度成正比。

当毛细胞的毛发生弯曲时会引起毛细胞膜的电阻发生改变,使毛细胞产生电活动。产生的电位再激发听神经纤维产生神经冲动。于是神经冲动就携带着声波振动的信息经过听神经声音入耳的路径纤维传导到大脑皮质的颞叶听觉中枢,在这里最后产生听觉。

那么,耳蜗基底膜是如何感受频率高低不同的声音的呢?

科学家们发现,传入内耳的声音振动波总是从耳蜗底部引起基底膜像抖动彩带一样振动,并逐渐向顶端推进。越是高频音,在基底膜上产生的最大波幅向上推进的距离就越近,越是低频音产生的最大波幅向上推进的距离就越远。所以,耳蜗底部的基底膜感受的是高频音,顶部感受的是低频音。因此,基底膜的不同部位能够对不同音频的声音做出反应,进行初步的分析。听觉所产生的音调高低就取决于声波在基底膜上产生振幅的部位。那耳蜗又是如何感受声音强度大小的呢?

当某一音调的声音强度增大时,基底膜上产生的振动幅度也就增大,但是产生最大幅度的部位是永远不会改变的。由于振动幅度大了,基底膜上的毛细胞受到的刺激就比较强。毛细胞的兴奋强度增大,经听神经传入大脑皮质听觉中枢的神经冲动就越多,所以也就使人感到声音比较大。由此可见,内耳感受声音的技巧确实是极为高超的。

听觉过敏

有些人对食物或花粉等物质过敏。这是大家已经知道的知识。但是,你听说过“听觉过敏”这个词吗?

声波刺激要引起听觉,需要达到一定的强度。如果达不到最低的强度,对方就听不见了。比如,两个人在一起说些私人的事情,周围又有旁人在场,而他们不想让别人知道说的是些什么内容,于是就将声音尽量压低。像这样窃窃私语时,别人就听不清说了些什么。

我们把能引起听觉的最低的声音强度,称为听觉的“阈值”。

如果面神经受到损伤,可使病人的听觉阈值降低。也就是说,这时病人能听到平时听不到的声音,这是什么原因呢?

原来它与面神经支配的一块小小的肌肉——镫骨肌有关。

在中耳的鼓室内,有两条与听觉有关的小肌肉——“鼓膜张肌”和“镫骨肌”。前者的作用是牵引鼓膜向内,使鼓膜紧张,受三叉神经支配;后者的作用是牵引鼓膜向外,受面神经支配。正常情况下,两块肌肉的作用彼此协调,维持鼓室内的压力平衡。当面神经受到损害时,镫骨肌由于得不到神经支配而出现麻痹,于是,鼓膜张肌的作用得不到平衡,使鼓膜处于紧张状态。在这种情况下,即使很小的声波刺激,也可以引起听觉。这时,就称为听觉过敏。

所以,如果出现了听觉过敏,可以作为诊断面神经麻痹的一项指标。

读者看到这里,是不是也会由衷地感叹:“人体的结构竟是精美得如此妙不可言?”

耳屎的功用

耳屎,或叫耳垢,医学名称叫耵聍(dīn nín)。它是耳朵里的耵聍腺所分泌出来的油样、水样物质,混和着耳内脱落下来的死细胞组成的。许多人把它看作肮脏讨厌的东西,总喜欢用各种方法把它们“请”出耳朵。其实,耵聍是有益于耳朵的。第一,它潮湿而带有粘性,能够粘住进入耳内的尘埃、病菌。由于耳屎上有层“酸膜”,病菌无法在上面生长。第二,它有一种特殊的苦味,可使小虫子望而生畏,不敢轻易到耳道去捣乱。第三,能够防水,可保持耳道干燥。第四,可缓冲强力的气浪、声波对鼓膜的冲击作用。

就凭这些,我们也理当要为耳屎记功。

有意思的是,过去的医学家以为耳屎对细菌没有作用,但我国台湾省的一名16岁的少年研究证明,耳屎有很强的杀死病菌的能力。他为此而在国外的青年科学讨论会上获奖。这样,我们就更不应小看耳屎了。

还有,民间认为耳屎可治蜈蚣咬伤。方法是:先挤净毒液,然后挖些耳屎按压在伤口上。有人试用过,认为“果真有效”。

也许有人会说,耳屎不断被分泌出来,久而久之不是会堵塞耳道、影响听力吗?对这个问题,我们还是看看科学家埃尔伯蒂的实验情况吧。他曾把无毒的染剂和墨水涂在62个人的耳朵深处和鼓膜上,然后隔段时间拍下照片。通过对一系列照片的研究、比较,发现这些染点正逐渐向耳外移动。这一实验告诉我们,耳屎是不会妨碍我们听声音的。因为在正常情况下,我们在张口、吞咽、走路、睡觉时,耳屎都会自动脱落下来的。动物并不掏耳屎,我们并未发现这对它们的听力有什么影响。

