หูของคุณระบบสื่อสารอันวิเศษ
เมื่อคุณไม่อยากเห็น คุณก็ปิดตาได้. เมื่อไม่อยากได้กลิ่น คุณก็กลั้นหายใจได้. แต่เมื่อคุณไม่อยากได้ยิน คุณไม่อาจปิดหูคุณได้สนิท. คำพูดที่ว่า “ทำเป็นหูหนวกเสีย” เป็นเพียงคำเปรียบ. การได้ยินของคุณก็เหมือนการเต้นของหัวใจ ซึ่งทำงานอยู่ตลอดเวลาแม้ในยามคุณหลับ.
จริง ๆ แล้ว หูของเราทำงานอยู่ตลอดเวลาเพื่อให้เราได้สัมผัสโลกรอบตัว. หูเลือก วิเคราะห์ ถอดความหมายสิ่งที่เราได้ยิน แล้วสื่อสารไปยังสมอง. ภายในเนื้อที่ราว ๆ หนึ่งลูกบาศก์นิ้วนั้น หูใช้หลักของโสตศาสตร์ กลศาสตร์ ไฮดรอลิกส์ อีเล็กโทรนิกส์ และคณิตศาสตร์ชั้นสูง เพื่อทำงานให้สัมฤทธิ์ผล. ลองพิจารณาบางสิ่งในหลาย ๆ สิ่งที่หูของเราทำได้เมื่อความสามารถในการได้ยินของเราไม่เสีย.
▫ จากเสียงกระซิบแผ่วเบาที่สุดตลอดจนถึงเสียงเครื่องบินไอพ่นกำลังขึ้นที่แผดดังราวกับฟ้าร้อง หูเราสามารถรับเสียงต่าง ๆ ได้จนถึงเสียงที่ดังเป็นสิบล้านล้านเท่าของเสียงที่เบาที่สุด. ในสำนวนทางวิทยาศาสตร์ นี้ก็อยู่ในระดับความแตกต่างประมาณ 130 เดซิเบล.
▫ หูของเราสามารถแยกแยะและมุ่งฟังการพูดคุยเพียงรายหนึ่งซึ่งอยู่คนละฟากของห้องที่มีคนเต็มไปหมด หรือสังเกตเสียงเครื่องดนตรีชิ้นหนึ่งที่เล่นผิดโน้ตได้จากเสียงเครื่องดนตรีที่เล่นพร้อมกันนับร้อยชิ้น.
▫ หูของมนุษย์สามารถจับการเปลี่ยนเพียงสององศาในทิศทางของแหล่งกำเนิดเสียง. หูทำเช่นนี้โดยจับความแตกต่างที่มีเพียงน้อยนิดในระยะเวลาและความดังของเสียงที่มาถึงหู. เวลาที่ต่างกันนั้นอาจเป็นเพียงหนึ่งในสิบล้านวินาที แต่หูก็สามารถจับได้และส่งข้อมูลนี้ไปให้สมอง.
▫ หูของเราสามารถรับรู้ และแยกแยะเสียงต่าง ๆ ได้ถึง 400,000 ชนิด. ระบบกลไกของหูทำการวิเคราะห์คลื่นเสียงโดยอัตโนมัติ และเปรียบเทียบกับแบบคลื่นเสียงที่บันทึกอยู่แล้วในความจำของเรา. นั่นเป็นเหตุที่คุณสามารถบอกได้ว่าเสียงดนตรีนั้นเล่นโดยไวโอลินหรือขลุ่ย หรือว่าเป็นผู้ใดที่โทรศัพท์มาหาคุณ.
“หู” ที่เราเห็นอยู่ด้านข้างศีรษะเป็นเพียงส่วนหนึ่ง เป็นส่วนที่เราเห็นได้ง่ายที่สุด. พวกเราส่วนใหญ่คงยังจำได้ถึงสิ่งที่ได้เรียนสมัยที่อยู่ในโรงเรียนว่า หูประกอบด้วยสามส่วนคือ หูชั้นนอก หูชั้นกลาง และหูชั้นใน ดังที่เรียกกัน. หูชั้นนอกประกอบด้วยใบ “หู” ที่เป็นหนังและกระดูกอ่อน และช่องหูที่เข้าไปจนถึงเยื่อแก้วหู. ในหูชั้นกลาง มีกระดูกอยู่สามชิ้นที่มีขนาดเล็กสุดในร่างกายมนุษย์—แมลลิอัส อิงคัส และสเตปส์ซึ่งมักเรียกกันทั่วไปว่า กระดูกรูปค้อน ทั่ง และโกลน—ประกอบเป็นสะพานเชื่อมเยื่อแก้วหูกับช่องรูปไข่ซึ่งเป็นทางเข้าไปสู่หูชั้นใน. และหูชั้นในประกอบด้วยสองส่วนที่มีลักษณะแปลกคือ: กลุ่มของหลอดที่โค้งเป็นครึ่งวงกลมสามหลอดกับค็อคเคลียที่มีรูปร่างเหมือนหอยโข่ง.
