Все это происходит за столь короткое время, что вы не успеете и чихнуть.
Слух, ключевой компонент понимания вербального общения, начинает работать, когда вибрирование воздуха при произнесении говорящим слов достигает ваших барабанных перепонок. Хотя структурированный язык считается присущим только людям, слух есть у многих животных. Но как все это работает?
Сначала, когда вы слышите что-то, звуковая волна давления воздуха ударяет по вашей барабанной перепонке. Стойте. Извините. Мы использовали трудный термин, с которым вы, скорее всего, незнакомы, если не работали в акустике или аудиологии. Звуковая волна – это термин для изменения давления воздуха во время того, как мы слушаем (ушами). Внутри барабанной перепонки есть структура, которая называется «основная мембрана». Эта мембрана вибрирует на многих частотах. Она тоньше и более натянута с одного края и шире и менее натянута с другого, и, когда звук поступает в ваше ухо, основная мембрана разбивает его на низкие частоты, высокие частоты и все, что между, вроде как превращает низкие частоты в бас в вашей стереосистеме, оставляя высокие звуковые уровни без изменений. Звук потом передается через несколько разных участков ствола мозга, прежде чем достигнет верхней части височной доли, области, называемой первичной слуховой корой, которая расположена на пригорке серого вещества, называемой извилиной Гешля[34] (мы обсудим первичную слуховую кору подробнее чуть позже).
Пока мы поговорили о том, как низкие вибрации в воздухе преобразуются в мелкие нервные сигналы, которые делят звук на разные частоты. По дороге в новую кору нейронное отображение этого звука проходит через серию маленьких ретрансляторных станций. Эти ретрансляторы выполняют важную работу по обработке звука. Например, один набор ретрансляторов подсчитывает разницу во времени между тем, насколько позже звук достиг одного уха по сравнению с другим. Почему это важно? Это помогает определить местоположение звука, потому что он достигает левого уха на одну тысячную секунды прежде правого, когда его источник находится левее вас. Наши уши и мозги невероятно точные и слаженные в том, что касается обработки временных качеств слуховой информации, – настолько точные, что врачи могут использовать легкие изменения этой чувствительности для оценки здоровья вашего слуха.
Но как бы мы ни были точны в определении исходящей точки звука, мы в подметки не годимся нашим дальним родственникам из класса млекопитающих, виду, обладающему уникальной способностью к полету, – летучим мышам!
Мы все знаем, что летучие мыши живут в пещерах и охотятся по ночам. Это значит, что у них есть две возможности «видеть» свою среду: 1) развить у себя способности к тепловому видению, как у пришельца из серии научно-фантастических фильмов «Хищник», или 2) забить на зрение и активизировать другую сенсорную модальность, которая хорошо работает в темноте. Похоже, что эволюция выбрала последнее (по крайней мере змеи для ловли мышей, напротив, развили тепловое зрение, как у Хищника). По правде, летучие мыши оттачивали свое чувство слуха до такой степени, что научились быстро летать по сложным лабиринтам подземных пещер и охотиться на насекомых размером в миллиметры, используя только звук. Они делают это, используя такой способ ориентации и биокоммуникации, как эхолокация.
Хотя большинство школьников в наши дни знают, что летучие мыши используют звук для ориентировки, мы не всегда понимали, что это так. Потребовалась наука, которая показала нам, как они это делают.
В конце 30-х – начале 40-х гг. XX века нейроученый Роберт Галамбос в сотрудничестве с Дональдом Гриффином провели серию знаменитых экспериментов, которые доказали, что летучие мыши используют эхолокацию для ориентировки. В частности, Галамбос и Гриффин хотели проверить народную мудрость, что мыши охотятся с помощью звука, и спланировали очень простой эксперимент (Griffin, Galambos, 1941). Они оборудовали комнату препятствиями – проволокой, протянутой от пола до потолка. Глаза летучих мышей были залеплены смолой, и когда животных выпускали в комнату, то наблюдали за их способностью облетать проволоку. Как и ожидалось, мышам удавалось избегать препятствий, и это подтвердило: летучим мышам не требуется зрение, чтобы передвигаться в среде. Вывод мог быть только один: летучие мыши должны как-то иначе воспринимать препятствия.
