Uw oor — Een communicatiewonder

U KUNT uw ogen sluiten als u niet wilt zien. U kunt uw adem inhouden als u niet wilt ruiken. Maar u kunt niet echt uw oren sluiten als u niet wilt horen. Het gezegde „zijn oor voor iets toesluiten” is slechts een metafoor. Net zoals uw hart blijft slaan, blijft uw gehoor functioneren, zelfs als u slaapt.

Ja, onze oren doen de hele tijd hun werk om het contact met de wereld om ons heen te onderhouden. Ze selecteren, analyseren en ontcijferen wat wij horen, en geven het door aan de hersenen. Binnen de begrenzingen van zo’n 16 cm³ (niet meer dan de inhoud van een klein lucifersdoosje) passen onze oren beginselen van akoestiek, mechanica, hydraulica, elektronika en hogere wiskunde toe om hun taak te verrichten. Beschouw eens wat de oren, als het gehoor niet beschadigd is, zoal kunnen.

◻ Tussen het zachtste gefluister en het donderend lawaai van een opstijgend straalvliegtuig zit een 10.000.000.000.000-voudig verschil in geluidssterkte, en onze oren kunnen dit aan. In wetenschappelijke termen is dit een bereik van ongeveer 130 decibel.

◻ Onze oren kunnen, in een kamer vol mensen, één gesprek eruit pikken en zich daarop concentreren, of opmerken dat 1 van de misschien wel 100 instrumenten in een orkest een valse noot speelt.

◻ De menselijke oren kunnen het waarnemen als de richting waaruit een geluid komt slechts 2 graden verandert. Ze doen dit door het uiterst kleine verschil in aankomsttijd en intensiteit bij beide oren te registreren. Soms bedraagt het tijdsverschil slechts een honderdduizendste deel van een seconde, maar de oren kunnen dit vaststellen en aan de hersenen doorgeven.

◻ Onze oren kunnen zo’n 400.000 geluiden herkennen en uit elkaar houden. Bepaalde mechanismen in het oor analyseren automatisch de geluidsgolf en vergelijken deze met die welke in ons geheugen zijn opgeslagen. Zo weet u of een noot wordt gespeeld door een viool of door een fluit, of door wie u wordt opgebeld.

Het „oor” dat opzij aan ons hoofd zit, is feitelijk slechts een deel van ons oor — het meest in het oog springende deel. De meesten van ons herinneren zich waarschijnlijk van school dat het oor uit drie delen bestaat: het uitwendige oor, het middenoor en het binnenoor, zoals ze worden genoemd. Het uitwendige oor omvat het bekende „oor” van huid en kraakbeen en de gehoorgang die naar binnen, naar het trommelvlies voert. In het middenoor vormen de drie kleinste botjes in het menselijk lichaam — de malleus, incus en stapes, gewoonlijk hamer, aambeeld en stijgbeugel genoemd — een verbindingsbrug tussen het trommelvlies en het ovale venster — het portaal tot het binnenoor. En het binnenoor bestaat uit twee vreemd uitziende delen: het stelsel van drie halfcirkelvormige kanalen en de slakkehuisvormige cochlea.

Het uitwendige oor — de afgestemde ontvanger

Het is duidelijk dat het uitwendige oor dient om geluidsgolven in de lucht op te vangen en ze naar het inwendige van het oor te leiden. Maar het doet veel meer.

Hebt u zich ooit afgevraagd of de ingewikkelde vorm van het uitwendige oor een specifiek doel dient? Volgens geleerden zijn de holte in het midden van de oorschelp en de gehoorgang zo gevormd dat ze als een klankbodem geluiden binnen een bepaald frequentiegebied versterken. Hoe strekt dat ons tot voordeel? Het geval wil dat de belangrijke karakteristieken van de menselijke spraakgeluiden merendeels binnen datzelfde gebied vallen.a Tijdens hun reis via de oorschelp en de gehoorgang worden deze geluiden tot ongeveer tweemaal hun oorspronkelijke intensiteit versterkt. Dit is akoestisch ontwerp van de hoogste orde!

Het uitwendige oor speelt ook een belangrijke rol bij het lokaliseren van de geluidsbron. Zoals reeds opgemerkt, worden geluiden die het hoofd van links of van rechts bereiken, geïdentificeerd door het verschil in intensiteit en aankomsttijd bij de twee oren. Maar hoe staat het met geluiden die van achteren komen? Opnieuw speelt de vorm van het oor een rol. De oorrand is zodanig gevormd dat hij op van achteren komende geluiden inwerkt, met verlies in de frequenties van 3000 tot 6000 Hz tot gevolg. Dit verandert het karakter van het geluid dat de hersenen nu interpreteren als komend van achteren. Geluiden van boven het hoofd worden ook vervormd maar in een ander frequentiegebied.

