«Тело в работе: Трактат о принципах физиологии»

Однако великое достоинство этой теории заключается в том, что она предлагает объяснение дополнительных последовательных образов. Зеленое пятно, видимое с закрытыми глазами после того, как человек пристально смотрел на красный объект, обусловлено отдачей метаболизма. Возвращаясь к состоянию химического равновесия, вещество сетчатки действует как стимул, вызывающий антагонистический цвет. Но это теория, которая делает очень большие допущения. Она предполагает, например, возможность существования вещества, которое создается светом с одного конца спектра и разлагается светом из его центра. Не то чтобы Геринг считал существование трех веществ в сетчатке существенным для своей теории. Он готов перенести в мозг местонахождение веществ или вещества, которые благодаря своему анаболизму и катаболизму вызывают антагонистические цветовые восприятия; но в этом он оставляет физиологию ради метафизики. У нас нет оснований полагать, что в мозгу существует какое-либо вещество, которое, претерпевая физические изменения различного рода, производит различные психические эффекты. Проблема, которую предстоит решить, является физиологической. Световые лучи с различными длинами волн возбуждают сетчатку, заставляя ее испускать импульсы, которые по-разному распределяются в мозгу. Эффекты, которые они производят в сознании, зависят от их распределения. Импульсы, порождаемые самыми длинными лучами, вызывают ощущения красного цвета, те, что обусловлены самыми короткими — ощущения фиолетового. И то, что верно для сетчатки в целом, по-видимому, верно для каждого отдельного колбочкового рецептора. Каким образом свет воздействует на колбочку? Это одна из самых захватывающих проблем в физиологии. Вокруг нее вращаются наши мысли всякий раз, когда мы пытаемся сформировать концепции природы стимуляции, ощущения и восприятия. Каждая из двух теорий, которые мы изложили выше, помогает сгруппировать некоторые из наиболее ярких явлений цветового зрения, но ни одна из них не дает удовлетворительного объяснения их причинности.

Чувствительность сетчатки в значительной степени приспособлена к интенсивности света. При входе в темную комнату зрачок расширяется; но способность различать объекты продолжает возрастать и после того, как зрачок достиг своего максимального размера. Через десять минут глаз может стать в двадцать пять раз чувствительнее, чем был при входе в комнату. Эта адаптация к темноте в значительной степени обусловлена заменой колбочек палочками как органов, от которых главным образом зависит зрение. Но это не может быть полностью обусловлено только этим, поскольку адаптация происходит и при работе с красным светом. Вероятно, красный свет, используемый в «темной комнате», недостаточно близок к концу спектра, чтобы полностью не влиять на зрительный пурпур, но это цвет, к которому палочки сравнительно нечувствительны. Другие данные также указывают на адаптацию колбочек наряду с палочками.

Рис. 32. — Формирование изображения преломляющими средами глаза.

x, Общий центр кривизны (узловая точка нескольких сред). Лучи, проходящие через эту точку, не отклоняются. y, Главный фокус системы. Все лучи, параллельные оптической оси, сходятся в этой точке. Изображение точки A формируется в a, месте, где луч, параллельный оптической оси, встречается с неискривленным лучом — изображение B в b.

Аккомодация глаза к расстоянию осуществляется механизмом, который позволяет хрусталику изменять свою форму. Он становится более выпуклым при взгляде на близкий объект, чем был при настройке на неограниченное расстояние, что является его состоянием, когда глаз находится в покое. Настройка на близкие объекты включает мышечное действие и сопровождается чувством усилия, пусть даже незначительного. Пока глаз находится в покое, хрусталик механически сжат передним слоем своей подвешивающей связки. Аккомодация для ближнего зрения осуществляется цилиарной мышцей, которая расположена в складке ткани, выступающей внутрь глазного яблока. Эта мышца состоит из кольца круговых волокон, а с внешней стороны от него — из волокон, которые расходятся назад и наружу. Продольные, или радиальные, волокна получают опору путем прикрепления к твердой стенке глазного яблока сразу за роговицей. Они распространяются в переднюю часть рыхлой сосудистой оболочки, которая выстилает глаз позади сетчатки. Благодаря совместному действию этих двух наборов гладких мышечных волокон подвешивающая связка ослабляется, и чрезвычайно эластичный хрусталик, ранее сжатый, выпячивается вперед. Радиус кривизны его передней поверхности изменяется с 10,3 миллиметра для расстояния до 6 миллиметров для зрения в «ближней точке». В связи с развитием хрусталика (стр. 374) было указано, что клетки задней половины полой сферы, из которой он формируется, растут вперед в чрезвычайно длинные волокна, проходящие через всю его толщину. Эти волокна изогнуты, как сегменты рессорной пружины. Их передние концы упираются в уплощенную связку хрусталика; стекловидное тело, которое всегда находится под напряжением, сжимает их задние концы. При извлечении из глаза хрусталик становится более округлым, чем in situ, даже при аккомодации на близкие объекты. Но в более позднем возрасте он становится жестким. Он перестает выпячиваться вперед, когда его связка ослабляется. Поэтому становится необходимым помогать пресбиопическому глазу выпуклыми очками при использовании его для близких объектов, хотя для дальнего зрения он остается таким же эффективным, как и прежде. Если цилиарная мышца постоянно и полностью освобождена от работы по аккомодации, она становится ленивой, или, скорее, атрофируется от бездействия. Человек, полагающийся на очки, теряет свою способность к аккомодации; но офтальмологи сходятся во мнении, что самостоятельная фокусировка, если она вызывает ощущение напряжения, вредна для глаз. У близоруких людей глазное яблоко слишком глубокое; объекты фокусируются перед сетчаткой. При дальнозоркости («дальнозоркость») глазное яблоко слишком мелкое; объекты фокусируются позади сетчатки. Вогнутые очки исправляют одно состояние, выпуклые очки исправляют другое. Очки также очень часто требуются для нейтрализации другого дефекта — регулярного астигматизма, который может присутствовать сам по себе или сопровождать недостаточную или слишком большую длину оптической оси. Он обусловлен неравномерной кривизной роговицы. Обычно кривизна более резкая в вертикальном меридиане, чем в горизонтальном (ср. стр. 269); как следствие, точки на вертикальной линии фокусируются перед точками на горизонтальной линии. Для исправления этого дефекта требуются цилиндрические очки, а не линзы. И здесь, возможно, стоит обратить внимание на тот факт, что световые лучи сильнее преломляются поверхностью роговицы, чем хрусталиком. Хрусталик имеет высокий показатель преломления (1,45), но он находится не в воздухе (показатель преломления которого равен 1), а между двумя жидкостями, которые имеют примерно такой же показатель, как вода, а именно 1,336. Преломление при совместном действии роговицы и хрусталика световых лучей, исходящих из источника настолько далекого, что их можно считать параллельными, приводит их к фокусу на сетчатке, когда хрусталик находится в своем самом плоском состоянии. Когда хрусталик находится в своем самом округлом состоянии, лучи, расходящиеся из точки всего в 5 дюймах перед глазом, фокусируются на сетчатке. Таким образом, хрусталик необходим для аккомодации, но после его удаления при катаракте зрение, даже для близких объектов, становится возможным при использовании выпуклых очков.

