Rozszyfrowano kod słuchu

Najnowsze odkrycia rzucają światło na to, jak działa nasz słuch

Nasz słuch nadal stanowi zagadkę dla nauki. Naukowcy z Nowego Jorku i Getyngi wykazali istnienie nieznanego dotąd podziału zadań i wydajności w mózgu.

Nasz słuch wykonuje precyzyjną pracę przez całą dobę, a sposób, w jaki przebiegają procesy słyszenia, nie został do dziś zbadany w najdrobniejszych szczegółach. Wiemy, że dźwięk przemieszcza się niczym reakcja łańcuchowa od ucha zewnętrznego aż do nerwu słuchowego. Nasza małżowina uszna pełni przy tym rolę lejka, który przechwytuje fale dźwiękowe i przekazuje je do błony bębenkowej. Ta cienka błonka przenosi drgania na kosteczki słuchowe: młoteczek, kowadełko i strzemiączko. W tych najmniejszych i najbardziej delikatnych kościach ludzkiego ciała dźwięk ulega wzmocnieniu, dzięki czemu może przemieszczać się przez wypełnione płynem zwoje ślimaka aż do tzw. błony podstawnej. To właśnie tam znajdują się wrażliwe komórki rzęsate, które przekształcają sygnały akustyczne w impulsy elektryczne. Impulsy te są przekazywane przez nerw słuchowy do ośrodka słuchowego w mózgu, który je interpretuje.

W skrócie

• Małżowina uszna to część naszego ucha, która jest otwarta na zewnątrz, aby niczym lejek akustyczny zbierać odgłosy, dźwięki i mowę. Unikalne wypukłości i wgłębienia tej elastycznej struktury chrzęstnej tworzą rezonatory akustyczne, które są wprawiane w drgania.
• Drgania te są przekazywane przez zewnętrzny kanał słuchowy do błony bębenkowej.
• Do ucha zewnętrznego należą również chrząstka ucha i płatek ucha.
• Błona bębenkowa oraz kosteczki słuchowe – młoteczek, kowadełko i strzemienko – należą do ucha środkowego.
• Ucho środkowe jest połączone przez okienko okrągłe z uchem wewnętrznym, którego głównymi elementami są ślimak i narząd równowagi.

Jak nasze półkule mózgowe współpracują podczas słyszenia

Jak jednak nasz mózg odszyfrowuje impulsy, które otrzymuje z nerwu słuchowego? Tą kwestią zajęła się grupa naukowców z School of Medicine Uniwersytetu w Nowym Jorku. Neurolodzy odkryli, że nasze dwie półkule mózgowe dzielą się między sobą funkcjami słuchowymi. Już obserwacje kliniczne z XIX wieku wykazały, że uszkodzenia lewej półkuli mózgu wpływają na przetwarzanie mowy. Natomiast jeśli uszkodzona jest tylko prawa półkula mózgu, nie ma to negatywnego wpływu na słyszenie i rozumienie słów. Od tamtej pory pojawiły się różne hipotezy dotyczące tego, w jaki sposób prawa i lewa półkula mózgu dzielą się między sobą funkcjami mowy i rozumienia języka. Amerykański zespół badawczy postanowił wyjaśnić dokładne procesy zachodzące w naszym mózgu – mając na celu opracowanie nowych metod leczenia zaburzeń mowy.

Lewa półkula słyszy dźwięki wolne i szybkie, prawa – wysokie i niskie

W tym celu naukowcy w serii badań przetworzyli nagrania mowy i zmierzyli aktywność mózgu. Wynik: obie półkule mózgu podczas słuchania wykonują jednocześnie różne zadania. Podczas gdy lewa półkula mierzy, jak dźwięki zmieniają się w czasie – na przykład podczas wolniejszej lub szybszej mowy – prawa półkula skupia się na zmianach wysokości dźwięku. Daje to nie tylko zupełnie nowe spojrzenie na podstawowe mechanizmy rozumienia mowy, ale także wskazuje nowe sposoby leczenia zaburzeń słuchu.

W jaki sposób sygnały akustyczne docierają do ścieżki nerwowej

Naukowcy z Uniwersytetuw Getyndze pod kierownictwem prof. Tobiasa Mosera zbadali ponadto, w jaki sposób sygnały akustyczne są przekształcane w sygnały nerwowe – aby w ogóle mogły dotrzeć do mózgu. Nie tylko obalili oni dotychczasowe założenia, ale także wykazali wyjątkową wydajność naszego słuchu. Było to jednak możliwe jedynie dzięki temu, że naukowcy w ramach skomplikowanego procesu jeszcze bardziej udoskonalili wyjątkowo precyzyjną metodę pomiarową, zwaną nanofizjologią. Dzięki tej niezwykle skomplikowanej metodzie pomiarowej naukowcy byli w stanie zmierzyć najmniejsze jednostki funkcjonalne komórek w uchu wewnętrznym. Dokonali przy tym przełomowego odkrycia i obalili dotychczasowe wyobrażenia na temat naszego słuchu.

