الصوت والضوء

محاضرة 2: كيف نسمع الاصوات

فكرة عمل الاذن

روابط إعلانية

صور الله سبحانه وتعالى الأذن بإبداع و تناسق متناهي، وبحكمة لا تتجلى إلا له هو سبحانه. فللأذن وظيفتين أساسيتين هما السمع و حفظ التوازن. تجمع الأذن (أو الصيوان) الصوت وتنقله بشكل ميكانيكي عبر غشاء الطبل و العظيمات الثلاث إلى القوقعة في الأذن الداخلية ومن ثم تحول خلايا القوقعة الصوت إلى نبضات كهربائية فترسله إلى مركز السمع عبر العصب الثامن، ومنها إلى الدماغ فتتحقق عملية السمع.

تنقسم الأذن إلى ثلاثة أجزاء:

          1.الأذن الخارجية

  1. الأذن الوسطى
  2. الأذن الداخلية

الأذن الخارجية

 تنقسم الأذن الخارجية أيضا إلى ثلاث أجزاء مترابطة:

روابط إعلانية
  1. صيوان الأذن  2. قناة الأذن الخارجية     3. طبلة الأذن

  صيوان الأذن:

يسمى الجزء الخارجي من الأذن بالصيوان و هو مادة غضروفية مرنه وملتفة بإبداع. ويمتد إلى داخل قناة الأذن الخارجية بشكل أنبوبي مغطيا الثلث الأول (8 مليمتر) من القناة. علاوة على دورهِ الجمالي، فإن الدور الوظيفي للصيوان هو تحديد اتجاه الصوت وتجميع الأصوات و توجيهها إلى داخل الأذن عبر القناة الخارجية ومن ثم إلى غشاء الطبل.

 قناة الأذن الخارجية:

 وهي الأنبوب الذي يُنقل من خلاله الصوت -الذي يجمعه الصيوان -إلى غشاء الطبل. وهي مبطنة بشعيرات تعرقل وصول الأجسام الغريبة إلى غشاء الطبل.كما تفرز جذور هذه الشعيرات مادة دهنية تمتزج مع إفرازات الغدد الجانبية لتكون الشمع الذي يمنع دخول ذرات التراب والأجسام الغريبة إلى داخل الأذن. تتألف القناة الخارجية من جزئيين:

الجزء الخارجي (ثلث القناة) وهو مكون من مادة غضروفية، والجزء الداخلي (ثلثي القناة 16 مليمتر) مكون من مادة عظمية ولا يوجد بها غدد أو شعيرات. كما أن قناة الأذن الخارجية منحنية ومتفاوتة الاتساع، فهي ضيقة من الداخل و متسعة من الخارج لأن هذا الشكل يعرقل وصول الأجسام الغريبة إلى غشاء الطبل.

غشاء الطبل:

روابط إعلانية

يقع غشاء الطبل في نهاية القناة الخارجية وهي التي تفصل بين الأذن الخارجية والأذن الوسطى. وغشاء الطبل عبارة عن غشاء جلدي رقيق ذي سطح مخروطي بطول 8-9 مم، ومكون من ثلاث طبقات ذات الأنسجة المختلفة. ويوجد في غور غشاء الطبل المطرقة التي تقوم بنقل الموجات الصوتية إلي بقية العظيمات.

الأذن الوسطى:

تقع الأذن الوسطى في احد تجاويف العلوية للجمجمة . وهي غرفة خاوية وتقع ما بين الأذن الخارجية (يفصل بينهما غشاء الطبل) والأذن الداخلية (يفصل يينهما النافذة البيضاوية والدائرية). وفي هذه الغرفة تقع العظيمات الثلاث المعروفة (المطرقة والسندان والركاب). وهي أصغر العظيمات في جسم الإنسان. تصل العظيمات الثلاث بين غشاء الطبل المهتز (جراء دفع الموجات الصوتية له) والقوقعة في الأذن الداخلية. وبهذا الاهتزاز تهتز العظيمات الثلاث كذلك، فتحول الموجات الصوتية إلى موجات مكيانيكية. ولتسهيل حركة هذه العظيمات وغشاء الطبل ولمعادلة الضغط الذي تتعرض له الأذن الوسطى مع الضغط الخارجي ولمنع تجمع السوائل في داخل الغرفة كذلك، خلق الله تعالى لذلك أنبوبا عضليا متصلا بالبلعوم يسمى بقناة أستاكيوس فالأذن الوسطى تتعرض لضغط عالٍ من الخارج (كالأصوات العالية والمزعجة)وتتعرض إلى لضغط في داخل الرأس أثناء البلع أو العطس أو التثاؤب. لذا فإن قناة الأستاكيوس قناة مهمة جدا لما لها دور كبير في تيسير وظيفة الأذن الوسطى. ويمر خلال الأذن الوسطى العصب السابع والذي يحرك عضلات الوجه وله دور في نقل نبضات حاسة الذوق في اللسان (ثلثي اللسان الأمامي) إلى مركز التذوق في الدماغ.

الأذن الداخلية:

تتسم الأذن الداخلية بتركيبتها المعقدة، فهي المسئولة عن عمليتين حيويتين:

1- عملية السمع والمرتبطة بالنظام السمعي (Auditory system) ويقوم بها القوقعة والعصب السمعي.

2- عملية الاتزان و هي مرتبطة بما يعرف بجهاز الدهليز التيهي (Vestibular labyrinth) وتتكفل القنوات الهلالية بهذه المَهمة. ولن يتم هنا التطرق إلى موضوع التوازن، إلا أن الجدير بالإشارة هو أن بعض المصابين بضعف السمع الوراثي يعانون خلل في عملية التوازن إضافة إلى المشاكل السمعية.

النظام السمعي:

تتمثل عملية السمع في تحويل الموجات الصوتية (التي تصل للأذن الداخلية عبر الفتحة البيضاوية من الأذن الوسطى) إلى إشارات كهربائية ومن ثم تبثها إلى مراكز السمع العليا في المخ عبر العصب السمعي.

تقوم الأذن الخارجية والوسطى بتوصيل الموجات الصوتية (الميكانيكية )إلى الأذن الداخلية، ويتم ذلك عبر الفتحة البيضاوية، المغطاة بغشاء مشابه لغشاء الطبل.كما يلتصق بغشاء الفتحة البيضاوية الركاب من جهة الأذن الوسطى. ولذا نجد أن المطرقة ملتصقة بغشاء الطبل، بينما الركاب ملتصق بغشاء الفتحة البيضاوية وبين هاتين العظمتين عظمة السندان. فإذا “قرع” الصوت غشاء الطبل، فإنها تهتز وتنقل الصوت إلى المطرقة ومن ثم إلى السندان ثم إلى الركاب.ثم يقوم الركاب بهز غشاء الفتحة البيضاوية فينجم عنه سحب ودفع للغشاء (كالمكبس بالتمام). فيحرك السائل الموجود خلف الغشاء، المسمى بالسائل البريلمف perilymph.

أما على نطاق الاتزان: فإن الأذن الداخلية تحتوي على القنوات الهلالية semicircular canals وهي سلسلة تحتوي على ثلاث حلقات متصلة مع بعضها، وظيفتها حفظ توازن الجسد.و عند حركة الرأس والجسم يتحرك السائل الذي بداخل هذه القنوات فينتج منه نبضات كهربائية لتصل إلى عصب الاتزان، والذي يلتقي بالعصب السمعي مشكلين بذلك العصب الثامن والذي يتصل بالدماغ. كما يلتقي العصب السمعي مع عصب الاتزان والعصب المسئول عن تعبيرات الوجه (العصب الخامس) في منطقة في الدماغ، وهذه المنطقة تتكفل بوظائف حيوية عديدة كضغط الدم و النبض والتأهب الجسدي المفاجئ وغيرها.