หูชั้นนอก—ส่วนรับเสียง
เป็นที่ทราบกันอยู่ว่า หูชั้นนอกทำหน้าที่รับคลื่นเสียงในอากาศ และนำคลื่นเสียงสู่หูชั้นใน. แต่มันทำหน้าที่ยิ่งกว่านั้นมากนัก.
คุณเคยสงสัยไหมว่าลักษณะที่โค้งวนของหูชั้นนอกนั้นทำหน้าที่อย่างหนึ่งโดยเฉพาะ? นักวิทยาศาสตร์พบว่าช่องตรงกลางหูชั้นนอก และหลอดหู มีรูปลักษณะเหมาะเจาะจริง ๆ a ในการรับสัญญาณเสียงก่อนที่จะเพิ่มความดัง หรือความกังวานให้อยู่ในระดับความถี่เฉพาะ. นั้นเป็นประโยชน์แก่เราอย่างไร? ก็เพราะเหตุที่ลักษณะสำคัญส่วนใหญ่ของเสียงพูดมนุษย์จะอยู่ในระดับความถี่เดียวกันนั้น. ขณะที่เสียงเดินทางผ่านหูชั้นนอก และหลอดหู มันจะถูกเพิ่มความดังขึ้นเป็นประมาณสองเท่าจากเดิม. นี่คือ วิศวกรรมด้านโสตศาสตร์ ระดับสูงสุด!
หูชั้นนอกยังมีบทบาทสำคัญต่อความสามารถของเราที่จะระบุแหล่งที่มาของเสียงด้วย. ดังได้กล่าวมาแล้ว เสียงที่มาจากด้านซ้ายหรือขวาของศีรษะนั้นถูกจำแนกโดยความแตกต่างของความดังของเสียง และเวลาที่มันเดินทางถึงหูทั้งสองข้าง. แต่เสียงที่มาจากด้านหลังล่ะ? อีกครั้งหนึ่งที่รูปลักษณะของใบหูเข้ามามีบทบาท. ขอบใบหูของเรามีลักษณะที่มันจะมีปฏิกิริยากับเสียงที่มาจากด้านหลัง ทำให้มีการลดลงของเสียงในขนาด 3,000 ถึง 6,000 เฮิร์ทซ์. ลักษณะของเสียงจึงเปลี่ยนไป และสมองก็แปลความหมายว่าเสียงนั้นมาจากด้านหลัง. เสียงจากด้านเหนือศีรษะก็ถูกเปลี่ยนไปเช่นเดียวกัน แต่ในความถี่ที่ต่างออกไป.
หูชั้นกลาง—ความใฝ่ฝันของนักกลศาสตร์
หน้าที่ของหูชั้นกลางคือ เปลี่ยนการสั่นสะเทือนแบบโสตศาสตร์ของคลื่นเสียงให้เป็นแบบกลศาสตร์ และส่งผ่านไปยังหูชั้นใน. สิ่งที่เกิดขึ้นในช่องขนาดเม็ดถั่วนี้แหละ คือสิ่งที่นักกลศาสตร์ใฝ่ฝัน.
ตรงข้ามกับความคิดที่ว่า เสียงดังเป็นสาเหตุแห่งการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่ของเยื่อแก้วหู อันที่จริง คลื่นเสียงทำให้เกิดความเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อย. การเคลื่อนไหวเพียงน้อยนิดเช่นนั้น ที่จริงไม่พอเพียงจะทำให้ของเหลวในหูชั้นในมีปฏิกิริยาขึ้นได้. วิธีแก้ปัญหานี้ก็แสดงให้เห็นอีกครั้งถึงความเฉลียวฉลาดในการออกแบบหู.
