Пролог: Тишина, которой не было
Восьмилетняя Майя проснулась среди ночи от странного ощущения. Было тихо. Слишком тихо. Она слышала гул — низкий, вибрирующий, идущий откуда-то изнутри.
— Мама, — позвала она. — Я слышу тишину!
— Глупышка, — сонно ответила мама. — Тишину нельзя слышать. 
Но Майя была права. В глубине её уха, в спиральном замке Улитки, маленькие волосковые клетки танцевали от звука, которого не было — от звука самой жизни, от шума крови в сосудах, от вибрации, которую мы обычно не замечаем.
Глава 1: Невидимая путешественница
Ранним утром, когда зазвонил будильник, из его динамика вырвалась Звуковая Волна по имени Трелли. Она была невидимой, но прекрасной — состояла из сжатого и разреженного воздуха, пульсирующего 440 раз в секунду — чистая нота “ля”.
— В путь! — пропела Трелли, устремляясь к уху Майи. — У меня есть важное послание — “Пора вставать!”
Она летела через воздух со скоростью 340 метров в секунду — медленнее света, быстрее ветра, как раз со скоростью звука. Другие волны летели рядом — басовитый Бум от упавшей с кровати подушки, нежный Шелест от занавески, далёкий Лай собаки за окном.
Ушная Раковина Майи стояла как радар, как ловушка для звуков. Её изгибы и завитки были не случайны — каждая складка направляла звуковые волны в глубину, усиливала их, фокусировала.
— Добро пожаловать в Лабиринт Уха! — гулко отозвалось эхо в ушном канале.
Глава 2: Барабан, который никогда не молчит
В конце ушного канала, как страж на границе внешнего и внутреннего мира, натянулась Барабанная Перепонка. Она была тонкой, как папиросная бумага, но прочной, как парус корабля. Полупрозрачная, жемчужно-серая, она дрожала от каждого звука.
— Кто идёт? — спросила Перепонка, уже начиная вибрировать от приближения Трелли.
— Звуковая волна, частота 440 герц, несу сообщение от будильника! — отрапортовала Трелли.
И началось волшебство. Трелли ударилась о Барабанную Перепонку, и та задрожала, завибрировала, запела. Но не хаотично — она в точности повторяла каждое колебание Трелли, как искусный мим повторяет движения.
— Щекотно! — засмеялась Перепонка, прогибаясь внутрь и выгибаясь наружу 440 раз в секунду. — Это высокий звук! А вот если бы ты была басом, я бы колебалась медленнее, величественнее!
Следом прилетел Бум от упавшей подушки — низкий звук, всего 100 колебаний в секунду. Перепонка заколыхалась медленно, как флаг на слабом ветру.
— Чувствуешь разницу? — спросила она у Трелли. — Каждый звук заставляет меня танцевать по-своему!
Глава 3: Кузница Слуха
За Барабанной Перепонкой открывалась Среднее Ухо — воздушная пещера размером с горошину, где жили три самые маленькие косточки в человеческом теле.
Первым к Перепонке прирос Молоточек — косточка действительно похожая на крошечный молот. Его рукоятка была вплавлена в Перепонку, и каждое её движение передавалось ему.
— Опять работа! — добродушно проворчал Молоточек, начиная раскачиваться в такт вибрациям. — Эй, Наковальня, просыпайся!
Наковальня — вторая косточка, похожая на коренной зуб с двумя корнями, — была соединена с Молоточком крошечным суставом.
— Не ори, — отозвалась она. — Я не сплю, я резонирую! Передаю твои удары дальше, Стремечку!
Стремечко было самой удивительной косточкой — крошечное, размером с рисовое зёрнышко, но формой точь-в-точь как стремя для верховой езды. Его основание упиралось в овальное окошко — вход во внутреннее ухо.
— Зачем мы все нужны? — спросила любопытная Трелли, наблюдая за их слаженной работой. — Почему Перепонка не передаёт звук напрямую?
Молоточек, не прекращая стучать, объяснил: — Мы — усилители и преобразователи! Смотри: Барабанная Перепонка большая, но её колебания слабые, воздушные. А овальное окошко маленькое, и за ним — жидкость, не воздух. Попробуй-ка раскачать воду слабым воздушным толчком!