Рис. 33.

A, Нормальное глазное яблоко, в котором при расслабленной цилиарной мышце параллельные лучи фокусируются на сетчатке. B, Дальнозоркое глазное яблоко. Поскольку его глубина меньше нормальной, параллельные лучи не фокусируются на сетчатке, когда глаз настроен на дальнее зрение без помощи выпуклого стекла. C, Близорукое глазное яблоко. Поскольку его глубина больше нормальной, требуется вогнутая линза, чтобы уменьшить сходимость параллельных лучей.

Звезда или далекая газовая лампа видится как точка света с лучами. Обычно эта фигура, давшая начало выражению «звездообразный», показывает три больших луча, чередующихся с тремя меньшими лучами. Такое изображение не создается точкой света, близкой к глазу, поскольку оно обусловлено сморщиванием хрусталика при его сплющивании о связку. Оно выявляет три оси на передней части хрусталика и три оси, чередующиеся с ними на задней части, относительно которых расположены волокна хрусталика.

Как адаптация живых тканей к оптическим целям глаз выше всякого восхищения, однако он представляет множество дефектов, которые оптик исправляет в производимых им инструментах. Примечательным фактом в физиологии зрения является наше неосознание несовершенств его органа. Требуется необычный эксперимент, чтобы обратить на них наше внимание. Если мы смотрим через обычную стеклянную линзу, не скорректированную на неравномерное преломление лучей с разными длинами волн, мы признаем, что яркий объект показывается с цветной каймой, однако мы не замечаем цветных каемок, которые окружают изображения всех ярких объектов, сфокусированных на наших сетчатках. Если мы задумаемся об этом, мы осознаем чувство, что синий цвет в окне из витражного стекла кажется дальше, чем красный; но это вполне может быть обусловлено ассоциацией. Синее стекло в основном используется для неба. Если мы смотрим на яркий объект через фиолетовое стекло, мы видим красный с синей каймой или синий с красной каймой, в зависимости от того, сфокусирован ли глаз на красный или на синий цвет. Поскольку фиолетовое стекло поглотило все промежуточные лучи, мы осознаем, что не можем сфокусировать два крайних конца спектра в одном и том же месте. Поскольку для фокусировки красного цвета требуется большее усилие аккомодации, мы судим, что яркий объект ближе к нам, когда он кажется красным, чем когда он кажется синим.

Сферическая аберрация — еще один недостаток линзы. Лучи, входящие по ее краям, фокусируются раньше, чем те, что проходят через ее центр. Это обусловлено тем, что ее поверхности регулярно изогнуты, тогда как стеклянная линза корректируется путем шлифовки ее до более плоского состояния к краям. Этот дефект частично исправляется роговицей, которая имеет эллипсоидную поверхность, и частично большей плотностью центра хрусталика. Тем не менее, глазу все еще необходимо «диафрагмироваться» радужной оболочкой при взгляде на близкий объект, хотя в глаз попадает меньше света, чем когда он направлен на горизонт — условие, которое заставило бы фотографа открыть свою ирисовую диафрагму.

Из всех несовершенств глаза, которые разум игнорирует, самым примечательным является пробел в поле зрения, обусловленный пробелом в чувствительных слоях сетчатки, который возникает там, где в нее входит зрительный нерв — слепое пятно. Держите эту страницу книги на расстоянии 10 дюймов от лица, удерживая строки текста горизонтально. Закройте левый глаз и смотрите на X правым глазом. Черный диск исчезает, потому что его изображение сфокусировано на слепом пятне. Поскольку изображение на сетчатке перевернуто, ясно, что зрительный нерв входит в глазное яблоко с его внутренней стороны и немного выше его горизонтального меридиана. Но, если мы не применяем необычный тест, мы совершенно не осознаем тот факт, что в картине пробита определенная дыра. Разум заполняет ее, и способ, которым он это делает, чрезвычайно показателен. Он лжет о ней — совершенно бесхитростным образом, если уверен в доверии, или более тонким способом, если простая ложь может быть оспорена. Вместо черного диска сделайте девять заметных крестиков:

Держите бумагу в таком положении, чтобы X попал на слепое пятно. Он должен исчезнуть, но разум уверяет вас, что в этом месте есть крестик. Разум дополняет поле. Вместо крестиков используйте нолики и крестики, таким образом:

Теперь позвольте X попасть на слепое пятно и дайте глазу немного выйти из фокуса. Четыре крайних крестика втягиваются внутрь:

Разум сжимает поле. Все еще отрицая пробел, но не имея достаточных данных, из которых можно было бы изобрести объект, мошенническая природа которого не была бы обнаружена в тот момент, когда взгляд смещается, разум лжет относительно положения на бумаге, занимаемого окружающими объектами.

Справедливо ли по отношению к разуму говорить, что он лжет о слепом пятне? Разум судит об ощущениях в свете опыта. Ассоциация предыдущих ощущений учит меня, что стена комнаты не пробита круглым отверстием диаметром в фут, открывающимся во внешнюю тьму. Многие ощущения подтверждают мне тот факт, что рисунки на обоях следуют один за другим с непрерывной регулярностью. Зафиксировав свой взгляд на одном из них, я не могу никаким усилием внимания стереть узор, который случайно сфокусировался на слепом пятне. Я знаю, что увижу его, как только двину глазом. Если я позволю своему глазу блуждать, пока лицо моей жены не попадет на слепое пятно, его изображение исчезнет. Я знаю ее черты гораздо лучше, чем узор на обоях, но я не могу вписать их в картину. Ее руки видны, и работа, которая лежит у нее на коленях, но таинственным образом фон сходится там, где должно быть лицо. Мой разум отказывается выносить ложное суждение; но он также отказывается видеть, что существует пробел.