كيف نسمع؟
عندما تنقل الأصوات عبر الهواء (أو الماء) فهذه الموجات الصوتية تدخل إلى الأذن الخارجية، وتتراكم هذه الموجات عبر قناة الأذن وتصل إلى غشاء الطبل والذي يُـحدث اهتزازا نتيجة لتغير في الضغط. كما تـُحدث هذه الموجات اهتزازات بسيطة للعظيمات الثلاث المتلاصقة (المطرقة و الركاب و السندان) وهي أصغير عظيمات في جسم الإنسان والواقعة في الأذن الوسطى. بحركتهم هذه تنتقل الموجات عبر النافذة البيضاوية (النسيج الرقيق الخاص بالقوقعة) مما يسبب حركة في السائل الخاص بالقوقعة، بالتالي ستستثار الخلايا الشعرية الموجودة في القوقعة، عندها تتحول الموجات الصوتية إلى إشارات كهربائية و تـُبعث إلى مراكز السمع العليا في الدماغ.  ولكي تكمل معي بتفصيل أدق أنصحك أن تقراء عن تركيبة القوقعة وأجسام كورتي ثم ترج لتكمل الجزء الخير من كيف نسمع.

فلو أكملنا انتقال الصوت من الركاب  إلى غشاء الفتحة البيضاوية و اهتزازها ودفع الغشاء الى الداخل و الخارج فان السائل الموجود في القوقعة (في الدور العلوي) يجعل “غشاء القاعدة”يهتز ويتأرجح كما  كما يتأرجح القارب في البحر، وتهتز الخلايا الشعرية باهتزاز غشاء القاعدة، و بالتالي تهتز الشعيرات الموجودة في أعلى الخلايا الشعرية،فتقوم هذه الشعيرات بتغيير مستوى الكهرباء في الخلية، ويتم ذلك بطريقة معقدة ودقيقة تعتمد على فتح و إغلاق الكثير من القنوات المسماة بالقنوات الأيونية (والتي تسمح بدخول وخروج أملاح معينة كالكالسيوم والبوتاسيم والصوديوم والكلوريد ) في اقل من أعشار الثانية، مما ينتج عنه نبضة كهربائية محددة تنتقل إلى العصب الصادر من أسفل الخلية الشعرية. ومن ثم إلى العقدة العصبية للعصب السمعي ثم إلى مراكز السمع في المخ.بإيجاز: تعتبر الخلايا الشعرية “محول كهربائي” يحول الصوت إلى إشارات كهربائية عن طريق تحريك الشعيرات واهتزاز الخلية و تغير تركيز الأملاح و الأيونات داخل الخلية.

للعلم فإن الأصوات التي تـُسمع عن طريق الأذن اليمنى يتم إيصالها إلى مراكز السمع العليا بالجانب الأيسر من الدماغ، والعكس كذلك. كما أن مركز النطق عند الغالبية الناس في الجانب الأيسر من الدماغ.

القوقعة

تقع القوقعة في تجويف عظمي على جانبي الجمجمة. وسميت بالقوقعة بسبب شكلها الخارجي المشابه للقوقعة(الصدفيات). ويأتي التفافها على شكل حلزوني مدبب من الأعلى وعريض من الأسفل. وتلتف بشكل دائري حول نفسها مرتين ونصف المرة. وقشرة القوقعة متكونة من مادة عظمية رفيعة. وكما قد ذكر فإن القوقعة هي تجويف عظمي، و هذا التجويف مقسم من الداخل إلى ثلاثة ادوار. الدور العلوي (ويسمى علميا بالقناة الدهليزية  Vestibular Canal) والدور السفلي (وتسمى علمياً القناة الطبلية  Tympanic Canal) والدور الأوسط (ويسمى علمياً القناة القوقعية أو الوسطى Cochlear Duct). ويفصل بين الدور العلوي والأوسط غشاء يسمى بالغشاء الدهليزي Vestibular Membrane . بينما يفصل الغشاء المسمى بغشاء القاعدة (Basilar Membrane) بين الدور الأوسط والدور السفلي . وهذه الأدوار ممتلئة بسائل من نوع خاص وبه تركيز مختلف من الأملاح و الايونات. ففي الدور العلوي و السفلي سائل يعرف بالابري لمف Perilymph. وترجمته الحرفية هي سائل حول الليمف أو حول اللمفاوي و قد يكون اصل هذه الكلمة مأخوذ من مشابهة هذا السائل لسوائل العروق اللمفاوية في الجسم. بينما يحتوي الدور الأوسط على سائل آخر يعرف بالاندو ليمف Endolymph (الليمف الداخلي أو سائل التيه)، وهو سائل مشابه للبري ليمف وعند اكتشافه فرق بينهما بكلمة “حول” وكلمة “داخل” فالبريلمف موجود في الدور العلوي والسفلي (أي حول أو محيط بالدور الاوسط)و سائل الاندو ليمف في “داخل الدور الأوسط!ُ

