Jak mozek slyší

Periferní část sluchové soustavy zahrnuje boltec, zevní zvukovod oddělený bubínkem (modrá barva) od středoušní dutiny a v ní uložené tři sluchové kůstky (zelená), které se napojují na hlemýžď ve vnitřním uchu (hnědá). Sluchový nerv (červená) představuje začátek vzestupné centrální sluchové dráhy. Ta je tvořena řetězcem vzájemně propojených shluků neuronů (jader), přenášejícím signály od hlemýždě do sluchové kůry. Pro přehlednost je znázorněna pouze část vedoucí od jednoho ucha do protilehlé mozkové hemisféry. Dále vidíme hlavní sluchová jádra, která se nacházejí ve vyznačených oblastech mozku a plní specifické funkce při kódování zvukových podnětů. Sluchová kůra ve spánkovém laloku je konečným příjemcem věrné reprezentace spektrálních a časových parametrů zvuku.

Naše sluchové ústrojí představuje komplex periferních struktur vnějšího, středního a vnitřního ucha a centrální nervové sluchové dráhy (viz obr. 1 ). Zvukové vlny vstupují do ucha vnějším zvukovodem a rozkmitávají bubínek, který tyto vibrace přenáší přes středoušní kůstky do hlemýždě ve vnitřním uchu. Uvnitř hlemýždě, v Cortiho orgánu, se nacházejí vláskové buňky, které mění mechanické vibrace na elektrické signály. Ty jsou pak přenášeny sluchovým nervem do mozku, kde jsou dále zpracovávány a kde nastává vlastní vjem zvukových podnětů. Jedním z cílů neurofyziologického výzkumu je porozumět tomu, jak sluchový systém převádí zvuky do vzorců nervové aktivity, které rozpoznáváme například jako řeč, hudbu nebo blížící se nebezpečí.

K prvotní transformaci akustického podnětu dochází ve vnitřním uchu, kde souhra biomechanických procesů umožňuje zakódování frekvence, intenzity a fáze zvukové vlny do elektrické aktivity sluchového nervu. Mozek díky tomu získává informace o rozmanitosti zvuků v čase. V podkorové části centrální sluchové dráhy jsou signály dále tříděny, integrovány se signály přicházejícími z nesluchových oblastí a jinak zpracovány. Sluchová jádra mozkového kmene hrají klíčovou roli při odfiltrování vjemů nevýznamných zvuků a při kódování rozdílů v čase a intenzitě mezi podněty z levého a pravého ucha. Sluchový systém tak určuje směr a vzdálenost zdrojů zvuku – vytváří topografickou mapu okolního akustického prostoru. Neurony sluchových oblastí středního mozku a thalamu detekují podněty s komplexním vzorem, například frekvenčně a amplitudově modulované zvuky, jejich sekvence nebo kombinace. To je nezbytné pro rozpoznávání komunikačních zvuků včetně řeči.

Vědomé vnímání řeči je jednou z nejsložitějších a nejdůležitějších funkcí sluchové kůry. Ta je tvořena několika hierarchicky uspořádanými oddíly, které postupně zpracovávají jednotlivé aspekty řeči od jejích základních akustických vlastností až po složité strukturní úrovně jazyka. Sluchová kůra si také vyměňuje širokou škálu informací s ostatními oblastmi mozku, od zrakových přes motorické až po centra paměti nebo pocitů. Díky tomu můžeme například emocionálně prožívat hudbu.

Správná funkce sluchového systému kriticky závisí na stabilitě nervových obvodů, jejichž základ tvoří vzájemně propojené excitační a inhibiční neurony. Přibývá přitom důkazů, že různé patologické stavy, např. ztráta sluchu po poškození vnitřního ucha, jsou doprovázeny výrazným oslabením inhibiční signalizace ve sluchové dráze. Ukazuje se, že nerovnováha mezi excitací a inhibicí vede k hyperaktivitě sluchových neuronů a k poruchám, jako je tinnitus, nebo dokonce k rozvoji demencí, včetně Alzheimerovy choroby. Současný výzkum na zvířecích modelech lidských onemocnění však naznačuje, že je možné tyto procesy částečně zvrátit a snížit jejich negativní dopady. Podrobné pochopení patofyziologických mechanismů probíhajících ve sluchové dráze je proto důležité pro nalezení nových možností léčby jak sluchu, tak i jiných neurologických onemocnění.