Это чрезвычайно поучительное наблюдение учит относительности ощущений. Оно показывает, что ощущение не имеет объективной ценности, пока разум не вынесет о нем суждение. Значение этого мы выражаем на образном языке, поскольку никакой другой недоступен. Мы говорим о новом ощущении как о сравниваемом с ранее полученными ощущениями — помещенном в картинную галерею разума и занявшем свое должное место среди бесконечно многочисленных записей, которые там хранятся. Если мы попытаемся приблизиться к корреляции физической активности с психической, мы скажем, что ощущение не имеет ценности, кроме той, которую оно приобретает благодаря своей временной связи в последовательности ощущений, на которую направлено внимание, и что эта ценность зависит от отношения, которое подобные ощущения имели в прежних последовательностях. В бинокулярном зрении нет пробела. Объект, сфокусированный на внутренней (носовой) стороне правого глаза, где расположено слепое пятно, фокусируется на внешней (височной) стороне левого глаза. Левый глаз видит объект, к которому слеп правый глаз. Поскольку в прошлом мы почти всегда использовали два глаза, опыт учит, что в поле зрения нет пробела. Следовательно, новая группа ощущений, которая утверждает, что пробел существует, должна быть скорректирована. Поле должно быть заполнено способом, который опыт показывает как наиболее вероятный. Сетчатка — это лист палочек и колбочек, каждая из которых имеет нервную связь с мозгом, свойственную только ей. Поле сетчатки связано с полем мозга. Но это не означает, что мы можем думать о разуме как о имеющем пространственное распределение: нажатие на кнопку A или кнопку B в сетчатке заставляет звонить звонок A' или звонок B' в мозгу, но из этого не следует, что восприятие A'' или восприятие B'' будет услышано в разуме. Оно будет услышано, если это ассоциация, установленная обычаем, поскольку разум — это продукт опыта. Но новое ощущение создает прецедент, а также судится им.

Точка A в правой сетчатке ассоциируется по опыту с точкой a в левой, а точка B с b. Они называются соответствующими точками, потому что они одинаково стимулируются при бинокулярном зрении. Разум, следовательно, судит, что он получает одну и ту же информацию от каждой пары соответствующих точек. Положение соответствующих точек будет понятно, если представить правую сетчатку помещенной внутрь левой, приняв меры предосторожности, чтобы желтые пятна совпали, и чтобы избежать скручивания чаш сетчатки при их извлечении из глазных яблок. Большое внимание уделяется поддержанию соответствия точек во время различных движений двух глазных яблок. В дополнение к четырем прямым мышцам, которые двигают глазное яблоко вверх, вниз, вправо и влево, две косые мышцы придают ему необходимую степень вращения. Мы научились придавать одинаковое значение импульсам от двух соответствующих точек. Но при изменившихся условиях соответствие меняется. Когда в детстве развивается косоглазие, оно следует одним из двух путей: либо косина одного из глазных яблок увеличивается до тех пор, пока оно не посмотрит к носу, и его изображения перестают мешать изображениям в доминирующем глазу — они игнорируются разумом — либо устанавливается новое соответствие между точками в косящем глазу и точками в глазу, который смотрит прямо вперед. Если мы будем строго критичны, мы обнаружим, из изучения формы глазного яблока, что невозможно, чтобы одни и те же палочки и колбочки занимали соответствующие точки в разных положениях фокуса и с разными степенями сходимости глазных яблок. Чтобы позволить это, чаши сетчатки должны были бы изменить форму. Но опять же, механическое соответствие имеет мало значения. В свете опыта разум судит, что точки соответствуют друг другу. Когда мы смотрим на плоскую поверхность, разум судит, что соответствующие точки дают ему похожую информацию. Он не видит цветок на обоях в два раза ярче или в два раза краснее двумя глазами, чем одним. Если глаза нормальные, впечатление, полученное через оба, точно такое же, как впечатление, полученное через каждый по отдельности. Но когда мы смотрим на твердые объекты, изображение на одной сетчатке не такое же, как изображение на другой. Один глаз видит дальше вокруг объекта с одной стороны, другой — с другой; и именно эта разница в картинах, подкрепленная ощущением того, что глаза сходятся, дает впечатление объемности. Соответствие точек, с другой стороны, не обязательно достаточно само по себе, чтобы убедить разум в том, что картины, представленные двумя глазами, идентичны. Когда плоский треугольник, такой как этот, рассматривается двумя глазами, его черные линии падают на соответствующие точки; но фигура ассоциируется в разуме с другими ощущениями — ощущениями движения и прикосновения. Несмотря на идентичность изображений на сетчатке, разум пытается увидеть их как разрозненные. Фигура беспокоит глаза. В один момент точка встречи трех центральных линий выступает вперед, в следующий — отступает. То, что сходство изображений на сетчатке что-то значит, показывает закрытие одного глаза. Неопределенность формы фигуры становится более неприятной. Она меняется еще быстрее от выпуклой к вогнутой. Когда точка кажется перед страницей, аккомодация глаз настроена на близость; когда позади страницы — на большее расстояние. Но иллюзия того, что объект занимает три измерения, не зависит от чувства сокращения цилиарной мышцы. Когда бумага приближается к глазу, ее центр отступает; он остается позади, пока цилиарная мышца не успеет сократиться. Когда она отодвигается от глаза, он выступает вперед, пока цилиарная мышца не успеет расслабиться. Аккомодация следует за суждением, а не суждение за аккомодацией. Разум крайне подозрителен к правдивости своих новостных агентов. Разрозненность изображений, сходимость глазных яблок, смещение аккомодации для различных уровней объекта в пространстве должны быть неоспоримым доказательством объемности или пустотелости. И наоборот, отсутствие любого из факторов должно быть окончательным доказательством плоскостности. Но разум не доверяет изолированным ощущениям; он ищет ассоциации ощущений. Когда палец намекает: «Я мог бы коснуться этой острой точки», бесполезно для глаза утверждать, что нет точки, которой можно коснуться.

Если две точно похожие фотографии помещены в стереоскоп, тот факт, что глаза не сведены, придает общей картине ощущение глубины, несмотря на то, что стимулируются соответствующие точки на двух сетчатках. Если две фотографии были сделаны, как они должны быть сделаны для этой цели, двойной камерой, разница изображений на сетчатке значительно усиливает впечатление объемности.