当然,因耳朵发炎、耳道狭窄等原因,有时也会影响耳屎排出,这时是需要掏耳屎的,但应注意不可挖破耳道的皮肤,更不可刺破鼓膜。

要是耳屎过多且形成了大硬块,则为耵聍栓塞。由于这种栓塞堵住耳道,可以影响听力,甚至能导致耳聋。栓塞的耵聍刺激了鼓膜,更会产生耳鸣、眩晕和疼痛。这就要请医生处理。曾经有个人因为耵聍压迫了通过耳道的一部分面神经,居然引起了“面瘫”,即“耳源性面神经麻痹”。医生取出了压迫神经的耳屎,“面瘫”也就霍然而愈了。

耳朵里的迷宫——内耳

外耳和中耳只是负责向内耳传递振动,内耳才是听觉的基本器官。内耳里有一个螺旋形的腔,弯曲盘旋,结构精巧,好似迷宫一般。因为它很像蜗牛的壳,所以称为耳蜗。耳蜗大约转两圈半,埋藏在骨质里。内耳里还有三个半规管和两个小囊,它们和平衡感觉有关,而和听觉没有关系,只有耳蜗才和听觉有关。

耳蜗里面是一个管道,它随着“蜗牛壳”旋转着。这个盘绕的管道实际上是由三个相邻的管子组成,因为每个管子都有一些像螺旋形的楼梯,所以每一个都叫一个“阶”。第一个管子叫做前庭阶,它的底部是与中耳相邻的卵圆窗膜,中耳的镫骨就附着在这里。下面依次是中间阶和鼓阶,鼓阶的底部是圆窗。第一个管子和第三个管子在顶端是连通的,换句话说,就是内耳的卵圆窗和圆窗被第一和第三条管子连在了一起。管子里面有一些液体,当声波的振动由中耳传到卵圆窗时,管子里面的液体也波动起来。

分开中间管道和第一条管道的膜叫基底膜,在这个膜上大约有2.4万根听觉神经纤维,这些纤维上附载着许多听觉细胞。当外面的液体波动时,基底膜也会随之振动,产生的神经冲动传到大脑皮层的听觉中枢,就形成了听觉。

如果耳蜗、听觉神经、或听觉中枢受到损伤,听力会降低,甚至丧失,称为神经性耳聋。

左耳右耳谁更强

人的耳朵的灵敏程度是不一样的。即使是同一个人,辨别声音的本领也随着年龄的增长而有所差别。

前苏联列宁格勒市阿·阿·日丹诺夫大学的生理学家符·格·卡缅斯卡娅,曾选择10名22至25岁听力正常的男子作为实验对象,采用各种适宜于人的、在225~4000赫兹范围内的各种音频,对每个人的听觉能力进行了多次测定。结果表明,无论是按小组、还是按个人来看,都是左耳的听力比右耳强。

卡缅斯卡娅的测试结果与早先其他学者采取间接法测得的结论是一致的。

左耳胜过右耳的原因何在?心理学家从观察人的脑电图中得到了解释。脑电图告诉我们:右脑比左脑的振幅大,因为听神经在脑中的位置是交叉的,接受和感受左耳传来的神经冲动的是右脑。右脑振幅大,正好表明左耳的听力更加灵敏些。

但是,新的研究认为,用右耳听东西,则要比左耳听到的记得更牢。道理是:右耳听到的信息会进入大脑左半部,而随着年龄的增长,左脑的记忆力更好些。所以右耳听到的也更易记住了。

高鼻·矮鼻·长鼻

世界上有黄色、棕色、白色、黑色等人种。不同的人除了肤色、毛发等的差别外,鼻子也显异样。白种人鼻高而狭,黑种人鼻矮而广,黄种人通常介于两者之间。

人能适应环境,鼻子自然不能例外。所以传统的观点都认为,白人鼻子比其他人种的长些、高些、钩些,原因是他们居住在干冷环境里,这样的鼻子可以使干冷空气进入肺部之前变得温暖、湿润些。

不过,最近有的学者提出了新见解:亚洲人不是高鼻的因素在于盐。理由是,由于亚洲人吃盐较多,这就阻碍了鼻部软骨和硬骨的生长,于是大家的鼻子也就比较平坦了。

那末,高鼻子的奥秘何在呢?1986年年底在日本名古屋召开的分子生物学和遗传学的联合会议上,科学家说:这与遗传因子有关,并且首次发现了能决定鼻形的遗传因子。试验表明,要是这种遗传因子由于血液中的白蛋白异有用的鼻子常而遭破坏,高鼻子就会变成塌鼻子。