«Искусственное ухо»
«Искусственное ухо»
Моих ушей коснулся он,
И их наполнил шум и звон:
И внял я неба содроганье,
И горний ангелов полет,
И гад морских подводный ход,
И дольней лозы прозябанье.
А. С. Пушкин «Пророк»
В конце XVIII века итальянский физик Алессандро Вольта, изучая на себе действие электрического тока на организм, обнаружил, что если разместить электроды на голове так, чтобы ток проходил через внутреннее ухо, то включение и выключение тока вызывает шумы в ушах. «Я ощутил звук или, скорее, шум в обоих ушах, характер которого я не мог более точно определить», — сообщал Вольта в одном из своих писем. Опыты были, видимо, настолько неприятны, что Вольта никогда более не повторял их.
Эти опыты повторили в 30-х годах нашего века ленинградские физиологи и врачи под руководством Г. В. Гершуни, использовав жидкостные электроды (слуховой проход заполняли 1 %-ным раствором поваренной соли). Но лишь в 1957 году была сделана первая попытка непосредственного вживления электрода в слуховой нерв.
Хирурги при вживлении электрода руководствовались следующими соображениями. Если передаваемые по тончайшим проводкам сигналы будут достаточно похожи на те, которые обычно идут в мозг от улитки внутреннего уха, если нерв не поврежден и если работают те участки коры мозга, которые отвечают за слух, — то человек, у которого от рождения или из-за болезни неисправно внутреннее ухо, сможет слышать.
Но прямое подключение микрофона с усилителем к слуховому нерву ничего не дает: как показали опыты на животных, импульсы, идущие в мозг от уха, совсем не похожи на те, что идут, например, по телефонному проводу при разговоре. Это и понятно, ведь они должны вызывать не простое колебание мембраны наушника, а сложные, до сих пор малопонятные нервные процессы, благодаря которым мы слышим и понимаем услышанное.
Хотя далеко не все в деталях механизма звуковосприятия было ясно, в 1970-е годы начались систематические опыты по электродному протезированию людей, у которых были сохранены хотя бы частично слуховой нерв и область коры, анализирующая звуки. Сейчас вживлению электродов с целью возвращения слуха при различных заболеваниях во всем мире подвергнуто несколько тысяч человек.
Выяснено, что необходимо вживлять в слуховой нерв не один электрод, а несколько, каждый из которых должен соответствовать пространственному распределению звуков в улитке (вспомните рассказ «о натянутых струнах и бегущей волне»). Каждая частотная полоса речевой зоны должна быть обеспечена 1 электродом. В настоящее время достигнуто введение 8 электродов.
Уже на следующий день после вживления электрода больной может воспринимать ряд простых слов, музыку. Но качество воспринимаемого звука все же очень низко. Чтобы понимать речь, требуется длительная тренировка, и особенно трудно это дается глухим от рождения, которым не с чем соотнести слышимые неясные шумы. Но все же через месяц обучения больные способны разбирать около 80 % простых слов.
Однако уже сейчас первоначальный энтузиазм врачей несколько охладевает. Так, выражается мнение, что для удовлетворительного понимания речи необходимо вживление не менее 15 электродов, что является технически весьма сложной задачей. Наряду с этим появляется высказывание о большой перспективности стимуляции слуховой зоны коры головного мозга. Этот вопрос пока рассматривается в теоретическом и экспериментальном плане.
Существуют и некоторые другие подходы к созданию искусственного уха. Давайте остановимся несколько подробнее на одном из них, так как он оброс массой самых невероятных легенд. Но для начала нам хотелось бы рассказать вам полулегендарную историю.
В Соединенных Штатах Америки в 60-х годах произошел забавный и вместе с тем загадочный случай. Два человека обошли почти всех врачей своего города с жалобой на странный недуг. Время от времени им слышались голоса людей, которые советовали им покупать то холодильники, то мыло. А потом звучали, по их выражению, «хоры ангелов». Врачи были в недоумении: никаких психических расстройств у пациентов не обнаруживалось. Больных исследовали буквально по косточкам — и опять ничего. А между тем они продолжали утверждать, что их уши отчетливо слышат голоса.
Наконец, доктор Генри Пухарик обратил внимание на то, что и тот и другой пациенты недавно лечили зубы у одного и того же врача. Обратились к нему, и дантист сказал, что он запломбировал им зубы цементом особого состава: в нем была незначительная примесь карборунда.
Мало-помалу все объяснилось. Кристаллы карборунда — типичного полупроводника — принимали коротковолновые радиопередачи. Не совсем еще понятно, правда, каким образом высокочастотные колебания радиоволн превращались в пломбе в звуковые. Но очевидно, что эти колебания воспринимались живым нервом зуба и по нему достигали мозга. Выяснилось также, что эти сверхминиатюрные «транзисторные приемники» в зубах волею случая оказались настроенными на волну станции, передававшей торговую рекламу.
Генри Пухарик, нейрофизиолог по профессии, заинтересовался этим курьезным случаем и начал продолжать исследования. Выяснилось, что в зубах человека действительно имеются свободные нервные окончания, которые связаны со слуховыми центрами мозга. Американский ученый поставил задачу — а нельзя ли использовать эти нервы, чтобы дать возможность слышать людям, у которых поражен кортиев орган?
После долгих экспериментов совместно с зубным врачом Иосифом Лоуренсом, Генри Пухарик, наконец, предложил следующий оригинальный способ использования «слуховых» возможностей зуба. Миниатюрный микрофон, который можно носить на руке, как часы, связан с таким же миниатюрным передатчиком, преобразующим звуки в радиосигналы. Эти сигналы улавливает приемник, который вмонтирован в зуб. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что приемник представляет собой тонкий слой полупроводникового сплава, наложенный на свободные нервные окончания в зубе. Этот полупроводниковый сплав образует пьезоэлектрический элемент. Сверху он прикрыт слоем золота или серебра, который служит антенной.
Сигнал радиопередатчика, принятый такой антенной, попадает в пьезоэлектрический элемент. В нем возникают колебания, которые, возбуждая нервные окончания зуба, превращаются в нервные импульсы, идущие в слуховые центры мозга. И человек, который до сих пор жил в мире безмолвия, слышит. Если необходимо, радиосигналы, поступающие от передатчика, можно усилить. Для этого в соседний зуб надо вмонтировать миниатюрный усилитель на полупроводниках.
Свой рассказ о попытках ученых создать искусственное ухо нам хотелось бы завершить прекрасными словами Гете:
Нам говорят: «безумец» и «фантаст»,
Но, выйдя из зависимости грустной,
С годами мозг мыслителя искусный
Мыслителя искусственно создаст!