Невозможно преувеличить зависимость ощущения от суждения. При рождении ребенок начинает долгий процесс обучения, который позволяет ему ассоциировать ощущения, полученные от изображений на сетчатке, с движениями, которые приводят его в контакт с вещами. Он обнаруживает, что, когда необходимо заставить глаза свестись, объект находится близко. Он также ассоциирует произвольное действие сокращения своей цилиарной мышцы с близостью. Несведенные и неаккомодированные глаза начинают означать расстояние. Так же как и нечеткость из-за поглощения атмосферой, синева из-за той же причины, маленькое изображение на сетчатке. Но существуют очевидные пределы его способности определять расстояние до объекта и, следовательно, наоборот, его способности оценивать размер. Мы не имеем представления о размере изображения солнца на сетчатке. Очень немногие люди были бы готовы поверить, что угол, который солнце образует с глазом, едва превышает полградуса. (Первый палец, рассматриваемый в профиль на расстоянии вытянутой руки, покрывает один градус дуги.) Диск бумаги правильного размера, помещенный на правильном расстоянии, выглядит слишком маленьким, чтобы представлять солнце. Самое яркое из светил кажется больше этого в наших умах. Каждый, кто впервые смотрит на солнце через хорошо закопченное стекло, или, что еще лучше, через сосуд с плоскими стенками, наполненный чернилами и водой, поражается тому, что оно выглядит таким маленьким. Мы также не готовы принять доказательство камеры, что солнце в зените не производит меньшего изображения на сетчатке, чем солнце, когда оно поднимается над горизонтом. Тем не менее, если фотопластинка подвергается воздействию восходящего солнца, а затем, не меняя фокуса, солнца в зените, два изображения практически равны. Существует небольшая разница из-за большего преломления лучей, проходящих тангенциально через атмосферу, но она настолько мала, что не имеет отношения к разнице между нашими двумя суждениями о размере. Когда солнце встает за деревьями и домами, мы сравниваем его с объектами, которые, как мы знаем, являются большими и далекими; однако оно выглядит почти таким же большим, когда встает из моря. Одной из причин иллюзии является наше убеждение, что небо сплющено; и это, опять же, частично обусловлено его более бледным оттенком — его менее существенной синевой — у горизонта, и частично нашим впечатлением, что оно распростерто над плоской землей. Когда солнце находится в той части небесного свода, которую мы считаем более далекой, мы судим, что оно дальше от нас, и поэтому больше, чем когда оно над нами. Тем не менее, последнее слово еще не сказано в объяснении явления, которое изучалось человечеством с зари науки. Гельмгольц приписывал кажущееся большее расстояние, и, как следствие, больший размер солнца и луны, когда они находятся у горизонта, нечеткости их дисков. Когда его изображение отражается от зенита так, что луна кажется покоящейся на горизонте, она, по его словам, не увеличивается в размере. В ответ на объяснение Гельмгольца можно возразить, что, когда в полночь он опустил полную луну из зенита, он не принес с ней условий света и цвета, которыми она обычно окружена, когда плывет по горизонту. Если, наблюдая за луной, которая только что взошла, огромной в диаметре, из моря, поместить между ней и глазом лист бумаги, в котором сделано маленькое отверстие, и смотреть на луну одним глазом через отверстие, она мгновенно уменьшается до размера, который она, по-видимому, имеет в зените. Даже не обязательно закрывать весь ее след света на море. В то же время она, по-видимому, отступает на большое расстояние. Это показывает, насколько сложны ассоциации, на которых основаны суждения о размере и расстоянии, и до какой малой степени они определяются размером изображения на сетчатке. Это наблюдение наиболее удивительно, если сделано через одну или две ночи после полнолуния, когда сумерки уже тусклы при восходе луны.

Наша оценка расстояния до объекта на горизонте основана на времени и усилиях, которые, как говорит нам опыт, нам пришлось бы потратить, чтобы достичь его. Неиспытанное кажется короче испытанного. Любой, кто сравнит свое ощущение количества ярдов, которые ему пришлось бы преодолеть, взбираясь на шест, достигающий зенита, с ощущением количества шагов, которые ему нужно было бы сделать, чтобы достичь горизонта, признает, что горизонт кажется ему более далеким.

Рис. 36. — Симметричная арка, разделенная вертикальной линией A, которая проходит через ее вершину.

Изображая твердый объект, художник передает идею о том, что свет падает на него под углом. Одна сторона объекта, следовательно, освещена сильнее, чем другая. Глубиной и градацией тени он указывает степень, в которой вещь выступает вперед, если она твердая, или уходит назад, если она полая. Он делает край шара нечетким в ожидании, что зритель посмотрит на точку, ближайшую к нему — уловка, которую он может легко перегнуть, поскольку глаза беспокойно блуждают по плоской поверхности. Изображая расстояние, он зависит от придания различным объектам на своей картине размеров, эквивалентных размерам их изображений на сетчатке, делая их ярче или бледнее и более или менее отчетливыми. Тем не менее, он не может надеяться имитировать убедительное доказательство расстояния, которое обеспечивается нашим чувством степени сходимости наших глаз. Следовательно, как отмечал Фрэнсис Бэкон, картина кажется более реальной, когда один глаз закрыт, чем когда оба открыты. Ее средний план сразу отступает назад.

Рис. 37. — Две горизонтальные линии равной длины — одна с расходящимися, другая с сходящимися концевыми линиями.

Бесчисленны иллюстрации, которые могут быть приведены в отношении ошибок сенсорного суждения, но ни одна из них не является более яркой, чем различные фигуры, которые могут быть нарисованы со сходящимися или расходящимися линиями. Разум недооценивает острые и переоценивает тупые углы. Невозможно убедить себя в том, что на Рис. 36 линия A делит пополам симметричную арку. Столь же трудно поверить, что на Рис. 37 линия с расходящимися концевыми сегментами и линия со сходящимися концевыми сегментами имеют точно равную длину. В музее Раскина в Шеффилде есть эскиз мастера фасада церкви, который показывает вертикальную башню с одной стороны от треугольного фронтона, или, скорее, это то, что эскиз должен был показать, и показывает, при измерении на столе архитектора. В действительности башня кажется наклоненной к фронтону. Ошибки суждения такого типа приписывались кривизне линий прямолинейного изображения на сетчатке, при этом разум судит о расстоянии между двумя точками по длине хорды, а не по длине дуги, которая их соединяет. Это очень просто иллюстрируется примером кажущейся большей длины заполненного пространства, чем пустого.

A B выглядит длиннее, чем B C. Если A B C представить как кривую линию, дуга A B, конечно, будет длиннее, чем хорда B C. Но небезопасно предполагать, что разум сравнивает длину дуги с длиной хорды. Суждение основано на опыте, и, вероятно, иллюзия обусловлена более тонкими причинами, чем кривизна сетчатки. Разум не смотрит на сетчатку. Если бы он это делал, он нашел бы перевернутость изображения наименьшей из неточностей, которые ему пришлось бы исправлять. Ему было бы очень трудно, например, наложить в своем стереоскопе фотографии вертикальной башни, сделанные одновременно правым и левым глазом. Изогнутые изображения на сетчатке вертикальных линий, которые определяют углы башни, как они видны одним глазом, не могли бы быть приведены в соответствие с изображениями, сфокусированными другим глазом. Греки чувствовали это, когда определяли форму колонны. Канон раздувающегося энтазиса и увеличивающегося сужения над ним не разрушал впечатление равномерной толщины, которое представлял ствол. Он давал глазу как раз ту небольшую помощь, которая ему нужна, чтобы позволить ему представить ствол одинаковой толщины от основания до капители.

ГЛАВА XIV СЛУХ

Ухо, как и глаз, регистрирует амплитуду вибрации; громкость. Оно также регистрирует быстроту вибрации, музыкальную высоту, которая соответствует цвету. Но, по-видимому, перед ним стоит более сложная задача, чем перед глазом, поскольку оно должно анализировать, или, по крайней мере, должно передавать информацию относительно формы сложных вибраций. Значения этих различий могут быть проиллюстрированы ссылкой на трассировку на цилиндре фонографа. Игла, прикрепленная к задней поверхности тонкой металлической пластины, против которой говорят, царапает поверхность вращающегося цилиндра из закаленного воска. При исследовании с помощью линзы видно, что запись представляет собой нерегулярно изменяющуюся линию. Глубина отметин является мерой громкости. Их различное количество в данное время указывает на изменяющуюся высоту голоса, который их произвел. Их форма — это запись качества его тона. Работу уха, поскольку она состоит в оценке амплитуды и быстроты пульсаций звука, легко описать, но акустика формы сложна.

