Παλαιοντολογικά ευρήματα δείχνουν ότι βρέθηκαν σε σπηλιές κόκαλα πουλιών που μοιάζουν με αυλό, έφεραν και «κάποια επεξεργασία» και έτσι θεωρήθηκε ότι υπήρξαν πρωτόγονα μουσικά όργανα περίπου σαράντα χιλιάδες (40.000) με τριάντα χιλιάδες (30.000) χρόνια νωρίτερα. Από φυσική λοιπόν άποψη, οι «ήχοι της μουσικής» έπονται των «ήχων της φύσης» περίπου εκατόν πενήντα χιλιάδες (150.000) χρόνια. Η γλώσσα εμφανίστηκε χρονολογικά νωρίτερα από τη μουσική (Fadiga et al., 2009), επομένως ίσως οι νευρωνικές αλυσίδες που αφορούν «μουσική» είναι «ανάλογες» ήχων επικαθημένων σε- ή εγραφομένων σε νευρωνικές αλυσίδες που αφορούσαν ακοή φυσικών ήχων και γλώσσας, ήδη διαμορφωμένων.
Η ικανότητα ακοής αρχίζει με συλλογή ακουστικής ενέργειας από το περιβάλλον. Οι ήχοι φέρονται ως κύματα αέρος στο έξω ους. Από το έξω ους φέρονται ως δονήσεις στο μέσο ους, και από κει στον κοχλία και το όργανο του Corti, όπου υλοποιείται η μορφοτροπία της μηχανικής «ενέργειας-δύναμης» των ήχων σε ηλεκτρισμό. Ο ηλεκτρισμός πια, ταξιδεύει σε «κανάλια ιόντων» που σχηματίζονται στις μεμβράνες των νευρώνων. Νευρωνικά κυκλώματα (το ακουστικό νεύρο) μεταφέρουν τα ηλεκτρικά ερεθίσματα στο κέντρο της ακοής, ήτοι στον πρωτογενή ακουστικό φλοιό. Καταλαμβάνοντας τις περιοχές Brodmann 41 και 42, η ακοή ίσως δεν περιορίζεται μόνο σε αυτές. Θεωρητικά, ακούμε τριών ειδών συχνότητες ήχων. Των φυσικών, της «γλώσσας» και της «μουσικής».
Το ακουστικό μας σύστημα έχει τρία υποσυστήματα, το έξω, το μέσο και το έσω ους (αυτί).
Αυτά που βλέπουμε αμφοτερόπλευρα στα πλάγια του κεφαλιού μας αλλά και των περισσότερων ζώων είναι τα πτερύγια των αυτιών, που συγκεντρώνουν τους ήχους που από κάθε σημείο γύρω μας, μας βομβαρδίζουν.
Τους ήχους, οι εν λόγω κατασκευές, τους προωθούν προς το τύμπανο, που βρίσκεται στο τέλος του καναλιού του έξω αυτιού.
Το τύμπανο είναι μία μεμβράνη σε σχήμα κώνου με την κορυφή του να δείχνει προς το μέσον ους.
Έχει τρία στρώματα. Το έξω που είναι συνέχεια του δέρματος, το έσω που είναι συνέχεια του βλεννογόνου που καλύπτει το μέσον ους και ένα ενδιάμεσο, που αποτελείται από ίνες διατεταγμένες κυκλικά και μετά ακτινωτά, οι οποίες δίνουν στο τύμπανο ελαστικότητα και σκληρία (Weinberger, 2005). Δεν ακούμε όλους τους ήχους. Κάτω από ένα όριο, έχουμε τους υπόηχους, πάνω τους υπέρηχους. Το εύρος της περιοχής στην οποία ο άνθρωπος «ακούει» είναι από πενήντα (50) ως δεκαέξι χιλιάδες (16000) Hz. Η ομιλία μας, η φωνήκαθώς μιλάμε, «ακούγεται» από τα εκατό (100) Hz ως τα οκτώ χιλιάδες (8000) Hz και η πιο ευαίσθητη περιοχή είναι η μεταξύ χιλίων (1000) και τριών χιλιάδων (3000) Hz.
