Еще одно соображение, которое побуждает физиологов рассматривать кортиев орган (включая базилярную мембрану) как серию резонаторов, — это довольно примечательное соответствие между количеством отдельных частей аппарата, из которых он, по-видимому, состоит, и количеством различных музыкальных звуков, которые, если бы он был серией резонаторов, он мог бы быть призван различать.
Писк, издаваемый летучей мышью при каждом повороте в полете, имеет высоту около 11 000 вибраций в секунду — шестая ми выше первой октавы (Тиндаль). В группе людей, прислушивающихся к писку, обычно есть те, кто его не слышит. Выше этого диапазон слуха очень изменчив. Внезапность перехода от идеального слуха к полному отсутствию восприятия делает эксперименты с маленькими трубками или сиреной довольно забавными, когда тестируется несколько человек одновременно. Один жалуется, что нота невыносимо громкая и пронзительная, в то время как другие утверждают, что царит полная тишина. Тридцать три тысячи вибраций обычно считаются верхним пределом для человеческого уха, но некоторые физиологи помещают его на отметке 40 000 или даже выше. Верхний предел не имеет большого значения, так как способность различать быстроту выше самой высокой ноты, используемой в музыке — регистра пикколо органа с высотой 4096, — очень мала. Возможно, что звук с частотой ниже 27 (контрафагот) может быть услышан как тон — 16 согласно некоторым авторам; но опять же наша способность различать очень низкие ноты невелика. В определенном диапазоне квалифицированный музыкант может сказать, что нота фальшивит, когда она на одну шестьдесят четвертую полутона выше или ниже, чем должна быть. Если мы предположим, что, допустив равную чувствительность для диапазона в семь октав, избыток допуска по сравнению с фактической чувствительностью к обоим концам этого отрезка компенсировал бы сравнительно небольшое количество различий, которые ухо может сделать ниже или выше него — 64 × 12 × 7 = 5376. Гораздо более высокая оценка, основанная на наблюдениях, которые, по-видимому, показывают, что ухо может различать звуки с разницей менее одной шестьдесят четвертой полутона, доводит общее число до 11 000.
В предположении, что один элемент аппарата настроен на резонанс для каждого различимого звука, потребовалось бы от 5000 до 11 000 элементов аппарата. Принимая одну из арок Корти за центральную часть резонатора, хотя столбы, безусловно, не являются вибрирующими структурами, мы находим, что их число составляет 3848 (количество наружных столбов); если аналитическим элементом является любой столб с волосковой клеткой или волосковыми клетками, то 9438. Подсчет дает 3487 внутренних и 11 700 наружных волосковых клеток. Волокна базилярной мембраны оцениваются в 24 000; волокна улиткового нерва — в 14 000. Понятно, что подсчет столь мелких структур дает результаты, которые не могут быть более чем приблизительно точными. Гельмгольц, предполагая, что каждая дуга Корти указывает на аналитический элемент, объяснил кажущийся недостаток в их количестве, предположив, что тон, высота которого попадала между двумя дугами, приводил в симпатическую вибрацию обе, причем дуга, наиболее близкая по высоте к тону, вибрировала сильнее. Таким образом, он предвосхитил возражение, которое часто выдвигалось против его теории длинной серии резонаторов.
В противовес теории Гельмгольца указывается, что когда скрипач проводит пальцем по смычковой струне, высота звука повышается совершенно плавно; она не скачет от резонатора к резонатору. Особенно в случае очень высоких тонов, издаваемых сиреной, утверждается, что в редкие интервалы, когда резонатор в ухе настроен на тон, который излучает сирена, он должен звучать намного громче, чем когда тон попадает посередине между двумя резонаторами. Но весь вопрос о характере ответа аналитических элементов в настоящее время слишком неясен для обсуждения столь тонких моментов.
