Во все уши. Про многозадачный орган, благодаря которому мы слышим, сохраняем рассудок и держим равновесие

© Кныш Ю.С., перевод на русский язык, 2020

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2020

Интро: вот это головокружение!

Около часа ночи, вечеринка в полном разгаре. В самом сердце Гамбурга 200 человек празднуют, танцуют и смеются, купаясь в огнях гигантской рождественской ели, сверкающей посреди зала для церемоний, занимающего два этажа. В барах на обоих этажах гостям подают рождественский пунш и множество других алкогольных напитков, отчего вся компания, естественно, ведет себя очень раскованно.

Я же, напротив, нисколько не пьян, а, как всегда, трезв и сконцентрирован. Здесь я на работе – развлекаю гостей. Я диджей и уже несколько часов подряд стою на танцполе первого этажа рядом с двумя из шести динамиков, заставляя их выдавать один хит за другим.

Хоть и ношу изготовленные на заказ защитные приспособления для органов слуха – две затычки в ушных каналах, басы пронизывают мое тело, отдаются в костях и пульсируют в крови. Этот глухой рокот уже 12 лет сопровождает меня на поприще диджея, и я к нему привык. Однако теперь к этому добавился еще и нездоровый скрип в левом ухе. Он напоминает о гнетущей профессиональной тайне: у меня одностороннее нарушение слуха. Это случилось три года назад: я стал слышать левым ухом всего лишь 30 % всех звуков. В повседневной жизни всегда ношу крошечный слуховой аппарат, спрятанный в глубине слухового прохода, и пока его никто не заметил.

К сожалению, недавно появилась еще одна проблема, связанная, по словам моего врача, с этим ухом: приступы головокружения. С лета я пережил три припадка, они буквально сбили меня с ног. Я не мог ни стоять, ни ходить, меня постоянно тошнило. Лишь несколько часов спустя мое состояние вновь приходило в норму. Страшно представить, что такое может случиться на сцене.

Мне нельзя об этом думать, только не здесь и не сейчас, на этой рождественской вечеринке, повторяю я про себя, но все равно думаю. И вот начинается. Сначала все поле зрения приходит в легкое движение. На какое-то мгновение вспыхивает надежда, что это всего лишь небольшая недостаточность кровообращения. Но потом плавное движение сменяется рывками. Экран компьютера, с которого я проигрываю музыку, совершает стремительный рывок вверх, но не опускается вниз. Вместо этого он вновь появляется внизу, подобно прыгающим кадрам кинопленки, мелькающим снова и снова с самого начала. И все происходит словно при ускоренной перемотке. Картинка скачет, скачет, скачет…

Я диджей и стою рядом с двумя динамиками, а всего их шесть. Несмотря на затычки для ушей, басы проникают в мое тело.

Теперь я знаю, что это приступ. Вне всяких сомнений. Паника сдавливает грудную клетку. Что же делать? Вокруг меня сотни человек, но я совсем один на маленькой сцене. Я не могу отсюда уйти! The Show Must Go On^[1].

Я цепляюсь за край своего диджейского пульта, словно за поручни корабля в шторм, пытаясь найти глазами неподвижную точку и одним лишь усилием воли остановить скачки мигающих лампочек на микшерном пульте. Бесполезно. Вместо этого скачки начинают вращаться против часовой стрелки. Теперь у меня сильное головокружение. Рождественский гусь с краснокочанной капустой тоже кружится у меня в желудке. Мне становится нехорошо.

Головокружение настигло меня прямо на работе, и мне пришлось цепляться за край своего диджейского пульта, словно за поручни корабля.

Нужно собраться, мысленно произношу я. Мои руки двигаются по клавиатуре компьютера, но я их не вижу. Я думаю о композиции Last Christmas в исполнении дуэта Wham!, и пальцы находят каждую букву по отдельности. Нащупываю регулятор на микшерном пульте и, словно в трансе, включаю рождественский гимн. По крикам на танцполе, которые я уже не в состоянии понимать, становится ясно, что его приняли тепло. Это поможет выиграть время, ведь мне срочно требуется профессиональная помощь. Прямо сейчас.

В отчаянии я достаю смартфон. В ярком вихре, кружащемся перед глазами, пытаюсь различить три маленькие цифры на сенсорном экране. Каким-то образом удается набрать номер экстренной помощи 112. Строгий голос на другом конце, несмотря на шум, на удивление легко различим. Я описываю свои симптомы, перекрикивая громкую музыку. Мне обещают прислать кого-то. Но до тех пор мне придется, как говорится, держаться!

У меня получается включить следующий трек. Вдруг из ниоткуда возникает пьяный гость и кричит мне в больное ухо, обдавая ароматом джина с тоником, что я должен наконец поставить Хелену Фишер. Я с трудом сдерживаю рвотные позывы и судорожно сглатываю, чтобы удержать рождественского гуся внутри. Поскольку невозможно разговаривать со сжатыми челюстями, просто киваю в ответ. Это слабое движение головой превращает весь зал перед глазами в район землетрясения десятого уровня интенсивности – в глобальную катастрофу.

Следующие несколько минут – самый настоящий ад. Невидимая сила стремится безжалостно повалить меня на землю; шум, издаваемый динамиками, невыносим, и вечеринка закручивается вокруг меня, словно торнадо. Два человека в униформе проталкиваются сквозь толпу – я смутно различаю их среди всей этой карусели. Мои спасители прибыли! Молодой человек и женщина встают за пультом диджея и подхватывают меня с двух сторон. Он говорит: «Нам нужно отойти куда-нибудь, где будет потише. Вы можете поставить какую-нибудь музыку?»

Я выбираю плейлист, который содержит по крайней мере несколько быстрых композиций. На весь вечер, конечно, не хватит, но главное – выбраться отсюда! Два ангела-спасителя ведут меня к выходу, крепко придерживая руками. Эта сцена не остается незамеченной: краем глаза вижу, как кучка рождественских монстров отделяется от толпы гостей и собирается позади моего диджейского алтаря. Одержимые алкоголем демоны тут же пытаются самостоятельно поставить музыку и оскверняют мое священное оборудование. Это очень плохо: они могут сильно повредить его. Но я ничего не могу поделать. Санитары выводят меня за дверь, и я оставляю свою музыкальную установку стоимостью десять тысяч евро на растерзание ночным созданиям.

Меня приводят на пустую лестничную клетку этажом выше. Кто-то протягивает пластиковое ведро, и мне наконец-то больше не нужно сдерживаться. Мучительно извергая содержимое желудка в спасительную емкость, я заполняю ее наполовину. На мне расстегивают рубашку, прикрепляют электроды, измеряют артериальное давление. В итоге санитар выносит вердикт: «Итак, господин Зюндер, остается только одно: мы везем вас в больницу».

Мои уши целых 12 лет помогали мне зарабатывать на жизнь, я их днем и ночью подвергал чрезмерным нагрузкам.

Я начинаю что-то лепетать о том, что мне нужно забрать кое-что важное с диджейского пульта. Но санитар возражает: «Вы туда больше не пойдете. Скажите, что вам нужно, и мы это заберем».

Приносят мою сумку с самыми ценными вещами и один из ноутбуков. Чуть позже я оказываюсь сидящим в задней части машины скорой помощи, в синем свете которой проносится привокзальный район, и блюю в трубчатый полиэтиленовый пакет. К счастью, стремительная поездка быстро заканчивается, и мы прибываем в какую-то больницу – понятия не имею, куда именно. Меня усаживают на инвалидную коляску (о самостоятельном передвижении пока даже речи не идет) и куда-то везут. И вдруг я уже лежу на матрасе, уставившись в потолок холла. Сначала мне кажется, что я опять двигаюсь, но на самом деле это гипсокартон и неоновые лампы надо мной производят впечатление движения.

В конце концов меня действительно везут куда-то еще, и симпатичная докторша задает вопросы, пока ставит капельницу. Она подозревает, что это может быть какое-то заболевание. Первое слово кажется знакомым, второе звучит по-французски и ни о чем не говорит. Пока мы разговариваем, я начинаю чувствовать усталость. Врач говорит, что в капельнице препарат от головокружения. Ее голос отдаляется. Меня вместе с капельницей выкатывают из комнаты, и наконец наступает тишина, пока не раздается пронзительный свист. Он звучит только в моей голове и хорошо знаком. Двусторонние шумы в ушах, так называемый тиннитус, у меня еще с тех пор как я подростком ходил на дискотеки, поэтому мне никогда не бывает по-настоящему тихо.

Я и мои уши. Вместе мы через многое прошли. Последние 12 лет они помогали мне – музыканту и диджею – зарабатывать на хлеб, пока я днем и ночью подвергал их чрезмерным нагрузкам. А сегодня, похоже, они решительно бросили меня на произвол судьбы. Что теперь будет со мной и моей музыкой? Смогу ли я снова ставить пластинки? Если нет, на что мне тогда жить? Я думаю о том, что всю жизнь воспринимал свои уши как нечто само собой разумеющееся. Но что я на самом деле о них знаю? Практически ничего!

Чтобы отвлечься от неприятной ситуации, я позволил потоку мыслей свободно циркулировать. Несмотря на то, что безумно устал, в голове внезапно всплыло большое количество вопросов. Как на самом деле функционирует слух, как он возник? Как мы понимаем, откуда доносится звук: спереди или сзади? Нормально ли, что в старости мы начинаем плохо слышать, или можно этого как-то избежать? Почему у многих людей, как и у меня, появляется тиннитус, и почему мы слышим шумы, которых не существует? Правда ли, что мы обрабатываем речь иначе, чем музыку? И что меня, как диджея, особенно остро интересует: почему на вечеринках и по радио люди хотят снова и снова слушать одни и те же старые хиты?

Той ночью, лежа в полном одиночестве под капельницей, я решил раскрыть секреты слуха. Я хочу узнать, как работают мои уши. Но кого я могу об этом расспросить? Тут я вспоминаю, что мой давний друг Андреас не только изучал медицину и психологию, но и работает в крупной фармацевтической компании, которая недавно занималась исследованием проблем слуха. Это ли не знак судьбы? Он определенно сможет рассказать что-то об болезни, о которой упоминала докторша. Позвоню ему завтра. Через восемь дней канун Рождества. Быть может, произойдет мое личное рождественское чудо, и Андреас скажет, что как раз создали новый препарат, который быстро восстановит мои уши. С этими утешительными мыслями мое сознание наконец погружается в глубокую черную тишину.

Часть I. Чудо слуха

В начале была тишина: акустическое путешествие к истокам жизни

«В начале было Слово, и Слово было у Бога, и Слово было Бог». Так написано в Библии (Иоанн 1:1). Ученые предполагают, что начало всему сущему положил знаменитый Большой взрыв. Но оба варианта имеют серьезный недостаток: ни Слово, ни взрыв не были слышны при создании Вселенной. Потому что не было ни воздуха, по которому они могли бы передаваться, ни слушателей. И то и другое появилось лишь спустя миллиарды лет в атмосфере планеты Земля. Поэтому можно сказать: в начале была тишина.

Около 13,8 миллиарда лет назад произошло масштабное событие, ошибочно называемое Большим взрывом: материя, пространство и время абсолютно бесшумно возникли из бесконечно плотно сжатой энергии. С тех пор наша Вселенная благополучно расширяется. Первые девять миллиардов лет мы можем спокойно пропустить: для нас, землян, история становится интересной, когда около четырех с половиной миллиардов лет назад появился горячий шар расплавленной породы, на котором мы сегодня живем. Пока наша планета медленно остывала, ее постоянно бомбардировали гигантские глыбы, производя разрушительный эффект. Приблизительно через 100 миллионов лет после рождения Земли в результате столкновения с планетой размером с Марс на орбиту было выброшено столько материи, что из нее образовалась Луна. Это тоже не произвело совсем никакого шума, поскольку тогда еще не было атмосферы и, следовательно, воздуха. Только благодаря деятельности вулканов за миллионы лет вокруг нашей планеты сформировалась оболочка из газов. Если современный человек отправится туда на машине времени, он не сможет дышать из-за нехватки кислорода в горячем воздухе, но хотя бы что-то услышит, а именно мощные извержения вулканов. Но в то время никаких слушателей и в помине не было.

После того как Земля достаточно остыла, шумовые эффекты стали гораздо спокойнее. Те, кто, подобно мне, вечно жалуются на плохую погоду, сочли бы это место слишком успокаивающим, если не сказать депрессивным, – дождь тогда лил буквально нон-стоп. И это был не просто один дождливый день: шум от падающих капель дождя был слышен по всему миру, и так продолжалось более сорока тысяч лет!

Этого небольшого по космическим меркам периода дождей хватило, чтобы на планете образовались океаны. Но даже шума морских волн поначалу никто не слышал, потому что живых существ с ушами еще не существовало. В океанах развивались одноклеточные организмы и появились сине-зеленые водоросли. Следующие три миллиарда лет молчаливые подводные обитатели занимались тем, что производили кислород посредством фотосинтеза. В конечном счете он высвобождался в атмосферу, а вокруг планеты формировался защитный озоновый слой.

В этих условиях окружающей среды, около 540 миллионов лет назад, произошло другое важное событие со взрывным названием, по сей день определяющее нашу жизнь: так называемый кембрийский взрыв. На этот раз в действительности ничего не взрывалось. Этот термин, скорее, обозначает гигантский эволюционный толчок. Всего за несколько миллионов лет появились представители практически всех современных видов животных, включая и наших далеких предков. Причины такого внезапного скачка эволюции составляют предмет споров среди ученых. Факт в том, что спустя более чем 13 миллиардов лет, прошедших после возникновения Вселенной, на протяжении которых не было слышно ни единого звука, нашу планету внезапно заселили живые существа, способные чувствовать. Но что привело к развитию слуха?

Этому предшествовало появление другого жизненно важного органа восприятия, который сегодня по-прежнему находится в наших ушах. Я никогда о нем не задумывался до появления болезни, вызывающей головокружения. Это вестибулярный аппарат.

Верх и низ в древнем море, и как речные раки научились стоять на голове

За миллионы лет до кембрийского взрыва в древнем океане уже плавали кишечнополостные. Хотя у этих доисторических медуз не было ни костей, ни глаз, ни ушей, они все же имели с нами, людьми, кое-что общее: умение отличать верх от низа. Кишечнополостные животные обладали примитивным органом равновесия, нечто подобное есть и сегодня у медуз и раков. Этот орган представлял собой небольшой пузырь, наполненный жидкостью. Внутри находился крошечный камешек из кальция, который был тяжелее окружающей жидкости и под действием силы земного притяжения обычно опускался вниз. На нижней поверхности пузырька располагались тонкие сенсорные волоски. Когда кальциевый камень попадал на них, волоски отклонялись, подобно тумблерам. Затем они производили электрический стимул, передававшийся нервной системе. Такая примитивная сеть нервных путей пронизывала все тело кишечнополостных и функционировала настолько хорошо, что мозг им был не нужен, а значит, его и не было. В зависимости от положения животного камешек наталкивался на различные сенсорные волоски, и существо могло ориентироваться в пространстве. О конкретных преимуществах такого восприятия можно только догадываться. Вероятно, оно не давало кишечнополостным погружаться слишком глубоко, где высокое давление водных масс могло бы их раздавить.

У сегодняшних медуз и других беспозвоночных животных вся внутренняя поверхность плавательных пузырей целиком покрыта сенсорными волосками. Представьте себе мяч, внутри которого повсюду располагаются маленькие тумблеры. В этот мяч заключен небольшой тяжелый шар. Если мяч катать по полу, поднимать или встряхивать, шар внутри будет многократно активировать своим весом различные переключатели. Когда шар отодвигается от переключателя, он возвращается в исходное положение.

Кстати, такую систему можно полностью сбить с толку, если перехитрить гравитацию Земли. Это удалось исследователям в эксперименте с речными раками.

Чтобы расти, животные вынуждены сбрасывать свои панцири. И хоть после раки наращивают новый панцирь, у них уже нет никаких камешков из кальция. Вместо этого членистоногие заключают в свои плавательные пузыри песчинки из окружающей среды. Их заменили металлической крошкой, которую животные принимали за песок и, ничего не подозревая, помещали в свои тела. Когда над таким раком держали магнит, он плавал вверх брюхом, поскольку металлическая крошка притягивалась в направлении магнита, и животному казалось, что там низ. Как бы ни были сбиты с толку подопытные раки, когда их против воли заставляли плавать на спине, на дефицит железа они уж точно не могли пожаловаться…

Итак, отсюда мы можем сделать вывод, что с точки зрения эволюции равновесие – одно из наших древнейших чувств. Оно существовало задолго до того, как уши позволили нам слышать, а глаза – видеть. Это логично, ведь потребность в других чувствах свойственна только организмам, которые могут двигаться. Зачем нужно движение, если понятия не имеешь, куда оно приведет? Для ориентации в пространстве необходимо ощущение положения собственного тела и направления движения. И это подводит нас к следующему шагу в эволюции уха.

Волос в супе, и как движение становится информацией

Первыми живыми существами, которые могли слышать, были рыбы. Теперь нам нужно представить подводный мир, где происходило восприятие шумов. Но что вообще такое восприятие? Источником всего восприятия у каждого живого существа служит преобразование внешних раздражителей в электрические сигналы, которые затем обрабатываются нервной системой. Без электрического тока ничего не работает – этот закон справедлив как для биологии, так и для технологии.

Но что именно в процессе слушания превращается в электрическое пиршество для жаждущих информации нервных клеток? Ответ: движение. Мы уже видели, как у кишечнополостных животных и раков маленькие кальциевые крошки стимулируют прикосновением сенсорные волоски, чтобы они генерировали электрические импульсы. Волоски располагаются на поверхности клеток, которые обязаны им своим названием: волосковые клетки. Благодаря чувствительным волоскам они способны преобразовывать мельчайшие движения в электрические импульсы и передавать их нервной системе.

Это всего лишь позволяет животным судить о положении собственного тела, но ничего не говорит им об окружающей среде. Для слуха решающее значение имеет движение всей окружающей среды, вне зависимости от того, жидкая ли она, как вода древнего моря, или газообразная, как воздух вокруг нас.

Первым этапом в развитии слуха должно было стать неизбежное возникновение чувствительной клетки, рецептора, которая могла бы преобразовывать движение в электрические сигналы – предшественницы волосковых клеток. Считается, что первая такая клетка возникла задолго до кембрийского взрыва как случайная мутация в коже неизвестного существа. Поначалу она не имела никакого конкретного предназначения, но и не причиняла вреда своему владельцу, поэтому передавалась из поколения в поколение и продолжала распространяться. Благодаря дополнительным мутациям и изменениям условий окружающей среды она нашла себе применение в качестве волосковой клетки у кишечнополостных животных. Из них выживали лишь те, которые с помощью своих плавательных пузырей умудрились остаться не раздавленными в глубинах моря. Таким образом, волосковые клетки оказывались полезными для сохранения вида и передавались дальше. И лишь гораздо позже они нашли свое место в органах слуха и равновесия у более развитых животных и людей. Следовательно, наше чувство равновесия и способность слышать с точки зрения эволюции имеют одни и те же древние корни.

Рыбы – это первые живые существа, у которых появился слух.

Но вернемся к рыбам, плескавшимся в первичном бульоне: наши обладавшие плавниками предки изначально были глухонемыми, но имели примитивный вестибулярный аппарат, который, по всей вероятности, напоминал такой же орган у кишечнополостных животных. Позже он развился в так называемый орган боковой линии, его и сегодня можно встретить у рыб. Орган проходит по обоим бокам по всей длине тела животного и представляет собой заполненный жидкостью канал, где находятся волосковые клетки. Их стимуляция происходит уже не под действием веса кальциевого камешка, а путем движения воды в непосредственной близости. Это движение передается жидкости в канале, что заставляет волоски перемещаться вперед и назад, подобно тому как течение шевелит водоросли на дне моря. Благодаря этому рыба может регистрировать место нахождения добычи или даже опасных хищников, охотящихся на нее. Кроме того, она чувствует водные потоки, что помогает избежать нежелательного дрейфа, а также определять расположение неподвижных объектов, оказывающих влияние на поток. Это в разы увеличивает шансы вида на выживание, что заметно по успешности этого принципа: органы боковой линии были обнаружены у окаменелых останков примитивной рыбы Astraspis, жившей 470 миллионов лет назад. Кстати, у этого подводного жителя уже были глаза. Однако одного лишь зрения для обеспечения выживания вида было явно недостаточно – чтобы держаться на плаву, животным требовалась дополнительная поддержка в виде органа боковой линии.

Чувство равновесия и способность слышать, с точки зрения эволюции, имеют одни и те же древние корни.

Что же такое умел делать этот орган, чего не умели глаза? В целом его действие было близко к слуху: орган боковой линии создавал ощущаемое животными невидимое движение окружающей среды, то есть воды. Но они могли чувствовать только простые движения – более сложные и легкие, вызванные звуковыми колебаниями, пока не удавалось распознать.

Долгое время исследователи полагали, что человеческое внутреннее ухо развилось из органа боковой линии доисторических рыб. Однако в последнее время считается, что оно образовалось независимо, причем оба органа для своего формирования, вероятно, использовали одну и ту же основу, а именно волосковые клетки.

Поиск источника происхождения слуха привел нас к волоскам в супе, точнее, к волосковым клеткам в первичном бульоне.

Расшифровки для врачей, ученых и других любителей иностранных слов, не владеющих простым языком

• Маленькие слуховые пузырьки у беспозвоночных, они же органы равновесия, – статоцисты.

• Кальциевый камешек в вестибулярном аппарате – статолит, отолит.

• Сенсорные волоски волосковой клетки – стереоцилии.

• Жидкости в кожистых и костных частях внутреннего уха – эндо- и перилимфа.

• Туго натянутая перепонка в улитке внутреннего уха, на которой располагаются волосковые клетки, – базальная мембрана.