Με την έσω του επιφάνεια το τύμπανο συνδέεται με το πρώτο από τρία οστάρια, τη σφύρα. Τα άλλα δύο είναι ο άκμων, ενδιάμεσο, και ο αναβολέας, το μικρότερο οστούν που έχουμε στο σώμα μας. Αυτός τελειώνει σε βάση ακριβώς όμοια με αυτήν ενός πραγματικού αναβολέα, που είναι ελλειπτική και εφαρμόζει σε μεμβράνη (oval window = ελλειπτικοειδές παράθυρο). Αυτό διαχωρίζει απόλυτα το μέσον ους από το έσω. Το μέσον ους επομένως είναι ένα διάστημα καλυπτόμενο από βλεννογόνο που ξεκινά από την έσω πλευρά του τύμπανου και φθάνει μέχρι την έξω πλευρά του ελλειπτικοειδούς παραθύρου, συν την ευσταχιανή σάλπιγγα, συν τα οστάρια σφύρα, άκμονας και αναβολέας.
Αυτά, με τις μεταξύ τους συνδέσεις, πετυχαίνουν να μετατρέψουν την υψηλού εύρους αλλά χαμηλής δύναμης «δόνηση-πίεση» στο τύμπανο σε χαμηλού εύρους αλλά υψηλής δύναμης «δόνηση-πίεση» στο ελλειπτικοειδές παράθυρο. Η κατάληξη με άλλα λόγια της άνω ανατομικής κατασκευής είναι ότι η δύναμη στο παράθυρο αυτό γίνεται είκοσι (20) φορές περίπου μεγαλύτερη από αυτή που δέχεται το τύμπανο.
Η ευσταχιανή σάλπιγγα είναι ένας σωληνίσκος που ξεκινάει ακριβώς πίσω από το τύμπανο και καταλήγει στον ρινοφάρυγγα. Ο ρόλος της είναι να διατηρείται και στο μέσον ους η ισορροπία των έσω πιέσεων με αυτές που δέχεται το τύμπανο απέξω. Εάν για λόγους x η σάλπιγγα κλείσει (συνάχι), τότε ο χώρος του μέσου αυτιού που και αυτός εμπεριέχει αέρα, γίνεται «κλειστός», οπότε, δεν μεταβιβάζει όπως είναι τις «πιέσεις-δυνάμεις» που δέχεται το τύμπανο από το περιβάλλον, αλλά τις μεταβιβάζει αλλοιωμένες, ανάλογα με την πίεση που θα αναπτυχθεί στο κλειστό μέσο αυτί, που και θα φέρει αντίσταση στις «πιέσεις-κύματα» που χτυπάνε το τύμπανο από έξω.
Το έσω ους περιέχει όργανα από δύο αισθητήρια συστήματα: το αιθουσαίο και το ακουστικό. Το αιθουσαίο αποτελείται από τα: saccule, utricle, ampulla, τρία ημικύκλια κανάλια και το οικείο αιθουσαίο νεύρο. Αυτό, μαζί με το κοχλιακό νεύρο, σχηματίζουν την VIII (όγδοη) συζυγία (ακουστική). Αισθάνεται κλίσεις (tilt) συν τις «κινήσεις-στροφές» μας και είναι ο ρυθμιστής της ισορροπίας μας.
Το έσω ους αποτελείται από τον κοχλία, ο οποίος απέξω έχει την όψη κελύφους σαλιγκαριού, εσωτερικά όμως εμφανίζει τρεις σωλήνες, τους ductus coch-learis ή scala media (SM), την scala tympani (ST) και την scala vestibuli (SV). Και οι τρεις σωλήνες-σκάλες πορεύονται μαζί στριφογυριστά (σπιράλ), έχοντας στο μέσον την scala media. Αρχίζουν από την κοντινή προς το ελλειπτικοειδές παράθυρο μεριά και οδεύουν προς τo ελικότρημα (τρύπα στην έλικα), συνεχώς στενεύοντας καθώς πλησιάζουν προς αυτό. Κάπου στην πορεία υπάρχει και το ελικοειδές γάγγλιο, από τα δίπολα κύτταρα του οποίου εκφύονται δενδρίτες που παραλαμβάνουν τον ηλεκτρισμό από τα έσω τριχωτά κύτταρα. Αυτά κάνουν τη μορφοτροπία. Άξονες αυτών δημιουργούν το κοχλιακό νεύρο. Η όλη κατασκευή είναι υποχρεωτική, αν θέλουμε να ανακυκλώνεται στον οργανισμό η ενέργεια που είναι απαραίτητη για τη δημιουργία και μεταφορά της έντασης (της «δύναμης πίεσης») με την οποία τα ηχητικά κύματα πιέζουν το τύμπανο.