Многие, кто считает, что теория резонаторов Гельмгольца основана на принципах физики и физиологии, которые должны рассматриваться как отправные точки любого объяснения анализа звуков ухом и разумом, полагают, что она заходит слишком далеко в поиске отдельного резонатора для каждого различимого тона. Улитка, как мы уже говорили, не предлагает ничего столь обширного, если принимать во внимание натяжение или длину ее элементов, а не их количество. Те, кто принимает как аксиому, что улитка содержит серию реагирующих инструментов — но серию, гораздо более ограниченную по диапазону, чем гамма наших звуковых восприятий, — стремятся обнаружить в музыкальных тонах качества, которые объединяют их в группы. Точно так же, как в случае с цветовыми ощущениями они распознают четыре (или шесть) элементарных качества, которые возбуждают четыре (или шесть) элементов реагирующего аппарата, так и в случае со слухом они ищут ограниченное число тональных качеств и соответственно ограниченное число элементарных ощущений. Идеал тех, кто придерживается этого взгляда, — это октава качеств и элементарных ощущений, звучащая в середине шкалы, когда стимулируются x нервных окончаний, как октава выше, когда реагируют 2x нервов, октава ниже — с x/2. Такая концепция, по-видимому, направляет мысль вокруг непреодолимых барьеров. Однако существует риск придания слишком большого значения периодическим интервалам, потому что они занимают столь важное место в музыке. С одной стороны разрыва, который звук преодолевает между индивидом и его окружением, находится упругое тело, вибрирующее с любой возможной скоростью в пределах диапазона слуха. С другой стороны разрыва находится ухо. Если бы, расположив несколько тысяч камней вдоль обочины дороги в порядке их размера, я заявил, подняв № 512: «Это основной тон, октавой которого является № 1024», мне бы ответили: «Может быть, больший камень можно было бы разбить на две половины, каждая из которых весила бы столько же, сколько меньший камень; но я не вижу никакой разницы между камнями в форме, цвете или твердости». Вибрирующая струна делится на равные сегменты, каждый из которых вибрирует в рамках вибраций всей струны, звуча октавой. Мы распознаем сходство в качестве между тонами и их октавами, потому что привыкли слышать октаву, самый заметный из обертонов, во всех музыкальных звуках. Следовательно, из-за ассоциации стало труднее отличить ноту от ее октавы, чем отличить ее от квинты; но из этого не следует, что эффект 1024 вибраций на сенсорные клетки ближе напоминает эффект 512, чем эффект 768. Но в этот момент мы вынуждены построить некоторую гипотезу о том, как вибрации влияют на сенсорные клетки. Протоплазма клеток не является непосредственно чувствительной к ним. Мы можем объяснить генерацию импульсов в нерве, связанном с конкретной клеткой или группой клеток, только исходя из предположения, что резонирующий механизм, который реагирует на вибрации определенной частоты, сотрясает клетку. Даже тогда кажется необходимым предположить, что существует вспомогательный механизм, который нарушает протоплазму клетки настолько, чтобы сделать сотрясение эффективным, вероятно, волоски, трущиеся о покровную мембрану. Анатомическое исследование не дает нам уверенности в теории существования нескольких тысяч резонаторов, настроенных на такое же количество нот разной высоты. Физикам остается сказать, можем ли мы представить один из этих крошечных резонаторов как реагирующий на данную ноту в 10 отдельных октавах, другой в 9... другой только в 1. Физики, со своей стороны, могут очень справедливо попросить анатомов указать резонаторы и даже воспроизвести их в моделях таких размеров, которые позволяют проводить экспериментальные исследования.
Общепризнано, что ощущение аккорда складывается из ощущений, которые вызывает каждый из его составляющих тонов, и что наша способность анализировать сложное целое — это вопрос внимания. Музыкант может по желанию направить свое внимание на любое из ощущений. Не столь уверенно, что человек, не знающий музыки, может сделать то же самое. Знакомство с музыкальными инструментами дает нам столь точное знание о том, как производятся сложные тона, что становится трудно решить, означает ли, когда мы говорим, что можем выделить ми или соль из обычного аккорда, что мы можем слышать их как отличные от до и до-диез, или же это означает, что, зная состав аккорда, мы думаем о ми или соль, когда слышим сложный тон, исключая другие его составляющие. Затем, опять же, несколько струн, которые мы пытаемся ударить одновременно, на самом деле не «выстраиваются в линию». Их вибрации не находятся в одной фазе, даже если струны абсолютно настроены. Расхождение фаз может способствовать выделению отдельных составляющих аккорда. Здесь мы касаемся проблемы, которую мы обошли молчанием, пытаясь дать представление о природе пульсаций, достигающих уха. Мы тогда (стр. 405) описали частичные пульсации, которые накладываются на основную пульсацию, как если бы они обязательно начинались одновременно с ней. Мы предположили, что разность фаз частичных тонов равна нулю. Но ясно, что различия в фазах составляющих тонов могут создавать почти бесконечное количество вариаций в форме сложной «волны» звука. По-разному ли ухо реагирует на разные формы волн? Приводит ли разница в фазе к разнице в ощущении? В общих чертах ответ на этот вопрос должен быть отрицательным; хотя можно показать, что в некоторых случаях изменение фазы нескольких составляющих сложного тона без какого-либо изменения их количества или громкости вызывает изменение его акустического качества. Любая попытка соотнести физические изменения — движения воздуха в наружном ухе — с эффектами, которые они могут оказывать на кортиев орган, должна учитывать этот широкий диапазон вариаций формы волны. Мы обратили внимание на трудности, которые это создает, но не имеем надежды указать путь, которым они могут быть преодолены.