Glutaminian tworzy połączenia między komórkami słuchowymi

Przekształcenie sygnału akustycznego w impuls nerwowy zachodzi między komórkami rzęsatymi a komórkami nerwowymi ucha wewnętrznego. W synapsach łączących te komórki nerwowe uwalniane są mikroskopijne pęcherzyki. Te tak zwane pęcherzyki synaptyczne są wypełnione neuroprzekaźnikiem – glutaminianem – i przenoszą informacje z jednej komórki nerwowej do drugiej. Dotychczas naukowcy zakładali, że podczas każdego procesu słyszenia uwalnianych jest kilka takich pęcherzyków. Jednak najnowsze pomiary przeprowadzone przez naukowców z Getyngi wykazały, że przy umiarkowanym poziomie dźwięku wystarczy jedna pęcherzyk, aby przekształcić informację akustyczną w sygnał nerwowy. W ten sposób naukowcy rozszyfrowali podstawowy pakiet danych naszego zmysłu słuchu i zbliżyli się o wielki krok do zrozumienia, w jaki sposób słyszymy. Jednocześnie udowodnili, że nasz słuch działa niezwykle wydajnie.

Potwierdzona wyjątkowa wydajność naszego słuchu

Ta wydajność, która według naukowców z Getyngi jest wyjątkowa w przyrodzie, ma jednak swoją cenę: aby komórki nerwów słuchowych mogły tak efektywnie wykorzystać uwalnianie neuroprzekaźnika – glutaminianu – muszą być niezwykle wrażliwe. Jeśli uwolnione zostanie zbyt dużo tego neuroprzekaźnika, wrażliwe komórki mogą doznać nieodwracalnych uszkodzeń. Tak by się stało, gdybyśmy narażali nasze uszy na zbyt głośne ciśnienie akustyczne. Ekstremalny hałas może zniszczyć wrażliwe komórki rzęsate poprzez nadmierną stymulację glutaminianem, przez co nie są one już w stanie przekształcać sygnałów akustycznych w impulsy nerwowe i przekazywać ich do nerwu słuchowego. Osoby dotknięte tym problemem odczuwają to w postaci pogorszenia słuchu. Dlatego z jednej strony wskazane jest, aby chronić nasze uszy przed hałasem lub w ogóle nie narażać ich na długotrwały hałas, na przykład poprzez zbyt głośne słuchanie muzyki przez słuchawki. Z drugiej strony powinniśmy regularnie badać słuch u protetyka słuchu, aby zapobiegać pogorszeniu zdolności słyszenia poprzez noszenie aparatów słuchowych.

Jak sztuczna inteligencja pomaga w rozumieniu mowy

Najnowsze odkrycia naukowe pokazują, że słuch i mózg wspólnie dokonują prawdziwych cudów. Nowe możliwości techniczne sztucznej inteligencji (AI) mogą na wiele sposobów wspierać tę wyjątkową współpracę u osób z ubytkiem słuchu. Na przykład Morten Kolbæk z Centrum Przetwarzania Sygnałów Akustycznych (CASPR) Uniwersytetu w Aalborgu w Danii opracował algorytm, który pomaga osobom noszącym aparaty słuchowe doskonale rozumieć rozmowę w hałaśliwym otoczeniu. W tym przypadku sztuczna inteligencja uczy się na podstawie kilku tysięcy przykładów nagrań głosowych – zarówno z szumem tła, jak i bez niego – jak wyodrębnić zrozumiały głos z głośnego tła dźwiękowego. Algorytm ten naśladuje sposób, w jaki współpracują ze sobą mózg i słuch. Dzięki temu osoby noszące aparaty słuchowe mogą lepiej radzić sobie w trudnych akustycznie sytuacjach.

Już teraz dostępne są aparaty słuchowe, które za pomocą sztucznej inteligencji dostosowują ustawienia słyszenia i sterowanie mikrofonem do danej sytuacji słuchowej. Niezależnie od tego, czy użytkownik znajduje się na zatłoczonym dworcu kolejowym i próbuje zrozumieć komunikat z głośnika, czy też siedzi w zacisznym salonie w domu. Aparaty słuchowe automatycznie dostosowują się tak, aby zapewnić mu optymalny poziom słyszenia. Sztuczna inteligencja uczy się przy tym na podstawie różnych profili hałasu, jak prawidłowo oceniać nowe sytuacje.

Czy dobrze słyszysz i rozumiesz mowę nawet w hałaśliwym otoczeniu? Sprawdź to i wykonaj tutaj krótki test słuchu online. Od razu otrzymasz wstępne informacje na temat stanu swojego słuchu.