Ως ένταση ορίζουμε την Ενέργεια δια τον Χρόνο κατά τον οποίο αυτή δρα και διά την Έκταση επί της οποίας δρα. Ορίζοντας ως χρόνο το ένα δευτερόλεπτο και ως μονάδα μέτρησης έκτασης το τετραγωνικό μέτρο, η εξίσωση γίνεται Ένταση = Ενέργεια διά τετραγωνικό μέτρο (m2). Το μόνο άρα εκτός των m2 που πρέπει να μάθω για να βρω πώς να κάνω σχετική κατασκευή, είναι η δύναμη με την οποία πρέπει να δράσω (ή δρα ο ήχος).
Σχετική κατασκευή έφτιαχνε τότε η εταιρεία τηλεφωνίας Bell. Αφού την ένταση που ενυπάρχει στα ηχητικά κύματα, θα την έδινε η εταιρεία τηλεφωνίας, τα διάφορα επίπεδά της τα εξέφρασε ως deciBels (dB = ντεσιμπέλ). Τα dBs σχηματίζουν σκάλα εντάσεων. Η δημιουργία της ξεκίνησε από την ανάγκη να ποσοτικοποιηθούν απώλειες «σήματος» στα τηλεφωνικά κυκλώματα που δημιουργούνταν με την εγκατάσταση της τηλεφωνίας, ήτοι ξεκίνησε από την ανάγκη να γίνεται γνωστό εκ των προτέρων πόσα μίλια του στάνταρντ καλωδίου (Miles of Standard Cable = MSC) ήταν απαραίτητα για να αποκατασταθεί «επαφή» ανάμεσα σε δύο τηλεφωνικά κέντρα ώστε να βρεθεί το πού να εγκατασταθεί ένα νέο κέντρο.
Προσδιορίστηκε, λοιπόν, από ειδικούς, μονάδα μεταβίβασης (μονάδα ενέργειας απαραίτητης για την μεταβίβαση σήματος = Transmission Unit = ΤU και αυτή γράφτηκε στο βιβλίο των στάνταρντς, 1931). Η εν λόγω λογαριθμική σκάλα εκφράζει το απόλυτο εύρος (amplitude) της έντασης, γι’ αυτό χρησιμοποιούμε επιφάνεια (m2) όταν αναφερόμαστε σε αυτήν (= στο εύρος = στην amplitude, επιφάνεια). Αφού πλέον ο διαιρέτης ορίζει το επίπεδο έναρξης ακοής (ο ουδός ακοής = το επίπεδο από το οποίο και μετά αρχίζουμε να ακούμε = TΟH), αν αυτόν τον βρούμε, μπορούμε να βρούμε και πόσα μέτρα του στάνταρντ καλωδίου χρειάζονται για να καλύψουμε την επικοινωνία δύο τηλεφωνικών κέντρων που θέλουμε να εγκαταστήσουμε.
Όσον αφορά τώρα τις λεπτομέρειες του σωλήνα που η έμβια ύλη κατασκεύασε για μας (του κοχλία) αυτός αποτελείται από τρία «διαμερίσματα-σκάλες» ελικοειδώς περιστρεφομένων.