Ничто, связанное с физиологией слуха, не является более примечательным, чем его способность к обучению. Улитка одного человека столь же обширна и сложна по структуре, как и у другого, однако некоторые люди могут использовать ее как аналитический аппарат бесконечно более утонченно, чем другие. Житель Торресова пролива не может различить как две отдельные ноты звуки, которые находятся на расстоянии менее полутона друг от друга. Сэр Майкл Коста мог различать звуки с точностью до шестьдесят четвертых долей полутона. Улитка кошки не менее сложна, чем у человека, однако ментальная жизнь человека основана на анализе слуховых ощущений. Его высший прогресс на животной лестнице зависел от изобретения языка, с помощью которого он передает и получает информацию, тем самым делая опыт вечным, несмотря на скоротечность индивидов, которые его приобретают и передают. Животное рождается, узнает, умирает. Человек начинает с мудростью расы под своими ногами.
Слух имеет туманное происхождение в ощущениях движения или перемещения. Связь между двумя специальными чувствами — чувством ориентации и чувством слуха в собственном смысле слова — всегда остается тесной. Давид танцевал перед Ковчегом Господним. Все народы, дикие и цивилизованные, связывают музыку с движением. Высоко на животной лестнице появляется орган чувств, который позволяет его обладателю различать музыкальные тона. Благодаря его использованию человек с большой скоростью — если считать светским временем — развил интеллект, который отделяет его от всех других животных на расстояние планеты. Звучание его кортиева органа чистыми тонами и комбинациями чистых тонов доставляет ему огромное удовольствие, хотя это никоим образом не служит его интеллекту. Тем не менее, в наслаждении музыкой есть качество удовольствия, которое делает его близким к удовлетворению, которое мы испытываем, упражняя интеллект.
ГЛАВА XV КОЖНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ
Чувств, согласно освященной веками классификации, пять — обоняние, зрение, вкус, слух и общее ощущение, или осязание; но такая классификация наших ощущений и органов, которые их порождают, слишком груба для современных нужд. Мы уже показали, что, в то время как нос и язык дают один и тот же вид информации, ухо дает информацию двух, возможно, трех разных видов. В сфере общего ощущения мы выделяем три специальных чувства, обслуживаемых специализированными органами чувств — осязание, холод и тепло — и, возможно, четвертое, обслуживаемое неспециализированными нервами, к которому только и применимо эпитет «общее».
Кожа снабжена нервами — голыми фибриллами — в богатейшем изобилии. Их легче всего продемонстрировать в слое, покрывающем роговицу, благодаря ее прозрачности; в нем, как показано на рис. 41, разветвившись на передней части волокнистой ткани, из которой состоит роговица, нервы проходят к поверхности, образуя соединения с каждой из ее клеток, или, по крайней мере, с каждой клеткой более поверхностных из трех или четырех слоев, из которых состоит эпителий. Разветвленные нервные веточки такого типа при обычных условиях не передают никаких ощущений в сознание. До тех пор, пока кожные клетки, с которыми они связаны, здоровы, нервные веточки устанавливают для них связи с центральной нервной системой, посредством которых регулируется их питание; но они не несут никаких импульсов, на которые мы можем направить внимание. Движение мигания не сопровождается никаким ощущением, пока края век не придут в соприкосновение. Карандаш, прижатый к веку, вызывает осязательные ощущения от кожи, но не от роговицы, которая лежит под ним. Когда крошечный жук повреждает поверхность роговицы, царапая эпителиальные клетки своими роговыми крыльями и ногами, разорванные нервные нити передают в сознание импульсы, или, как мы предпочитаем выражаться, влияние, которое ощущается как боль. Но даже боль, вызванная повреждением роговицы, ничтожна по сравнению с той, которая возникает на нижней стороне век, где не только эпителий снабжен разветвленными нервными веточками, но и присутствуют специализированные органы осязания для локализации места повреждения. Повсюду эпителий, покрывающий поверхность тела, снабжен столь обильно, что успешное окрашивание нервных нитей заставляет думать, что каждая эпителиальная клетка имеет свою нервную принадлежность. Это нервы общего ощущения, если мы сохраним этот термин; но ощущение столь общее, столь неясное, столь мало дифференцированное, что мы знаем о нем не больше, чем о воздухе, который окутывает наши руки и лица в теплый, безветренный день. Тем не менее воздух, когда он движется, порождает тусклое, широкое, обобщенное ощущение, которое может быть сфокусировано в определенность чувствительным нервом.