وتوجد الفتحة البيضاوية Oval Window في بداية الدور العلوي وبينما الفتحة الدائرية Round Window تقع في نهاية الدور السفلي. و تسمح الفتحة الدائرية بخروج الموجات الصوتية التي دخلت إلى القوقعة عبر الفتحة البيضاوية (Oval Window) لكي لا تتراكم الموجات بداخلها. أي أن الموجات الصوتية تدخل من الفتحة البيضاوية و من ثم تخرج عبر الفتحة الدائرية بعد قيامها بتحريك غشاء القاعدة وإثارة الخلايا الشعرية (سيتم التفصيل لاحقا).

أجسام كورتي و الخلايا الشعرية

توجد مجموعة من الخلايا المهمة والمتراصة في داخل الدور الأوسط للقوقعة على سطح الغشاء القاعدي و تسمى بجسم كورتي Organ of Corti. وفي كل قوقعة حوالي 4000 جسم من أجسام كورتي. ويحتوي جسم كورتي على خلايا عديدة ولكن من أهم الخلايا الموجودة في داخل هذا الجسم خلايا تسمى بالخلايا الشعرية Hair cells. وتنقسم الخلايا الشعرية إلى قسمين رئيسيين: خلايا شعرية داخلية Inner Hair Cells وخلايا شعرية خارجية Outer Hair Cells . وفي كل جسم من أجسام كورتي ثلاث خلايا شعرية خارجية (تأتي على شكل طبقات) وخلية شعرية داخلية واحدة.

وسميت الخلايا شعرية بهذا الاسم لأن في طرفها العلوي شعيرات صغيرة استشعارية للحركة. وتختلف الخلايا الشعرية الداخلية عن الخارجية بشكل الشعيرات وعددها. وفي قاعدة كل خلية شعرية نقطة اتصال مع العصب السمعي. ويوجد عصب وارد (داخل) وعصب صادر (خارج) من كل خلية ومتصل بالعقدة العصبية للعصب السمعي في منطقة قريبة و ملاصقة للقوقعة. ويُتوقع أن في القوقعة الواحدة تحتوي على حوالي 4000 خلية شعرية داخلية و12000 خلية خارجية. وحجم جسم كورتي حوالي 10 ميكرون ويحتوي على خلايا أو أنسجة أخرى بالإضافة إلى الخلايا الشعرية. ويعتقد أن الخلايا الشعرية و أجسام كورتي موزعة على طول الغشاء القاعدة بطريقة محددة وعلى شكل خريطة محكمة، ففي مناطق معينة من الغشاء.

توجد خلايا شعرية محددة تميز الموجات الصوتية العالية التردد و في مناطق أخرى توجد خلايا لتميز الموجات الصوتية المنخفضة التردد وكذلك الحال مع غشاء القاعدة فهو أيضا به مميزات تساعد في تميز الترددات فسمكه غير منتظم فاحد أطرافه رقيق وعريض بينما الطرف الآخر متين و ضيق. و لو تخيلت هذا الغشاء على شكل شراع (احد أطرافه رقيق و الآخر متين) وهو مغمور في الماء فلو هززت احد أطرافه فان هذا الغشاء سوف يهتز بشكل غير متساوي حسب شدة الاهتزازة (حسب شدة لصوت الذي يهز السائل في داخل القوقعة). يغطي الخلايا الشعرية من فوق (من جهة الشعيرات) سقف يسمى الغشاء السقفي Tectorial Membrane . ولذلك فان الخلايا الشعرية محصورة بين غشاءين: الغشاء السقفي من الأعلى والغشاء القاعدي من الأسفل.

روابط إعلانية
الوسوم

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
تحتاج مساعدة...
ارسل إلى الواتساب
إغلاق
إغلاق