螺壳里的万籁 | 混乱博物馆

大象公会 · 公众号 · 科技自媒体 · 2017-11-07 22:19

正文

听觉实在是一种重要的感觉，它收集了人类大约 20% 的外部信息；而且与视觉、嗅觉、味觉相比，听觉也更加神秘，受到某些生理构造的限制，我们至今仍然不是很了解它。

这些限制首先表现在尺寸上——耳朵是相当精致的感官，内耳中负责听觉的耳蜗部分只有一粒豌豆大；而且，这样一个小东西还被厚厚的颞骨包裹起来，使我们几乎无法观察它们在自然状态下的生理活动。

但我们仍然用种种手段解开了耳蜗中埋藏的许多奥秘，本期混乱博物馆将带你进入这个细小的螺壳中，领略又一个精妙的进化奇迹。

－文字稿－

你有没有想过，大自然里的万种天籁，人世间的喧嚣鼎沸，究竟是如何被你的耳朵感知到，变成“声音”的——或者说，听觉的原理是什么？

这件事情要比一般人想象得更加复杂，我们首先要知道，所谓“声音”就是机械波，听觉是一种针对机械波的感觉，这在我们身上由耳朵实现。人类的耳朵非常复杂，分成外耳、中耳和内耳三个部分，分别以鼓膜和卵圆窗为界，其中外耳负责收集声音，中耳负责传导和放大声音，内耳负责感知声音。内耳的形状非常复杂，由一层薄薄的骨质包裹，大致可以分成前庭和耳蜗两个部分，前庭靠三根互相垂直的半规管感知平衡，而耳蜗则是理解我们问题的关键。

我们人类的耳蜗环绕了3又5/8个圆周，展开长度大约35毫米，内部解剖相当精巧：耳蜗内部沿着螺旋的方向被“v”形剖面的两层结缔组织薄膜分割成三个腔体，内部充盈着淋巴液，其中上下两个较大的腔体在前庭处开有两个覆盖薄膜的小窗，分别称为圆窗和卵圆窗，而中耳的镫骨就连接在卵圆窗上，外耳收集来的声音经过中耳的锤骨和砧骨的杠杆放大，由此在耳蜗内的淋巴液中激起行波，而另一侧完全开放的圆窗就负责释放行波产生的压力变化。

纵然有了这缕行波，要感受其中的信息也仍非易事。分隔耳蜗的两列薄膜中有一列称为基底膜，其上贯穿着一个柯蒂氏器——这个柯蒂氏器的核心结构是四列“毛细胞”，顶端都有一些静止的纤毛。然后有一张薄薄的盖膜虚掩其上，轻轻抵住这些纤毛。当声音进入耳朵，在耳蜗里激起行波，盖膜就会与纤毛错位，轻轻扭动它们，用一种我们仍不知道的生化机制触发一系列的信号转导，再由基底膜中埋藏的神经传递给大脑，最终构成听觉——然而遗憾的是，我们至今也不太清楚这些纤毛究竟如何分辨不同频率的振动。

但是我们知道越靠近耳蜗顶端，基底膜越宽，越靠近耳蜗低端，基底膜越窄，这样一来，高频的声音就在耳蜗基部振动最强，低频声音则在耳蜗顶部振动最强，这将对应不同位置的毛细胞，触动不同的神经兴奋，也就感知了不同频率的振动——但不同于琴弦上的旋律，毛细胞感知的频率由基底膜的宽度和位置决定，而不是自身纤毛的长度。

耳蜗的长度决定了听觉范围，这在进化上得到了鲜明的验证：其它脊椎动物，包括鸟类，内耳中负责听觉的部分都没能盘卷成涡，而只是一个香蕉型的结构。哺乳动物后兽亚纲擅长用声音交流信息，耳蜗就格外的长。