Свет передается как вибрации эфира. Они поперечны направлению, в котором распространяется свет. Звук не может распространяться через вакуум, поскольку он зависит от смещений материальных частиц. Частицы движутся вперед и назад в направлении, в котором распространяется звук. Звук — это последовательность пульсаций, чередующихся сгущений и разрежений сред, которые его проводят. Их частицы сначала сжимаются вместе, а затем отскакивают в положения, находящиеся дальше друг от друга. Последовательность движений туда-сюда, каждое из которых плавно непрерывно на протяжении всей длительности пульсации, создало бы чистый музыкальный тон. Тщательно смычковые камертоны через несколько секунд успокаиваются в непрерывные колебания, которые передают воздуху движения туда-сюда чистых тонов. Такие тона варьируются только в громкости и высоте. Если их пульсации медленные, мы называем высоту «низкой»; если они быстрые, мы говорим, что их высота высокая. Но если исключить из списка звук, производимый камертонами (и низкочастотными закрытыми органными трубами), то до наших ушей не доходят никакие чистые тона. Ноты флейт, скрипок, труб, пианино имеют каждая определенное «качество», характерное для инструмента. Даже у скрипки струна G имеет не тот же тембр, что струна D. Благодаря эластичности веществ, которые порождают, и веществ, которые передают звук, его пульсации не являются простыми движениями туда-сюда, непрерывными от начала до конца. Каждая пульсация частично прерывается через интервалы; и качество звука зависит от количества и относительного акцентирования этих частичных прерываний. Звук распространяется через воздух со скоростью 1100 футов в секунду. Эта цифра, деленная на количество вибраций в секунду тона, дает длину волны в воздухе тона этой конкретной высоты. Например, нота до первой октавы имеет частоту вибрации 256. Следовательно, ее длина волны составляет немного более 4 футов. Самый низкий тон органа имеет длину волны 37 футов; самый высокий — 3½ дюйма. Эти цифры, однако, не дают никакой информации относительно движения частиц, которые передают звук. Когда воздух передает ноту — скажем, до первой октавы — его отдельные молекулы не перемещаются на расстояние 4 футов. Каждая молекула перемещается лишь на короткое расстояние, варьирующееся в зависимости от громкости тона; но «волна» сгущения бежит прямо вперед от струны пианино к уху, молекулы в конце каждого этапа в 4 фута принимают обратное движение, так что сгущение, насколько это касается молекул этого конкретного участка, возвращается к своей исходной точке. Между струной пианино и ухом происходит сгущение и движение вперед на 0, 4, 8, 12... футах; разрежение и движение назад на 2, 6, 10, 14... футах. Большинство иллюстраций, которые предназначены помочь разуму сформировать определенную картину передачи звука, подвержены неправильному истолкованию, потому что они переводят прямолинейные движения в волны. Они представляют движения струны, а не движения молекул воздуха между струной и ухом; но с помощью воображения можно представить положения частиц на этом пути. Импульс, мы предположим, только что достиг предела в 12 футов. На полпути от его 8-футовой точки остановки молекулы снова сгущены, хотя и не так плотно. На одной трети расстояния от той же точки снова появляется тенденция к сгущению. Эта последняя точка отмечает интервал в одну треть этой волны плюс волна, которая привела к ней. В конце девятого фута происходит сгущение, хотя и менее выраженное — эта волна плюс две предыдущие волны, разделенные на четверти. Внутри этих интервалов есть другие точки, в которых молекулы сомкнулись, расстояния от узловой точки зависят от количества вовлеченных волн и, говоря в общем, становятся менее выраженными по мере увеличения числа. Таковы очень сложные пульсирующие движения, которые достигают уха.

Каждый музыкальный звук, производимый пианино, скрипкой или другим инструментом, состоит из основного или главного тона и обертонов, частичных тонов или гармоник. Следующая таблица показывает более важные частичные тона, которые сопровождают основной тон, когда на фортепиано берется нота до первой октавы:

Note. Number of Vibrations. Interval. Ratio. Number of

Overtone.

C‴ 2,048

7th

Super-Second 8/7

B″♭ 1,792

6th

Sub-minor third 7/6

G″ 1,536

5th

Minor third 6/5

E″ 1,280

4th

Major third 5/4

C″ 1,024

3rd

Fourth 4/3

G′ 768

2nd

Fifth 3/2

C′ 512

1st

Octave 2/1

C 256 Fundamental

Качество музыкальной ноты зависит от количества и относительной громкости ее обертонов. Когда несколько нот звучат одновременно, они сливаются в аккорд или гармонию, при условии, что интервалы, которые их разделяют, равны интервалам, которые разделяют более простые обертоны. Каждая из нот дает обертоны. Тона сливаются в консонанс. Их частичные тона находятся в унисоне. Вариации давления воздуха сложного тона строго периодичны. Если отношения частот его составляющих нот просты, продукт представляет собой богатый, полный звук, такой как обычный аккорд.

По крайней мере, еще один характер пульсаций звука должен быть принят во внимание, если мы хотим представить природу силы, на которую реагирует ухо. Тона, которые достигают его от нескольких инструментов одновременно, не обязательно находятся в унисоне или даже в гармонии. Обертоны одной ноты, звучащей на пианино или скрипке — утверждение не относится к колоколам, и не совсем верно для флейт или рожков — должны обязательно иметь простое пропорциональное отношение к своему основному тону. Они делят великую пульсацию на дроби «без остатка». Но вибрации двух камертонов, которые слегка не в унисоне, интерферируют друг с другом через регулярные интервалы. Они производят «биения». Каждый знаком с любопытным эффектом, который производится на глаз, когда один ряд перил виден через другой, или одно полотно проволочной сетки позади другого. Наборы линий, которые занимают почти те же положения на линии зрения, объединяются, чтобы создать большой узор, который накладывается на меньший узор перил или сетки. То же самое происходит со звуками, которые совпадают через значительные интервалы, хотя в случае звуков интерференция так же заметна, как и усиление. Если в то время как камертон, дающий 101 вибрацию в секунду, поет, другой, дающий 100 вибраций, вступает в игру, вибрации второго камертона накладываются на вибрации первого. В определенный момент движение молекул воздуха вперед, вызванное первым камертоном, усиливается толчком вперед от второго. Но через полсекунды после этого совпадения фаз производится противоположный результат — 50½ вибраций № 1 прошли, но только 50 № 2. № 2 движется назад (внутрь), в то время как № 1 движется вперед (наружу). Те же молекулы побуждаются назад № 2 и вперед № 1. Результат — пауза. Сложный звук, производимый двумя камертонами, достигает уха толчками. Если бы камертоны вибрировали с частотой 101 и 99, было бы две паузы и два биения каждую секунду; если с частотой 202 и 198 — четыре. Количество биений в секунду равно разнице в частоте вибрации тонов. Настройщик фортепиано лучше всего выполняет свою работу, если у него есть музыкальный слух, однако он может выполнять свои обязанности с компетентностью и без него. Взяв ноту, он звучит ее октаву, удерживая обе клавиши нажатыми, и прислушивается к биению. Если первая нота не давала биения с его камертоном, вторая настроена, когда она также не дает биения с первой. Мы встречали настройщика, который выполнял свою работу таким образом; но следует признать, что его темперация интервалов октавы, с которой он начинал, и, следовательно, других октав выше и ниже нее, оставляла желать лучшего. Результат мог бы быть удовлетворительным, если бы он был обеспечен двенадцатью камертонами.

