как при произнесении согласных “т” или “б”. Другие согласные, такие как “с”, производятся путем проталкивания воздуха через слегка приоткрытый рот. При этом возникают турбулентные потоки воздуха, создающие высокочастотный звук одобрительного свиста.
Распознавание звуков и, следовательно, построенных из них слов определяется частотами, формирующими эти звуки. Вот почему Джеральд Шеа с трудом понимал речь. Когда он потерял способность слышать высокочастотные звуки, информация о структуре звуков стала неполной. Он просто не мог улавливать частоты многих звуков речи, определяющие суть этих звуков. Обращая пристальное внимание на губы говорящего и рассматривая каждое неполное сообщение в качестве пазла, который требуется сложить, он мог заполнять многие пробелы и участвовать в разговоре[51]. Однако это требовало усилий, и он допускал ошибки. Фраза “Прекрасное северное сияние” могла превратиться в “Красный веер Яни”, а “С утра пораньше пели птицы” – в “У трапа съели пиццу”. В разговорной речи – главном способе общения для большинства людей на Земле – звуковые частоты являются мостиком между тем, что подразумевает один человек, и тем, что слышит другой. Каждый день понимание каждой произнесенной фразы достигается именно за счет информации, заключенной в звуковых частотах.
Иные способы слышать
Карты мозга позволяют не только анализировать наш слух, но и понять, как другие существа извлекают информацию из колебаний воздуха. Человеческий слух в лучшем случае (в случае молодых людей, избегающих концертов с громкой музыкой и другого сильного шума) позволяет регистрировать звуковые частоты в диапазоне примерно от 20 до 20 000 Гц. Этот диапазон кажется весьма солидным, но он несравним с диапазоном восприятия других существ, ползающих и бегающих по земле. Например, обычной крысы. Как вы уже знаете, крысы очень общительные животные. Кроме варианта “рукопожатия” путем перекрещивания вибрисс они общаются еще и с помощью свистящих звуков с частотой более 30 000 Гц, что намного выше, чем может уловить человеческое ухо. Взрослые крысы переговариваются с незнакомцами короткими звуками с частотой вплоть до 60 000 Гц, а детеныши призывают мать более долгими жалобными криками с частотой до 40 000 Гц[52].
Это отражено на карте звуковых частот в области A1 мозга крысы, где нейроны с предпочтением к низким частотам порядка 1000 Гц с одной стороны плавно сменяются нейронами с предпочтением к частотам до 70 000 Гц с другой стороны. Когда крыса слышит высокочастотные звуки, они отображаются на высокочастотной стороне карты A1. Активность нейронов на нашей карте A1 отображает внешний звуковой ландшафт, и то же самое происходит на карте A1 крысы. Но из-за разницы наших слуховых возможностей эти ландшафты различаются, даже если мы находимся в одном и том же помещении. Как-нибудь вечером, сидя дома в спокойной обстановке, задумайтесь о том, что, возможно, где-то совсем рядом крысы приветствуют друг друга, но вы в буквальном смысле остаетесь глухи к их приветствиям.
Частота – основной “язык” слуха и важнейший параметр слуховых карт мозга, но это не единственный параметр звука. Мы используем звук не только для того, чтобы определить, что что-то происходит, но и понять, где это происходит. Наш летающий родственник, летучая мышь, являет собой прекрасный пример того, как карты мозга отображают локализацию источника звука. Эти ночные хищники умеют ориентироваться и хватать добычу в темноте. Не ожидая, что жертва издаст звук, летучая мышь сама подает сложные звуковые импульсы и определяет местонахождение жертвы в ночной темноте, анализируя ушами возвращающееся эхо.
Вот пример усатых летучих мышей (подбородколистых рукокрылых), названных так за эффектную полоску длинной шерсти вокруг рта. Усатые летучие мыши живут большими колониями в лесах и засушливой местности и по ночам охотятся на насекомых. Процесс охоты состоит из трех этапов. Сначала летучая мышь должна обнаружить добычу (этап поиска). Когда она что-то нашла, она стремительно приближается к цели (этап приближения) и наконец нападает с близкого расстояния (завершающий этап). Исключительно с помощью звуковых импульсов и эха[53] усатая летучая мышь может обнаружить маленькую фруктовую муху на расстоянии более трех метров и оценить скорость передвижения жертвы с точностью до 10 сантиметров в секунду, и все это в темноте. Когда летучие мыши нацеливаются на добычу, они определяют расстояние до жертвы на основании времени возвращения звуковых импульсов в виде эха: чем позже слышится эхо, тем дальше добыча. В мозге летучих мышей задержка эха определяет расстояние. Иными словами, время приравнивается к расстоянию.
Усатые летучие мыши имеют в слуховой коре специфический отдел, обрабатывающий информацию о задержке эха[54]. Нейроны этой части мозга возбуждаются в ответ на эхо, но только в том случае, если издаваемый животным сигнал и его эхо разделены конкретным временным интервалом. Эта область коры содержит непрерывную карту задержки эха: нейроны, отвечающие на кратчайшую задержку (менее 0,5 миллисекунды), находятся с одной стороны, а те, которые предпочтительно реагируют на более длительную задержку (около 18 миллисекунд), локализованы с другой стороны. На рис. 21 представлена карта задержки эха; пунктирными линиями и подписями помечены ключевые элементы этой непрерывной карты. Хотя мы описываем и размечаем эту карту в терминах времени (миллисекунды), в конечном итоге это карта пространства: по сути, это карта ночного охотничьего пространства летучей мыши, находящейся в полете. Это пространство начинается на расстоянии нескольких сантиметров от усатой морды животного и простирается в темноту на несколько метров.
Рис. 21. Карта задержки эха в мозге усатой летучей мыши: задержка эха (время) коррелирует с пространственным параметром (расстоянием между летучей мышью и ее жертвой). Художник Пол Ким.
Эта пространственно-временная карта задержки эха является еще одним примером искажения карт мозга за счет увеличения для наилучшего соответствия нуждам животного. Если задержка эха составляет от 3 до 8 миллисекунд, значит, добыча находится от летучей мыши на расстоянии от 50 до 140 сантиметров. Такое расстояние достигается на этапе приближения, когда летучая мышь стремительно бросается на жертву. Нейроны, предпочтительно реагирующие в этом диапазоне, занимают непропорционально много места на карте задержки эха, уточняя соответствующую информацию и отдавая ей приоритет, что помогает этому стремительному полету.
Слуховые карты мозга отражают сложность структуры звука и демонстрируют удивительные возможности для извлечения жизненно важной информации из колебаний среды. Они также показывают, каким образом пространственные карты могут отображать непространственные явления. В этом заключается красота отображения. Мы можем начертить расположение египетских пирамид почти на чем угодно (на запотевшем стекле или на прибрежном песке), и аналогичным образом мы можем построить карты расстояний, времени, частот, температуры и многого другого, пользуясь одним и тем же набором материалов: в случае карт мозга это