— Поэтому, — подхватила Наковальня, — мы работаем как система рычагов. Большое движение Перепонки превращается в малое, но мощное движение Стремечка. Усиление в 20 раз!
— А ещё, — добавило Стремечко, вдавливаясь в овальное окно, — мы защитники! Если звук слишком громкий, наши мышцы напрягаются и размыкают цепь. Это спасает внутреннее ухо от разрушения!
Глава 4: Вход в подводное царство
Стремечко надавило на овальное окно, и за ним заколыхалась жидкость — перилимфа, заполняющая внутреннее ухо. Трелли больше не могла лететь — воздушные волны не проходят через жидкость. Но её энергия не пропала — она превратилась в Гидроволну, волну давления в жидкости.
— Добро пожаловать в Лабиринт! — раздался гулкий голос.
Перед Гидроволной открылось фантастическое зрелище. Внутреннее ухо было похоже на подземный (точнее, подвисочный) город. Три полукружных канала изгибались как американские горки — это были органы равновесия. А в центре спиралью закручивалась Улитка — орган слуха.
— Туда! В Улитку! — указало Стремечко. — Там твоё сообщение превратится в нервный импульс!
Глава 5: Спиральный замок Улитки
Улитка была размером с горошину, но если бы её развернуть, получилась бы трубка длиной 35 миллиметров, разделённая на три этажа-канала.
Гидроволна ворвалась в верхний канал — Лестницу Преддверия. Жидкость заколыхалась, побежала по спирали. Но это было только начало.
В среднем канале — Улитковом Ходе — располагалось самое главное: Кортиев Орган, истинный орган слуха. На базилярной мембране, натянутой как струна рояля, стояли тысячи волосковых клеток — микроскопических сенсоров, похожих на морские анемоны.
Каждая волосковая клетка имела пучок ресничек — от 50 до 200 тончайших волосков, расположенных рядами по росту. Над ними нависала текториальная мембрана — желеобразная крыша.
— Внимание! — закричала главная волосковая клетка. — Волна идёт!
Глава 6: Танец волосков
Когда Гидроволна пробежала по Лестнице Преддверия, базилярная мембрана начала колебаться. Но — о чудо инженерной мысли природы! — разные участки мембраны откликались на разные частоты.
У основания Улитки, где мембрана была узкой и жёсткой, резонировали высокие звуки. Трелли со своими 440 герцами вызвала волну именно здесь.
— Это наш участок! — воскликнули волосковые клетки высоких частот. — Танцуем!
Базилярная мембрана поднялась, волоски согнулись, упёршись в текториальную мембрану. И в этот момент произошло волшебство преобразования.
Когда волоски сгибались, в их мембранах открывались ионные каналы — крошечные ворота для электрически заряженных частиц. Ионы калия хлынули внутрь клетки, создав электрический ток.
— Механическая вибрация становится электричеством! — восхитилась Трелли, наблюдая за превращением. — Я больше не звуковая волна, я — нервный импульс!
Дальше по спирали, где мембрана была шире и мягче, откликались басовые клетки на низкий Бум упавшей подушки. А в середине резонировали средние частоты — голос мамы, шум машин за окном.
— Мы как струны рояля! — объяснила волосковая клетка. — Каждая настроена на свою ноту. Все вместе мы различаем 20 000 разных частот — от инфразвука до ультразвука!
Глава 7: Электрическая эстафета
Превратившись в электрический импульс, сообщение Трелли понеслось по слуховому нерву — пучку из 30 000 нервных волокон, каждое из которых соединялось со своей группой волосковых клеток.
— Частота 440 герц! Громкость средняя! Источник справа! — передавали нейроны, как телеграфисты отстукивают морзянку.
Импульс помчался к мозгу, делая остановки на станциях-ядрах: кохлеарные ядра в продолговатом мозге, верхние оливы (где определялось направление звука по разнице во времени прихода в правое и левое ухо), нижние холмики четверохолмия…
Наконец, сигнал достиг Слуховой Коры в височной доле мозга — зала, где звуки превращались в смыслы.