Το όργανο του Corti βρίσκεται επί της βασικής μεμβράνης της μεσαίας σκάλας και μορφοτρέπει τη μηχανική δύναμη των κυμάτων του αέρα (που υποδέχεται το αυτί στο τύμπανο και μετά στην ενδολύμφη) σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία παραλαμβάνει το κοχλιακό νεύρο. Και οι τρεις άνω σκάλες έχουν υγρό, την περιλύμφη και την ενδολύμφη. Η περιλύμφη, στις σκάλες tympani και vestibuli, είναι όμοια με εγκεφαλονωτιαίο υγρό (υψηλό νάτριο, χαμηλό κάλιο, φυσιολογικό ασβέστιο), ενώ η ενδολύμφη στη scala media (SM) είναι όμοια με ενδοκυττάριο υγρό (χαμηλό νάτριο, υψηλό κάλιο, χαμηλό ασβέστιο). Αυτό επηρεάζει τη λειτουργία του συστήματος, καθ’ όσον δημιουργεί διαφορές στα ηλεκτρικά δυναμικά, που ξεκινούν από διαφορές στα ηλεκτρικά φορτία που υπάρχουν μεταξύ ιόντων καλίου ασβεστίου (ηλεκτρικά δυναμικά=ενέργεια).
Ο χώρος της scala media προφυλάσσεται από απότομες δονήσεις, γιατί βρίσκεται ανάμεσα στους άλλους δύο από τους τρεις σωλήνες που σχηματίζουν το εσωτερικό του κοχλία, ήτοι την scala tympani, vestibule και media. Η scala tympani και vestibuli, ακουμπούν στο περιόστεο το οποίο παχύνεται στην περιοχή της επαφής και το ονομάζουμε ελικοειδή σύνδεσμο (spiral ligament). Το άνω μέρος αυτού παχύνεται ακόμη περισσότερο, εμπλουτίζεται με μεγάλο αριθμό μικρών αγγείων και θυλάκων τριχοειδών και παράγει την ενδολύμφη. Το ονομάζουμε stria vascularis και εμπεριέχει, πλην των αγγείων, τρεις τύπους κυττάρων, τα marginal, τα intermediate και τα basal. Τα marginal είναι επιφορτισμένα με μεταφορά Κ+ και εμφανίζονται στα σημεία της scala media που παράγουν την ενδολύμφη. Τα intermediate εμπεριέχουν χρωστική και είναι διασκορπισμένα ανάμεσα στα τριχοειδή. Τα basal είναι τα κύτταρα που διαχωρίζουν τον ελικοειδή σύνδεσμο από την stria vascularis. Τέλος η stria vascularis, πλην των άνω, εμπεριέχει ενδοθηλιακά κύτταρα, μελανοκύτταρα και pe-ricytes. Είναι ο μόνος επιθηλιακός ιστός που εμπεριέχει και άλλου είδους κύτταρα.
Το όργανο του Corti το βρίσκουμε κατά μήκος της scala media. Είναι αποτέλεσμα εξέλιξης βασικών θηλοειδών κυττάρων (basilar papilla) που τα συναντάμε σε όλα τα τετράποδα. Πήρε το όνομα του Ιταλού μαρκήσιου ανατόμου Alfonso Giacomo Gaspare Corti (1822-1876) που το διερεύνησε.
Έχει:
1. Τα έσω τριχωτά κύτταρα (inner hair cells, IHC), που μορφοτρέπουν την μηχανική δύναμη των κυμάτων της ενδολύμφης σε ηλεκτρισμό, με την βοήθεια των stereocilia = των τριχιδίων που φέρουν, και
2. τα έξω τριχωτά κύτταρα (outer hair cells, OHC), που είναι προσηλωμένα στην ινώδη, αδιαπέραστη από ιόντα, κινούμενη, tectorial membrane.
Το όλο σύστημα υφίσταται αλλαγές, οι οποίες, αρχικά ηλεκτρικές, συγχρονίζονται με τις δονήσεις που προέρχονται από τον ήχο, στην ιδιαίτερη συχνότητά τους. Πριν από σαράντα περίπου χρόνια πιστοποιήθηκε ότι όλη η ακουστική πληροφορία που κατευθυνόταν από την περιφέρεια προς τον φλοιό προερχόταν μόνον από τα έσω τριχωτά κύτταρα (IHC). Αργότερα βρέθηκε ότι οι τρίχες (stereocilia) των έξω τριχωτών κυττάρων ήταν στέρεα προσδεδεμένες στην tectorial μεμβράνη, ενώ εκείνες των έσω μόλις που έκαναν επαφή. Παράλληλα εξετάστηκε η επιλεκτικότητα της συχνότητας (τονοτοπογραφία) και βρέθηκε ότι δεν συνέπιπταν η συχνότητα που μετρείτο σε καθ’ έκαστα νευρικές ίνες με την ευρισκόμενη γενικά συχνότητα, που υπολογιζόταν μαθηματικά. Αυτό οδήγησε στην υπόθεση ότι ίσως υπήρχε πηγή παραγωγής επιπλέον «μηχανικής κίνησης-ενέργειας» μέσα στον κοχλία. Όμως, η εν λόγω υπόθεση, ξεχάστηκε μέχρι αργά στη δεκαετία του 1970, οπότε αποκαλύφθηκε ότι ήχοι μπορούσαν να παραχθούν και παράγονται και από το έσω ους!