Вопрос о том, сливаются ли биения, когда они достаточно быстры, в тон, много обсуждался, без решения. Вероятно, нет. Дополнительный вопрос о причине диссонанса также не полностью закрыт. Две ноты гармонируют, как мы видели, когда отношение их частот является простой дробью. Музыканты не совсем согласны относительно уровня численной сложности, при котором сложный тон впервые вызывает чувство дискомфорта. Многое зависит от его положения в шкале и инструментов, которые объединяются для его создания. Малая терция (⁶/₅) находится на безопасной стороне. Это первый аккорд в нашем списке интервалов, в котором можно обнаружить биение. Медленные биения, однако, не огорчают нас. Именно быстрые биения конфликтующих обертонов придают резкий, грубый характер сложному тону. Уровень, на котором проводится линия между гармонией и диссонансом, по-видимому, в значительной степени зависит от музыкального образования, используя термин в его самом широком смысле. В примитивной музыке — венгерской, шотландской, валлийской — преобладают сложные минорные аккорды. Минутное подразделение октавы в индийской музыке совершенно непонятно для европейского уха. Музыкальное воспитание имеет тенденцию устранять сложные дроби. Однако следует отметить, что история западной музыки также показывает влияние противоположной тенденции. Поздние поколения допускали как гармонии комбинации, которые ранние поколения не могли терпеть.

Высота, качество, гармония и диссонанс различаются человеческим ухом. Это атрибуты музыкальных или периодических звуков. В отдельный класс должны быть включены шумы всех видов, называемые в акустике «апериодическими», потому что вибрации, которые их вызывают, не ритмичны. Зубцы трещотки полицейского могут щелкать сто раз в секунду, но это не создает музыку. Даже при быстроте прерывания большей, чем эта (по крайней мере 500 раз в секунду), последовательность шумов не сливается в плавный, непрерывный звук. Ухо распознает громкость, длительность и даже до очень высокой частоты повторение немузыкальных звуков.

Ухо как орган чувств можно проследить вниз по зоологической шкале до медуз. В своей примитивной форме это камера, выстланная эпителиальными клетками, несущими волоски, содержащая отолит, или ушной камень. Отолиты — это округлые известковые массы, которые играют важную роль в ушах всех животных вплоть до рыб. Даже у человека они встречаются в более подразделенной форме отоконий. Контакт отолитов с сенсорными волосками порождает импульсы в нервах, которыми примитивные уши обильно снабжены. Мы намеренно используем слово «ухо» вместо «слуховой орган». У всех животных этот орган дает информацию двойного характера — движение внешней среды, в которой живет животное, и движения животного в среде. Когда животное движется, его сенсорные волоски смещаются относительно отолита; когда вода, в которой оно плавает, пульсирует, его отолиты трясутся о сенсорные волоски. Смещения животного и волнения воды производят похожие эффекты. Ухо на этой стадии является органом осязания. Можно было бы вполне усомниться, наделено ли животное, оснащенное таким сенсорным аппаратом, чувством, которое мы можем правильно, после размышления о наших собственных ощущениях, назвать «слухом». Однако утверждается, что некоторые прозрачные ракообразные, у которых функционирование ушных органов можно наблюдать через линзу, показывают в этих органах волоски различной длины, которые вибрируют на тона разной частоты. Помимо этого наблюдения, можно было бы усомниться, слышат ли рыбы, если мы подразумеваем под словом «слух» распознавание и различение тонов высокой частоты — музыкальных тонов. Их уши служат в равной степени для информирования их об изменениях положения их голов и о дрожании моря. Толчки, передаваемые через море, близки к более медленным вибрациям звука, если рыбаки Средиземноморья оправданы в своей практике бить деревянной колотушкой, которая покоится на сиденье лодки, когда они гребут вперед и назад перед изогнутой сетью. Они верят, что рыба пугается шума; но не имеет большого значения, описываем ли мы рыбу как слышащую шум или как чувствующую перкуссии колотушки, проводимые через воду. К более быстрым вибрациям колотушки рыбы, вероятно, нечувствительны. Улитка, которую мы имеем все основания рассматривать как орган, с помощью которого анализируется звук, у рыб отсутствует. Она впервые появляется у рептилий. Птицы, очевидно, способны различать музыкальные тона. Их улитки очень короткие и лишены «кортиевых дуг». На мгновение это кажется удивительным, но следует помнить, что диапазон тонов, которые различает любая птица, очень короткий, как бы тонко она ни оценивала ноты в своем диапазоне. У млекопитающих ухо четко разделено на три части, к которым распределены три функции, выросшие из специализации чувства осязания. (1) Полукружные каналы связаны с чувством ориентации. (2) Маточка и мешочек резонируют на шум — грохот поездов, гул пушек, биения диссонирующих музыкальных тонов. Мы не знаем, как классифицировать волнения атмосферы, которая окружает нас, и земли, на которой мы стоим, и мы не можем с какой-либо уверенностью указать на группы стимулов, которые для нас заняли место скрежета камней на пляже и ударов волн о скалы. (3) Кортиев орган в улитке различает и анализирует музыкальные звуки. К этим трем органам чувств, которые расположены во внутреннем ухе, относятся определенные вспомогательные структуры.

Ушная раковина, которая позволяет лошади или кошке собирать звук и локализовать его источник, у нас является лишь украшением боковой части головы.

Рис. 38. — Внешнее, среднее и внутреннее ухо левой стороны.

Справа налево рисунок показывает ушную раковину и мочку уха в профиль; наружный слуховой проход (сокращенно); барабанную перепонку, разделенную вертикально, видна ее задняя половина; молоточек, с кончиком его длинного плеча, прикрепленным к барабанной перепонке, стрелка указывает точку прикрепления и линию действия мышцы, напрягающей барабанную перепонку; наковальню, прикрепленную связкой к костной стенке среднего уха; стремя, с его подножной пластинкой, почти заполняющей овальное окно; лабиринт, с тремя полукружными каналами сверху и лестницей преддверия снизу. Изогнутая черная линия показывает расположение лестницы улитки, или протока улитки (который содержит Кортиев орган). Пульсации звука, которые двигают барабанную перепонку, передаются тремя косточками к овальному окну. Они трясут перилимфу, производя волны, которые распространяются вдоль лестницы преддверия к вершине улитки, откуда они возвращаются по барабанной лестнице к круглому окну (если они не выбирают более короткий путь через проток улитки). Евстахиева труба открывается из нижней части среднего уха.