После слепого теста Галамбос и Гриффин решили перейти к другой сенсорной модальности. Проверка тактильной сферы (прикосновения) не казалась необходимой. Мыши двигались слишком быстро, чтобы прикасаться к объектам и узнавать их местоположение. К тому времени, как мышь прикоснулась бы к одной проволоке, было бы уже поздно – она оказалась бы в ловушке. Мы уже упоминали, что чувство обоняния может пригодиться для определения предметов в среде (глава 5). Но опять-таки, поиск предмета по запаху занимает время, и этот способ скорее подходит для отслеживания объектов, а не для распознавания местонахождения. Так как предыдущая работа показала, что летучие мыши с заткнутыми ушами испытывали трудности с избеганием препятствий на лету, Галамбос и Гриффин решили проверить слух. На этот раз результаты были не так хороши. Оглушенные мыши задевали проволоку, словно «не видели» ее.
Этот результат повторил предыдущие исследования, которые показывали, что оглушенные летучие мыши испытывали трудности в пространственном ориентировании. Но Галамбос и Гриффин хотели знать, как слух летучих мышей помогал им ориентироваться. К 1930-м гг., когда Галамбос и Гриффин проводили эти эксперименты, люди уже несколько десятилетий использовали звук, чтобы перемещаться в средах, в которых зрение было бесполезно. В начале XX века корабельный инженер Льюис Никсон создал прибор, который должен был помочь капитанам кораблей находить айсберги в плаваниях по холодным водам Северной Атлантики. Прибор Никсона издавал один импульс звука, который распространялся в воздухе вокруг корабля. Другая часть прибора (приемник) оценивала, в течение какого времени эхо возвращалось назад к кораблю на той же частоте, что и переданный звук. Подсчитывая, откуда и когда вернулся звук, прибор Никсона мог сообщить общее направление и расстояние до больших объектов в воде. Это было зарождение технологии сонаров, которая произвела революцию в нашей способности исследовать мир над и под поверхностью океана.
Но используют ли мыши сонары так же, как корабли и подлодки? Так же как у сонаров подводных лодок, им требуется передатчик звука, чтобы слушать эхо. Решив проверить это, Галамбос и Гриффин вернулись к проектированию эксперимента и пришли к самому правдоподобному источнику звука у летучей мыши – голосовым связкам. В последующем эксперименте вместо того, чтобы ослеплять мышей или затыкать им уши, они надели маленькие кляпы на их рты. Новые результаты были практически неотличимы от предыдущих, с затыканием ушей: мыши неуклюже попадались в проволоку, словно «не видели» ее.
Теперь внесем ясность: эти эксперименты показали, что для навигации требуются и вокализация, и слух, однако они не доказали, что летучие мыши используют звук для ориентировки. Несколькими годами ранее Гриффин вместе с гарвардским профессором физики Г.У. Пирсом опубликовал статью (Pierce, Griffin, 1938), доказывая, что мыши издают высокочастотные звуки, неразличимые для человека. Чтобы показать, что летучие мыши используют навигацию по типу сонаров, Пирс изобрел новый прибор, который мог генерировать и записывать высокочастотные звуки. Хотя человечество уже научилось производить ультразвук, запись преобразованного звука, который люди могли бы слышать, была большим прорывом.
Используя издающий ультразвуки прибор, Галамбос и Гриффин поставили задачу окончательно доказать, что летучие мыши используют эхолокацию, чтобы перемещаться в пространстве. Ученые включили высокочастотные звуки в комнате, где летали мыши, и, пока звуки проигрывались, животные потеряли все способности ориентировки. Даже когда мыши были свободны от повязок на глаза, кляпов или затычек в уши, они словно не видели провода[35].