Οι ήχοι αυτοί ονομάστηκαν «otoacoustic emissions» και σύντομα έγιναν πολύ χρήσιμο εργαλείο στα χέρια των ωτορινολαρυγγολόγων (ΩΡΛ) γιατρών: βάζουμε ένα μικρόφωνο στο έξω ους και διαφοροδιαγιγνώσκουμε αιτίες κώφωσης από αυτούς τους ήχους. Παράλληλα όμως, το εκπληκτικό αυτό εύρημα αποτέλεσε ένα μεγάλο πρόβλημα για τη φυσιολογία του ανθρώπου γιατί π.χ., αν η φύση δουλεύει έτσι, θα μπορούσαν να δημιουργούνται και οπτικές εικόνες που να είναι του ματιού = να παράγονται δηλαδή από το μάτι.
Ο ηλεκτρισμός, είναι ενέργεια και μεταδίδεται και στο κενό. Από την άλλη, για να υπάρξει ήχος είναι απαραίτητο να υπάρξει δόνηση κάποιων υλικών και για να την ακούσουμε πρέπει να υπάρξουν και υλικά μεταφοράς αυτής της δόνησης από το σημείο παραγωγής της στο ΝΣ μας, αέρας, υγρά ή στερεά. Εάν, λοιπόν, το νευρικό μας σύστημα κατέγραφε και τα ηλεκτρομαγνητικά και τα ηχητικά «κύματα» από τότε που αυτά δημιουργήθηκαν στη γη, τότε, όταν ακούμε, «αισθανόμαστε» και τα ακουστικά και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που καταγράφονται από το νευρικό μας σύστημα καθ’ όλη την εξέλιξη. Το ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που «ακούμε» μαζί με τα ακουστικά δεν τα ανιχνεύουμε, δεν ενοχλεί, γιατί γνωρίζουμε ότι αυτά δεν μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε με τις συνήθεις ακουστικές μεθόδους καθόσον χρειάζονται ειδικά όργανα γι’ αυτό. Ίσως, όμως, τα «αισθανόμαστε» μαζί με τους ήχους, ιδιαίτερα ακούγοντας μουσική.
Κατά την ακρόαση της μουσικής μάλλον μπορούμε να αισθανθούμε και κάτι που προστίθεται στην αίσθηση του ήχου.
Τα έξω τριχωτά κύτταρα μπορούν να επιμηκυνθούν ή να βραχυνθούν από ηλεκτρικό ερεθισμό. Η λειτουργία των έξω τριχωτών κυττάρων γίνεται τώρα αντιληπτή ως λειτουργία κοχλιακού ενισχυτή που ρυθμίζει την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα στις συχνότητες στη βάση των μηχανικών δονήσεων που διατρέχουν τον κοχλία. (Li & He, 2014).