Наружный слуховой проход — это изогнутая трубка длиной около дюйма. Часто пучок волос охраняет его вход. Воск, секретируемый его стенкой, служит для прикрепления частиц пыли и для отпугивания насекомых от попадания в трубку. Воздух в его конце имеет равномерную температуру. Он закрыт барабанной перепонкой. Эта мембрана принимает вибрации звука; и, чтобы она могла собирать их с абсолютной беспристрастностью, она во всех отношениях противоположна по форме и структуре верхушке барабана. Натянутый пергамент, который покрывает барабан, плоский. Его натяжение равномерно во всех его частях. Движения имеют наибольшую амплитуду в центре. Принимаются все меры предосторожности, чтобы гарантировать, что он излучает, с как можно меньшим замешательством, ту конкретную ноту, на которую он настроен. Барабанная перепонка уха по форме напоминает раструб трубы, вдавленный в точку, но выпуклый от этой точки наружу. Его эластичные волокна, которые частично радиальные, частично круговые, находятся под многими различными натяжениями. Его самая глубокая часть, к которой прикреплено длинное плечо молоточка, не является его центром.

«Среднее ухо» — это нерегулярная полость, сообщающаяся с глоткой через Евстахиеву трубу. Оно заполнено воздухом под тем же давлением, что и атмосфера. За исключением акта глотания, когда оно сначала плотно закрывается, а затем открывается, глоточный конец Евстахиевой трубы слегка закрыт. Когда человека быстро опускают в лифте по шахте шахты, разница в давлении между внешним воздухом и воздухом в среднем ухе растягивает барабанную перепонку до такой степени, что возникает глухота к низким тонам. Разговор становится неслышным. Глухота устраняется глотанием слюны и, таким образом, открытием конца Евстахиевой трубы. Самой частой причиной постоянной глухоты является воспаление, сопровождающееся утолщением слизистой оболочки нижнего конца Евстахиевой трубы, с ее последующим закрытием, из-за частых болей в горле. Воздух в среднем ухе медленно поглощается. Его необходимо постоянно обновлять через Евстахиеву трубу.

На внутренней стенке среднего уха есть два небольших отверстия — овальное окно и круглое окно. Оба закрыты мембраной. В овальное окно вставлена подошвенная пластинка стремени. Три косточки — молоточек, наковальня и стремя — объединяются в передаче движений барабанной перепонки к овальному окну. Они составляют шарнирный рычаг, который качается вокруг оси, проходящей через связку наковальни (Рис. 38), при этом амплитуда экскурсий длинного плеча молоточка уменьшается на одну треть у пластинки стремени. Поскольку овальное окно имеет только одну двадцатую площади барабанной перепонки, движения последней передаются с концентрированной силой. Два момента в механизме этих косточек могут быть специально отмечены: (1) Головка молоточка свободна вращаться в полости наковальни, сдерживаемая зубцом. Каждое движение барабанной перепонки внутрь верно передается к овальному окну; но когда барабанная перепонка движется наружу, молоточек не обязательно тянет за собой наковальню. (2) Мышца — напрягающая барабанную перепонку — вставлена около локтя длинного плеча молоточка. Когда прослушиваются высокие ноты, ее сокращение натягивает барабанную перепонку, делая ее более отзывчивой к быстрым вибрациям. Она имеет тоническое действие, но не делает никакого специального сокращения для низких нот.

Позади двух окон, внутри твердой кости, находится внутреннее ухо, которое наши предки очень метко назвали «лабиринтом». Оно заполнено жидкостью — перилимфой, — которая приводится в движение каждым колебанием стремени. Поскольку вода несжимаема, в перилимфе не могли бы возникать волны, если бы не было второго отверстия. Каждая вибрация, передаваемая стременем, пройдя через лабиринт, заканчивается вибрацией мембраны, закрывающей круглое окно.

Перилимфа нигде не соприкасается со слуховыми клетками. Все окончания слухового нерва заключены в перепончатый лабиринт, расположенный внутри костных полостей. То, как волны перилимфы распространяются по поверхности этого замкнутого мешочка, можно понять из диаграммы (рис. 38). Они огибают маточку и мешочек, теряются в узких пространствах, окружающих полукружные каналы, и поднимаются по лестнице преддверия улитки. Ход волн, проходящих через улитку, представляет особый интерес в связи с физиологией слуха.

Улитка — snail-shell — представляет собой спиральный канал в твердой кости, состоящий из трех витков и имеющий длину около дюйма. Костная полка — lamina spiralis — выступает в канал с его выпуклой стороны. От свободного края этой спиральной пластинки к наружной стенке канала отходят две мембраны: одна плотная, содержащая прямые, жесткие и, вероятно, эластичные волокна, которые расходятся наружу (базилярная мембрана), и другая — чрезвычайно тонкая пленка соединительной ткани. Таким образом, канал разделен на три отделения, известные как лестница преддверия (scala vestibuli), средняя лестница (scala media) и барабанная лестница (scala tympani). Средняя лестница относится к перепончатому лабиринту. Волны, передаваемые через перилимфу, проходят, как мы уже объяснили, вверх по лестнице преддверия. На вершине улитки обе лестницы сообщаются между собой, но отверстие это мало, и маловероятно, что волны достигают нижнего прохода из верхнего через это отверстие. Они проходят через тонкую мембрану, образующую крышу средней лестницы, сотрясают ее эндолимфу и достигают нижнего прохода через базилярную мембрану. Примечательно, что, поскольку круглое окно в нижнем конце барабанной лестницы является, за исключением овального окна, единственным отверстием костного лабиринта, все волны, передаваемые через овальное окно, должны пройти часть пути или весь путь вверх и вниз по улитке.

Рис. 39. — Срез через ось столбика улитки.

Спиральный слой нервных волокон, снабжающий кортиев орган, разрезан в восьми местах. Если проследить пучок, идущий к самому нижнему витку раковины (с левой стороны диаграммы), то можно увидеть, что он несет ганглиозные клетки там, где входит в костную спиральную пластинку. Эта пластинка делит трубку на два канала — лестницу преддверия сверху и барабанную лестницу снизу. От края пластинки к наружной стенке тянется кортиева мембрана. Над кортиевым органом находится покровная мембрана (membrana tectoria), а над ней — очень тонкая мембрана, отделяющая улитковый проток от лестницы преддверия.

Кортиев орган расположен на базилярной мембране. Это эпителиальная структура исключительной регулярности и однородности. Рядом с краем, к которому базилярная мембрана прикрепляется к спиральной пластинке, покоится двойной ряд кортиевых столбов — жестких опор, которые наклонены друг к другу над кортиевым туннелем, причем выпуклая головка наружного столба входит в углубление в головке внутреннего; в некоторых местах один наружный столб прилегает к двум внутренним, так как последние несколько более многочисленны. На внутренней стороне внутреннего столба в поперечных срезах видна одна пухлая клетка, заполненная мутной протоплазмой и несущая на своей свободной поверхности пучок очень коротких волосков. На наружной стороне наружного столба находятся три или четыре волосковые клетки, каждая с мутным наружным сегментом, содержащим ядро, зернистым средним сегментом и довольно жестким стебельком, который прикрепляет ее к базилярной мембране. Между волосковыми клетками находятся опорные клетки, более толстые внизу, сужающиеся кверху, содержащие в своем веществе прочное волокно. Еще дальше к наружной стороне находятся эпителиальные клетки, не представляющие особого интереса. Цель кортиевых столбов и опорных клеток — обеспечить прикрепление и поддержку сетчатой мембраны исключительной тонкости, через продолговатые отверстия которой волоски волосковых клеток выступают в эндолимфу. Спиральная пластинка пронизана огромным количеством волокон слухового нерва, которые, теряя свои миелиновые оболочки, проходят через кортиев туннель как голые аксоны, чтобы закончиться среди волосковых клеток. Над кортиевым органом, прикрепленная своим краем к спиральной пластинке, находится толстая, студенистая, волокнистая структура — покровная мембрана (membrana tectoria), — которая покоится как покрывало на поверхности органа. Предполагалось, что она служит для гашения вибраций волосков после того, как они были приведены в движение волнами, проходящими через среднюю лестницу; но не исключено, что она играет в слухе более активную роль.

Рис. 40. — Кортиев орган.

Спиральная пластинка слева на рисунке служит местом прикрепления кортиевой мембраны, которая тянется к противоположной стенке. Под мембраной находится кровеносный сосуд, проходящий по всей ее длине под кортиевым туннелем. Туннель образован столбами — внутренним слева и наружным справа, — которые встречаются над ним. Слева от внутреннего столба находится волосковая клетка; слева от нее — нервная клетка с двумя ядрами. Справа от наружного столба есть пространство; справа от него — четыре волосковые клетки, чередующиеся с четырьмя опорными клетками, которые поддерживают сетчатую мембрану, через отверстия в которой выступают пучки волосков. В спиральной пластинке видны три нервных волокна; они пересекают туннель, чтобы разветвиться между рядами наружных волосковых клеток. Покровная мембрана (lamina tectoria) покоится на пучках волосков.

Кортиев орган, вне всякого сомнения, является аппаратом, который анализирует звуки; но проблема того, как он реагирует на тона разной высоты или анализирует сложные тона, до сих пор не решена даже приблизительно. Чтобы избежать акустических трудностей, с которыми сталкивается любой, кто пытается изложить теорию улитки как аналитического аппарата, были выдвинуты различные предположения о возможности действия en masse (в целом). Например, базилярную мембрану сравнивали с телефонной пластинкой, которая воспринимает вибрации и передает их через слуховой нерв в мозг. Но если кортиев орган является передатчиком, то в мозгу нет уха, чтобы анализировать вибрации, исходящие от приемной телефонной пластинки; а без приемной пластинки и слушающего уха телефон бесполезен. Согласно этой гипотезе, базилярная мембрана вибрирует как единое целое, перемещая волосковые клетки в различных «узорах»; давление волосков на покровную мембрану вызывает раздражение клеток, которые их несут, и, следовательно, вызывает стимуляцию различных групп нервов. Другие теории узоров в чем-то схожи. Но очевидно, что все гипотезы о вибрации всей базилярной мембраны или ее больших частей одновременно оставляют разуму ответственность за считывание узора, который импульсы, генерируемые в кортиевом органе, создают в мозгу. Вполне возможно, что каждая доля полутона, которую может различить музыкант, и каждая комбинация тонов, которую он может проанализировать, передается в мозг большим количеством взаимодействующих нервных импульсов; но такая теория предполагает сложность ментальных ассоциаций, которую трудно представить.

Согласно общим принципам, изложенным в этой книге, анализ стимулов является функцией органов чувств. Его нельзя во всех случаях сравнивать с анализом, проводимым в физической лаборатории; да это и не обязательно; но он должен быть доведен до такой степени, чтобы нервные импульсы, не имеющие специфических качеств, кроме своего источника, вызывали в сознании эффекты, не имеющие иного основания, кроме топографического распределения указанных импульсов в мозгу. Могут существовать сенсорные импульсы разных порядков; в мозгу могут быть психофизические субстанции, которые реагируют на импульсы различных порядков разными способами; но пока у нас нет даже намека на существование специфических импульсов и специфических психофизических субстанций, мы не вправе постулировать их существование просто для того, чтобы избежать физиологических затруднений.

Кортиев орган в высшей степени напоминает аппарат для анализа звука. Если базилярную мембрану вместе с клетками, которые на ней покоятся, вырезать и положить плашмя, то предположение о каком-то инструменте становится очень убедительным. Это длинная узкая лента, самая узкая в нижней части спирали, расширяющаяся примерно вдвое на вершине. Ее пересекают радиальные волокна, предположительно эластичные. Клетки, которые на ней покоятся, несут вибрирующие волоски и снабжены нервами. Кортиевы столбы поддерживают сетчатую мембрану, которая удерживает волосковые клетки на месте. Неудивительно, что когда ее структура была впервые обнаружена, возникла мысль, что проблема анализа музыкальных тонов решена. Если в одной комнате находятся два идеально настроенных пианино, то при игре на одном из них соответствующие струны другого начинают звучать. Любой, кто поет в пианино, пока педаль громкости поднимает демпферы, чувствует усиление полноты своего голоса. Это знакомое явление резонанса. Почему бы волокнам базилярной мембраны не резонировать на тона, передаваемые в ухо — более короткие у основания улитки на высокие тона, более длинные у вершины на низкие тона? Это тот порядок, в котором, как мы ожидаем, пульсации звука, поднимающиеся по лестнице преддверия, должны восприниматься — более быстрые в начале, менее быстрые выше по ней. Но объяснение физики выбора вибраций разных частот разными наборами элементов, составляющих кортиев орган, если такой выбор происходит, еще предстоит найти. Во-первых, волокна базилярной мембраны чрезвычайно коротки. Что могла бы сделать волокно длиной менее 0,5 миллиметра с вибрациями 36-футовой органной трубы? Даже если отбросить это возражение, как считают некоторые выдающиеся физики, разница в длине между самыми длинными и самыми короткими волокнами недостаточна, чтобы объяснить большой диапазон тонов, которые мы способны различать; нет также никаких доказательств того, что одни волокна натянуты сильнее других.