— Будильник! — воскликнул дежурный нейрон. — Знакомый звук! Означает “пора вставать”! Будить сознание!
Глава 8: Обратная связь
Но ухо не просто принимало звуки — оно умело и создавать их! В Улитке жили особые клетки — наружные волосковые клетки, способные сокращаться как мышцы.
— Мы — усилители и настройщики! — гордо заявили они. — Когда нужно расслышать тихий звук, мы сокращаемся в такт и усиливаем колебания мембраны!
Они продемонстрировали своё искусство. Когда издалека донёсся едва слышный голос папы, наружные волосковые клетки начали ритмично сокращаться, усиливая слабые колебания в 100 раз!
— А ещё мы создаём отоакустическую эмиссию! — добавили они. — Ухо само издаёт звуки! Правда, обычно их можно услышать только специальным микрофоном.
Глава 9: Хранители равновесия
Пока Трелли путешествовала по Улитке, рядом, в полукружных каналах, работали хранители равновесия. Три канала были расположены в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях — как оси координат.
Когда Майя повернула голову, чтобы выключить будильник, жидкость в каналах по инерции осталась на месте, а стенки каналов сдвинулись. Волоски в ампулах — расширениях каналов — согнулись.
— Поворот головы вправо на 30 градусов! — сообщили они в мозг.
В преддверии — центральной части лабиринта — работали другие датчики. На отолитовых мембранах лежали крошечные камешки — отолиты, кристаллы карбоната кальция.
— Мы чувствуем гравитацию! — объяснили они. — Когда голова наклоняется, мы скатываемся и давим на волоски. Так мозг узнаёт положение головы даже с закрытыми глазами!
Глава 10: Защитники слуха
В среднем ухе жили два маленьких мускула-защитника. Стременная мышца, самая маленькая в теле человека, и мышца, натягивающая барабанную перепонку.
— Мы — автоматическая защита! — объяснили они. — Когда звук слишком громкий, мы сокращаемся за миллисекунды!
Вдруг за окном проехал грузовик и громко просигналил. БУМ! Звуковая волна-великан ворвалась в ухо.
Мышцы мгновенно сократились. Барабанная перепонка натянулась и стала жёстче, хуже передавая вибрации. Стременная мышца оттянула Стремечко от овального окна.
— Акустический рефлекс! — прокричали они сквозь грохот. — Ослабление на 20 децибел! Внутреннее ухо защищено!
Но они не могли защитить от всего.
— Мы срабатываем только на звуки ниже 1000 герц, — признались мышцы. — И нам нужно время на реакцию. От внезапного выстрела или взрыва мы не спасём…
Эпилог: Симфония уха
Майя встала с кровати, и её уши продолжали свою неустанную работу. Шаги по полу — низкочастотные вибрации в основании Улитки. Журчание воды в ванной — средние частоты в центре спирали. Звон зубной щётки о стакан — высокие частоты у входа.
— Знаешь, мам, — сказала Майя за завтраком, — я теперь понимаю, почему я слышала тишину ночью!
— Почему? — улыбнулась мама.
— Потому что абсолютной тишины не бывает! Мои уши слышат движение крови, дыхание, даже как волосковые клетки шевелятся сами по себе! Это называется… — Майя вспомнила умное слово из книжки, — спонтанная отоакустическая эмиссия!
В глубине её уха Трелли, уже превратившаяся в воспоминание о звуке будильника, улыбнулась. Её миссия была выполнена — она не только разбудила девочку, но и открыла ей удивительный мир внутри её собственного уха.
А в Улитке 15 000 волосковых клеток продолжали свой вечный танец, превращая вибрации воздуха в электричество мыслей, шум мира — в симфонию восприятия, механические волны — в чудо слуха.
КОНЕЦ
Прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, в каждом вашем ухе 15 000 волосковых клеток танцуют в ритме окружающих звуков. Они различают разницу в частоте всего в 2 герца, определяют направление звука с точностью до градуса, усиливают тихие звуки и защищаются от громких. Это самый совершенный микрофон в мире, работающий без батареек, без проводов, только на энергии самого звука. Берегите его — волосковые клетки не восстанавливаются.