Ως γιατρός μπορεί κάποιος να διερωτηθεί: γιατί να μην υπάρχουν και σε άλλα όργανα, π.χ. στο ήπαρ, όπως στον κοχλία, κύτταρα ανάλογα με τα έξω και έσω τριχωτά, που να επιτρέπουν να φανεί η κατάσταση της εσωτερικής ενέργειας του οργάνου; Ή και γιατί να μην μπορεί η ενέργεια να δρα ανάλογα μαζί και με άλλα κύματα, προερχόμενα από άλλες θέσεις;
Ως γιατρός μπορεί κάποιος να διερωτηθεί: γιατί να μην υπάρχουν και σε άλλα όργανα, π.χ. στο ήπαρ, όπως στον κοχλία, κύτταρα ανάλογα με τα έξω και έσω τριχωτά, που να επιτρέπουν να φανεί η κατάσταση της εσωτερικής ενέργειας του οργάνου; Ή και γιατί να μην μπορεί η ενέργεια να δρα ανάλογα μαζί και με άλλα κύματα, προερχόμενα από άλλες θέσεις;
Ανάλυση των ευρημάτων των Stein & Rowland στα γονατώδη σώματα μπορεί να ερμηνευθεί με το ότι διάφορα κύματα-κινήσεις καταγράφονται από το Νευρικό μας Σύστημα ως κινήσεις κυμάτων που οδεύουν από χαμηλά προς υψηλά ευρισκόμενα κύτταρα. Το αναλλοίωτο αυτής της κίνησης προστατεύεται στο αυτί από τις μεμβράνες και τα υγρά. Κίνηση από τη μετακίνηση των μεμβρανών, προμηθεύει τη «δύναμη-ενέργεια» (οιασδήποτε μορφής) που χρειάζονται τα ιόντα καλίου για να εισέλθουν στα έσω τριχωτά κύτταρα και να κάνουν τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική.
H είσοδος του καλίου στα κύτταρα καταλήγει σε άνοιγμα των καναλιών ασβεστίου, οπότε επιτρέπεται να ελευθερωθεί νευροδιαβιβαστής από το κύτταρο στο οποίο μπαίνει το κάλιο ο οποίος επηρεάζει με τη σειρά του τις συνάψεις των επόμενων κυττάρων. Ήτοι, ο νευροδιαβιβαστής δημιουργεί διαφορά δυναμικού (action potential) στη μεμβράνη του μετασυναπτικού κυττάρου.
Από εκεί και πέρα το κοχλιακό νεύρο, το οποίο σχηματίζεται από τους άξονες μετασυναπτικών κυττάρων, συνδέεται «νευρολογικά» με τα εξής: το εγκεφαλικό στέλεχος, τη γέφυρα, τον θάλαμο, την αμυγδαλή, τον ιππόκαμπο και όλους τους συμπαρομαρτούντες με αυτόν πυρήνες, την παρεγκεφαλίδα, τα κέντρα απόλαυσης (τον επικλινή πυρήνα), δέχεται δε επιδράσεις και από το σωματοαισθητικό και από το οπτικό σύστημα, γενικά από το «σύστημα των συγκινήσεων», περιγραφομένου αυτού με τους όρους του Damasio (1994; 1999; 2003; 2010), πριν καταλήξει στο ακουστικό μας κέντρο.
H είσοδος του καλίου στα κύτταρα καταλήγει σε άνοιγμα των καναλιών ασβεστίου, οπότε επιτρέπεται να ελευθερωθεί νευροδιαβιβαστής από το κύτταρο στο οποίο μπαίνει το κάλιο ο οποίος επηρεάζει με τη σειρά του τις συνάψεις των επόμενων κυττάρων. Ήτοι, ο νευροδιαβιβαστής δημιουργεί διαφορά δυναμικού (action potential) στη μεμβράνη του μετασυναπτικού κυττάρου.
Από εκεί και πέρα το κοχλιακό νεύρο, το οποίο σχηματίζεται από τους άξονες μετασυναπτικών κυττάρων, συνδέεται «νευρολογικά» με τα εξής: το εγκεφαλικό στέλεχος, τη γέφυρα, τον θάλαμο, την αμυγδαλή, τον ιππόκαμπο και όλους τους συμπαρομαρτούντες με αυτόν πυρήνες, την παρεγκεφαλίδα, τα κέντρα απόλαυσης (τον επικλινή πυρήνα), δέχεται δε επιδράσεις και από το σωματοαισθητικό και από το οπτικό σύστημα, γενικά από το «σύστημα των συγκινήσεων», περιγραφομένου αυτού με τους όρους του Damasio (1994; 1999; 2003; 2010), πριν καταλήξει στο ακουστικό μας κέντρο.
Ειδικά για την ακοή, μόνο ως ακρόαση ήχων, όλα τα πιο πάνω μπορεί να μην είναι απαραίτητα.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου