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然而,当声音低于1千赫时,整个基底膜都会振**。
在这种情况下,一些其他的机制变得重要起来:静纤毛细胞随着声波脉冲发射信号。
举例来说,对一个100赫兹的音调,静纤毛细胞每秒发射100次信号。
然而,细胞无法在一秒内发射超过500次信号。
因此,为了应对更高的频率,它们面临的问题与一支装备了燧发枪的军队遇到的问题类似,如果说重新装弹需要一分钟,那么小队怎么能产生间隔10秒的持续的枪声呢?答案是将队员分成6组。
第一组发射并开始装弹,10秒后第二组发射,以此类推。
在第六组开火10秒后,第一组将完成装弹并将再次开火。
毛细胞正是以这种方式分组工作的。
假设第一组在声波周期达到峰值时向大脑发出信号,第二组则在该周期已经下降到最小值的一半时发出信号,第三组在周期最小值时发出信号,而第四组则在周期返回至最大值的一半时发出信号。
以这种方式,这样的四个单元组可以对频率比其最大发射频率高4倍的音调进行响应。
基底膜上的毛细胞也以一种非常不同的方式协同工作。
那些排在基底膜第八排或者更外层的毛细胞通过瞬时改变它们的长度来响应传入的声波。
这种运动放大了内层毛细胞(唯一向大脑发送信号的毛细胞)上的立体纤毛的振动,因此产生了显著的放大效果。
这样我们能够听到的声音的最低值又降低了40分贝(到了我们原本听觉下限的万分之一)。
这种活动会产生微弱的声音,称为耳声发射。
因为婴儿太小,无法说清他们是否听到或到底听到了什么,所以耳声发射对于确定婴儿听力系统的功能非常有用。
此外,当内耳受到损伤时,耳声发射就会减弱,所以它们也是听力学专家检查听力情况的有效手段。
这种声音太安静了(是件幸事),人基本上无法听见,所以要用非常灵敏的入耳麦克风进行测量。
神经与大脑:从客观到主观
从基底膜发出的神经信号并不是模仿声波,而是包含三个信息的编码消息,即:(a)有多少神经纤维在同时发射信号;(b)这些纤维沿着基底膜排了多远;(c)纤维信号发射的时间间隔是多久。
大脑通过(a)和(c)可以提取响度信息,通过(b)和(c)可以提取音高信息。
图16 大脑中听觉、语言和言语活动的位置。
主听觉区识别声音,布罗卡氏区既分析又生成语义元素,韦尼克区处理的是语音序列(听到的、发出的和记住的声音),缘上回负责发音,角回负责语义处理
我们还没有完全弄清在大脑的听觉和语言中枢(见图16)里发生了什么,但处理过程的第一阶段是从听觉神经的输入数据流中提取显著特征。
这些特征被用来不断地更新、修改和精炼我们脑海中关于所听到的事物的模型,比如一个曲调、一句话,或者一段令人烦躁的引擎噪声。
大脑通过预测声音接下来会怎么变化来测试模型的准确性。
在预测的过程中,大脑会尝试确定声音的每个组成部分对于这段声音的含义所做出的贡献大小,这个过程被称为层次编码。
例如,如果有人试图哼出《飞越彩虹》,哪怕他哼错了大部分调调,我们也能识别出这首歌,这也证明了我们在声音预测方面有惊人的能力。
哺乳动物的大脑对传到耳朵里的声音的理解速度几乎令人难以置信——对一只狗说“松鼠”
,如果它能听懂这个词,它几乎能瞬间对其做出反应。
回归
从进化的角度来说,听音乐对大脑来说是一件相当不寻常且新奇的事情。
通常在听音乐的过程中,兴趣的焦点是外部世界的某个物体,因此听觉系统的一个重要功能就是定位那个物体。
对于高频的声音,来自左侧的声音将首先到达左耳,同时由于头部对声音的阻挡,大脑会感觉到右耳处声音的音量比左耳低。
当声波的长度大于两耳之间的距离时,大脑会比较两耳中声音的变化程度。
如果一个长波从左侧传来,它的每一个波腹都会率先到达左耳,所以左耳的压力刚开始是最大的。
随着波的传播,左耳的压力下降,而右耳的压力上升,直到波腹通过,压力再次下降。
然而,当一个波的波长超过4米时,从左耳到右耳的这段距离不会有什么变化,因此无法判断它的方向。
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