การเชื่อมต่อกันของกระดูกเล็ก ๆ สามชิ้นของหูชั้นกลางไม่เพียงทำให้รับความรู้สึกไวเท่านั้นแต่ยังมีประสิทธิภาพสูงด้วย. มันทำหน้าที่เหมือนระบบคาน ขยายแรงที่ได้รับขึ้นอีกประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์. นอกจากนี้ เนื้อที่ของเยื่อแก้วหูนั้นมีประมาณยี่สิบเท่าของส่วนที่เป็นเหมือนแผ่นฐานรองของกระดูกโกลน. ด้วยเหตุนั้น แรงที่กระทบเยื่อแก้วหูจึงถูกทำให้รวมตัวบนเนื้อที่ที่เล็กกว่ามากที่ช่องรูปไข่. ทั้งสององค์ประกอบนี้รวมกันขยายแรงดันที่มีต่อเยื่อแก้วหูที่สั่นสะเทือนให้เพิ่มเป็น 25-30 เท่าที่ช่องรูปไข่ นั่นก็พอเพียงที่จะทำให้ของเหลวในค็อคเคลียเคลื่อนไหวได้.
คุณเคยพบไหมว่าการเป็นหวัดบางครั้งมีผลกระทบต่อการได้ยินของคุณ? นั่นเป็นเพราะการปฏิบัติงานของเยื่อแก้วหูจะเป็นไปอย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อความดันทั้งสองด้านเยื่อแก้วหูเท่ากัน. ปกติแล้ว การรักษาระดับความดันที่เท่ากันนี้อาศัยช่องเล็ก ๆ ที่เรียกว่า ท่อยูสเตเชียน ซึ่งโยงหูชั้นกลางกับด้านหลังของช่องจมูก. ท่อนี้จะเปิดทุกครั้งที่เรากลืนอะไร ๆ ลงลำคอ และลดความดันที่อาจเกิดขึ้นในหูชั้นกลาง.
หูชั้นใน—ส่วนที่ปฏิบัติภารกิจขั้นสำคัญ
จากช่องรูปไข่ เราก็มาถึงหูชั้นใน. ห่วงสามห่วงซึ่งอยู่ในแนวตั้งฉากกันและกันที่เรียกว่า ท่อครึ่งวงกลม ช่วยเราให้รักษาดุลการทรงตัว และการประสานงาน. แต่การได้ยินอย่างแท้จริงก็เริ่มขึ้น ในค็อคเคลีย.
ค็อคเคลีย (จากคำกรีก โคคลิอัส หอยโข่ง) โดยพื้นฐานประกอบด้วยมัดของท่อหรือหลอดซึ่งมีของเหลวอยู่ข้างในสามหลอด ม้วนขดขึ้นเป็นเกลียวเหมือนเปลือกหอยโข่ง. ท่อสองท่อบรรจบกันที่ส่วนยอดเกลียว. เมื่อช่องรูปไข่ซึ่งอยู่ที่ฐานเกลียว ถูกทำให้เคลื่อนไหวโดยกระดูกโกลน มันจะไหวตัวเข้าออกคล้ายกับลูกสูบ ทำให้เกิดคลื่นความดันของน้ำขึ้นในของเหลว. ขณะที่คลื่นเหล่านี้เดินทางไปและมาจากส่วนยอดค็อคเคลีย มันทำให้ผนังท่อกระเพื่อม.
ตามผนังชิ้นหนึ่งในผนังเหล่านี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อเนื้อเยื่อเบซิลา มีอวัยวะที่มีความไวสูงในการตอบรับคือคอร์ติ เป็นการเรียกตามชื่อของอัลฟอนโซ คอร์ติ ซึ่งเป็นผู้ค้นพบศูนย์กลางการได้ยินอันแท้จริงนี้ในปี 1851. ส่วนสำคัญของคอร์ติประกอบด้วยเซลล์รับความรู้สึกรูปร่างเหมือนเส้นผมหลายแถว มีประมาณ 15,000 เซลล์ หรือมากกว่านั้น. จากเซลล์เหล่านี้ก็มีเส้นใยประสาทหลายพันเส้นเป็นตัวนำข้อมูลเกี่ยวกับความถี่ ความดัง และลักษณะของเสียงไปสู่สมอง ที่ซึ่งความรู้สึกของการได้ยินเกิดขึ้น.
ความลึกลับถูกเปิดเผย
วิธีที่คอร์ติถ่ายทอดข้อมูลอันซับซ้อนนี้ไปยังสมองเป็นเรื่องลึกลับอยู่นานทีเดียว. สิ่งหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์รู้ก็คือสมองไม่ได้ตอบรับต่อการสั่นสะเทือนแบบกลศาสตร์ แต่ต่อการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าเท่านั้น. คอร์ติคงต้องเปลี่ยนการไหวกระเพื่อมของเนื้อเยื่อเบซิลา ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งให้เป็นแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าที่มีขนาดเท่ากัน แล้วส่งไปสมอง.
เกออร์ก ฟอน เบเคซี นักวิทยาศาสตร์ชาวฮังการีต้องใช้เวลาถึงราว ๆ 25 ปี เพื่อคลี่คลายความลึกลับของอวัยวะที่เล็กมากนี้. สิ่งหนึ่งที่เขาค้นพบก็คือ ขณะที่คลื่นความดันของน้ำเดินทางไปตามท่อในค็อคเคลียนั้น มันจะถึงขีดสุด ณ ที่ใดที่หนึ่งระหว่างการเดินทาง และผลักดันเนื้อเยื่อเบซิลา. คลื่นที่เกิดจากเสียงความถี่สูงจะผลักดันเนื้อเยื่อบริเวณใกล้ ๆ กับฐานค็อคเคลีย และคลื่นจากเสียงความถี่ต่ำจะผลักดันเนื้อเยื่อบริเวณใกล้กับยอดค็อคเคลีย. ฉะนั้น เบเคซีจึงสรุปว่า เสียงในความถี่เฉพาะจะทำให้มีคลื่นที่ทำให้เนื้อเยื่อเบซิลาในตำแหน่งเฉพาะงอตัว ทำให้เซลล์รูปเส้นผมที่นั่นเกิดปฏิกิริยาและส่งสัญญาณไปยังสมอง. ตำแหน่งของเซลล์รูปเส้นผมจะขึ้นอยู่กับความถี่ และจำนวนของเซลล์ที่ถูกกระตุ้นจะขึ้นอยู่กับความดังของเสียง.
คำอธิบายเช่นนี้ใช้ได้สำหรับเสียงแบบเรียบ ๆ ธรรมดา. อย่างไรก็ดี เสียงในธรรมชาติมีน้อยมากที่เป็นแบบนั้น. เช่นเสียงร้องโอ๊ก ๆ ของอึ่งอ่างนั้นแตกต่างทีเดียวจากเสียงตีกลอง ถึงแม้จะมีความถี่เท่ากัน. ที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะเสียงแต่ละเสียงเกิดขึ้นจากเสียงฐานและเสียงประกอบอีกหลายเสียง. จำนวนและระดับความดังของเสียงประกอบทำให้แต่ละเสียงมีลักษณะหรือแบบเฉพาะ. นี่แหละคือสาเหตุที่เราจำเสียงที่เราได้ยินนั้นได้.
เนื้อเยื่อเบซิลาสามารถตอบรับเสียงประกอบทั้งหมดของเสียงได้ในเวลาเดียวกัน และวิเคราะห์ว่ามีมากเท่าไร และมีเสียงประกอบอะไรบ้าง แล้วจึงแยกแยะเสียงนั้น. นักคณิตศาสตร์เรียกขบวนการนี้ว่า การวิเคราะห์ของฟูริเออร์ เป็นการตั้งชื่อตามชื่อของจอน บับติสเตอ โจเซฟ ฟูริเออร์นักคณิตศาสตร์ผู้ปราดเปรื่องชาวฝรั่งเศสแห่งศตวรรษที่ 19. กระนั้น หูได้ใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ชั้นสูงนี้ตลอดมาในการวิเคราะห์เสียงที่ได้ยินและส่งข้อมูลไปยังสมอง.
แม้แต่เดี๋ยวนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าเป็นสัญญาณชนิดใดที่หูชั้นในส่งไปให้สมอง. จากการตรวจสอบเผยให้ทราบว่าสัญญาณที่ถูกส่งไปโดยเซลล์ลักษณะเส้นผมทั้งหมดนั้นเท่ากันทั้งในด้านช่วงเวลาและความแรง. ด้วยเหตุนี้ พวกนักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่า ไม่ใช่สิ่งที่บรรจุในสัญญาณแต่เป็นตัวสัญญาณแบบง่าย ๆ ที่สื่อความหมายไปยังสมอง.
เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของเรื่องนี้ ขอให้นึกถึงเกมหนึ่งที่เด็ก ๆ เล่นกัน ที่ให้มีการถ่ายทอดเรื่องจากเด็กคนหนึ่งไปยังอีกคนหนึ่งเป็นลำดับ. เรื่องที่เด็กคนสุดท้ายได้ยินมักจะไม่เหมือนกับที่คนแรกบอก. แต่หากเป็นรหัสอย่างหนึ่ง เช่นหมายเลข ที่ถูกส่งผ่านไปแทนเรื่องที่ซับซ้อน คงจะไม่ถูกบิดเบือนไป. และนี่แหละคงจะเป็นสิ่งที่หูชั้นในกระทำ.
เป็นที่น่าสนใจว่า เทคนิคที่มีการใช้กันในระบบสื่อสารล่าสุดทุกวันนี้ที่เรียกว่า พัลส์ โคด โมดูเลชัน (ระบบส่งข่าวสารด้วยรหัส) นั้นก็ใช้หลักการอย่างเดียวกัน. มีการส่งรหัสสัญญาณที่ใช้แทนเรื่องราวที่เกิดขึ้น แทนการส่งรายละเอียดของเรื่องราวนั้น. นี่เป็นวิธีที่รูปภาพดาวอังคารถูกส่งมายังโลก ในแบบสัญญาณคู่ หรือวิธีที่เสียงถูกเปลี่ยนเป็นรูปของหน่วยสัญญาณเพื่อการบันทึกและเปิดฟัง. แต่สิ่งเหล่านี้ หูมีอยู่ก่อนแล้ว!
หนึ่งในผลงานทรงสร้างชิ้นเอก
หูของเราอาจไม่ใช่หูที่มีประสิทธิภาพดีที่สุด หรือไวเสียงที่สุดในบรรดาหูทั้งหลาย แต่ก็เหมาะสมดีในการสนองความจำเป็นอันสำคัญของเรา นั่นคือการสื่อสาร. หูถูกออกแบบให้ตอบรับได้อย่างดีโดยเฉพาะต่อลักษณะเสียงพูดของมนุษย์. ทารกจำต้องได้ยินเสียงมารดาเพื่อเติบโตขึ้นอย่างปกติ. และขณะที่เขาเติบโตขึ้น เขาก็จำเป็นต้องได้ยินเสียงคนอื่น ๆ อีกเพื่อจะพัฒนาความสามารถในการพูด. หูของเขาช่วยวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงอันละเอียดอ่อนในท่วงทำนองของแต่ละภาษาได้อย่างแม่นยำ เขาจึงโตขึ้นแล้วพูดภาษานั้น ๆ ได้ดีอย่างที่เจ้าของภาษาเท่านั้นจะพูดได้.
ทั้งหมดนี้ไม่ใช่ผลงานของวิวัฒนาการที่ไร้เชาวน์ปัญญา. พูดให้ถูกก็คือ เราเป็นหนี้พระยะโฮวาพระผู้สร้างองค์เปี่ยมด้วยความรักในเรื่องอุปกรณ์การฟังอันมหัศจรรย์นี้. (สุภาษิต 20:12) หูของเราเป็นผลงานการสร้างชิ้นเอกอย่างแท้จริง และแสดงถึงสติปัญญาและความรักแห่งพระผู้สร้างของเรา. ด้วยหู เราสามารถสื่อสารกับเพื่อนมนุษย์. แต่เหนือสิ่งอื่นใด ให้เราใช้หูในการฟังพระปัญญาจากวจนะของพระเจ้า เพื่อเราจะเรียนรู้จากพระบิดาฝ่ายสวรรค์ของเรา พระยะโฮวาพระเจ้า.
[เชิงอรรถ]
a ลักษณะโดยเฉพาะของเสียงมนุษย์ส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่าง 2,000 ถึง 5,000 เฮิร์ทซ์. (รอบต่อวินาที) และนี่คือระดับความถี่โดยประมาณที่หลอดหูและช่องหูชั้นนอกจะเพิ่มความดังหรือความกังวานของเสียงได้.
[แผนภูมิหน้า 13]
(รายละเอียดดูจากวารสาร)
หูชั้นนอก
ใบหู
หลอดหู
เยื่อแก้วหู
หูชั้นกลาง
กระดูกรูปค้อน
กระดูกรูปทั่ง
กระดูกรูปโกลน
ท่อยูสเตเชียน
หูชั้นใน
หลอดครึ่งวงกลม
ช่องรูปไข่
ค็อคเคลีย
[แผนภูมิหน้า 14]
(รายละเอียดดูจากวารสาร)
แผนผังท่อทั้งสามในค็อคเคลีย
ค็อคเคลีย
ท่อเวสติบูล่า
ท่อค็อคเคลีย
ท่อทิมปานิค