Рис. 41. — Вертикальный срез эпителия, покрывающего поверхность роговицы, и небольшой части вещества роговицы, сильно увеличенный.
Черные линии — это голые нервные волокна (окрашенные хлоридом золота), которые распределены среди клеток более поверхностных слоев эпителия в очень большом количестве. Вещество роговицы состоит из листов прозрачных волокон с промежуточными клетками. Поскольку волокна нескольких листов пересекают друг друга под разными углами, они разрезаны: некоторые поперечно, другие в направлении их длины.
Наблюдатель, посвятивший много лет исследованию кожных ощущений и особенно «отраженных болей», которые возникают из-за болезней внутренних органов, недавно приказал перерезать крупный кожный нерв, снабжающий сторону предплечья и кисти со стороны большого пальца на своей собственной руке, чтобы он мог тщательно изучить восстановление ощущений. Он обнаружил, что никогда не терял способности распознавать смещения тканей под кожей. Тельца Пачини и другие концевые органы глубоко лежащих нервов регистрировали давление и напряжение, вызванные нажатием или трением тупым инструментом. Через семь недель после травмы он начал распознавать стимулы, которые причиняют вред — горячие предметы, холодные предметы, укол булавкой, — хотя его способность локализовать поврежденное место была чрезвычайно расплывчатой. То есть через семь недель протопатические нервы, которые не следуют по тем же определенным линиям, что и нервы специальных чувств, а образуют открытые сети со многими альтернативными путями, восстановили свои кожные связи. Только постепенно и очень медленно возвращались критические ощущения — способность различать степени тепла, распознавать как отдельные две точки циркуля, чувствовать прикосновение ватой.
Согласно теории, изложенной в этой книге (стр. 312), боль — это не набор ощущений, а состояние центральной нервной системы, которое делает ее чрезмерно возбудимой или возбудимой определенным образом к импульсам, имеющим то же местное происхождение, что и нервный ток, который вызывает состояние боли. Когда нерв кожи был перерезан, эпителиальные разветвления обновляются до того, как какие-либо специализированные тактильные или другие органы чувств восстановили свои нервные связи. Когда область, которая восстановила свои поверхностные разветвления, но не восстановила свои органы чувств, повреждается, локализации боли не происходит. Действительно, неясные ощущения, которые при этом испытываются, если кожа повреждена, едва ли можно назвать болезненными. Разветвленные нервы изливают свое возбуждение в серое вещество спинного мозга; но не само по себе возбуждение вызывает боль. Именно прохождение импульсов через возбужденную область придает им, когда они достигают сознания, не только топографическое значение, но и мучительное чувство. Пока специализированные органы кожи не будут восстановлены до рабочего состояния, нет импульсов, которые могли бы пройти через возбужденное серое вещество, и, следовательно, нет чувств боли. Согласно этому взгляду, существуют две системы афферентных нервов: протопатическая и специализированная, или критическая. Первая очень широко и очень обильно распределена по поверхности тела, легким, пищеварительному каналу и другим внутренним органам. У нее нет концевых органов, нет определенных трактов в центральной нервной системе, нет определенных связей с корой большого мозга. Токи, которые она проводит, если они возникают в висцеральной части этой системы, не оказывают прямого влияния на сознание; но если они возникают на поверхности тела, или в пищеварительном канале в нижнем конце пищевода, или в некоторых других ситуациях, они взаимодействуют со стимулами тепла, холода или тяги. Критическая система работает более определенным образом. Ее импульсы возникают в органах чувств. Начиная с определенного потенциала, они передаются разрядом последовательности связанных нейронов. Когда они достигают коры, их потенциал достаточно высок, чтобы вызвать сознание. Их распределение в коре столь же определенно, как и их происхождение.