Het middenoor — een werktuigkundig juweel

De taak van het middenoor is de akoestische trilling van de geluidsgolf om te zetten in een mechanische trilling en die over te brengen op het binnenoor. Wat er in deze ruimte ter grootte van een forse knikker plaatsvindt, is werkelijk een werktuigkundig juweel.

Men zou denken dat harde geluiden een aanzienlijke beweging van het trommelvlies veroorzaken, maar het tegengestelde is waar — de beweging door geluidsgolven is feitelijk slechts microscopisch klein. Zo’n minuscule beweging zou eigenlijk niet genoeg zijn om het met vloeistof gevulde binnenoor te laten reageren. De manier waarop deze hindernis wordt genomen, demonstreert opnieuw het ingenieuze ontwerp van het oor.

De verbinding van de drie botjes in het middenoor is niet alleen gevoelig, maar ook doelmatig. Door hun hefboomwerking wordt elke binnenkomende kracht met ongeveer 30 procent versterkt. Bovendien is het trommelvlies zo’n 20 maal groter in oppervlak dan de voetplaat van de stijgbeugel. Aldus wordt de op het trommelvlies uitgeoefende kracht geconcentreerd op een veel kleiner oppervlak in het ovale venster. Deze twee factoren zorgen er samen voor dat de druk op het ovale venster 25 tot 30 maal groter is dan die op het trillende trommelvlies — precies genoeg om de vloeistof in de cochlea in beweging te zetten.

Hebt u ervaren dat een verkoudheid soms uw gehoor beïnvloedt? Dit komt doordat het trommelvlies alleen dan goed functioneert als de druk aan weerszijden ervan gelijk is. Normaal gesproken wordt hiervoor gezorgd doordat er een luchtverbinding bestaat tussen het middenoor en de neuskeelholte, de zogenoemde buis van Eustachius. Deze buis gaat telkens bij het slikken open en vereffent zo eventuele drukverschillen die in het middenoor zijn ontstaan.

Het binnenoor — het horende deel van het oor

Bij het ovale venster begint het binnenoor. De drie loodrecht op elkaar staande bogen, de halfcirkelvormige kanalen genoemd, stellen ons in staat ons evenwicht te bewaren en bij te houden wat onze stand in de ruimte is. Maar in de cochlea wordt eigenlijk pas gehoord.

De cochlea (van het Griekse koʹchli·as, slak) is feitelijk een bundel van drie met vloeistof gevulde gangen, of kanalen, die gelijk een slakkehuis spiraalsgewijs zijn gewonden. Twee van de kanalen staan in de top van de spiraal met elkaar in verbinding. Wanneer op de bodem van de spiraal de stijgbeugel het ovale venster in trilling brengt, beweegt dit als een zuiger naar binnen en naar buiten, waardoor hydraulische drukgolven in de vloeistof ontstaan. Terwijl deze golven zich voortplanten naar de top en terug, brengen ze de wanden die de kanalen scheiden, in trilling.

Over de volle lengte van een van deze wanden, bekend als het basilairmembraan, strekt zich het hoogst gevoelige orgaan van Corti uit, genoemd naar Alfonso Corti die dit eigenlijke hoorcentrum in 1851 ontdekte. Het belangrijkste deel ervan bestaat uit rijen cellen met zintuigharen. Vanuit deze wel 15.000 of meer haarcellen geven duizenden zenuwvezels informatie over de frequentie, intensiteit en klankkleur van het geluid door aan de hersenen waar de geluidsgewaarwording plaatsvindt.

Het mysterie ontrafeld

Hoe het orgaan van Corti deze gecompliceerde informatie aan de hersenen doorspeelt, is lang een mysterie gebleven. De geleerden wisten één ding: de hersenen reageren niet op mechanische trillingen, alleen op elektrochemische veranderingen. Het orgaan van Corti moest de trillende beweging van het basilairmembraan dus op de een of andere manier omzetten in overeenkomstige elektrische impulsen en die naar de hersenen zenden.

Het kostte de Hongaarse wetenschapsman Georg von Békésy zo’n 25 jaar om het mysterie van dit orgaantje te ontrafelen. Hij ontdekte onder andere dat de hydraulische drukgolven, terwijl ze zich voortplanten door de kanalen van de cochlea, ergens onderweg het sterkst zijn en druk uitoefenen op het basilairmembraan. Door hoge tonen veroorzaakte golven oefenen druk uit op het membraan bij de bodem van de cochlea, en golven van lage tonen doen dit bij de top. Derhalve concludeerde von Békésy dat geluiden van een specifieke frequentie golven produceren die het basilairmembraan op een specifieke plaats vervormen waardoor de haarcellen daar reageren en signalen naar de hersenen zenden. De plaats van de haarcellen zou overeenkomen met de frequentie, en het aantal reagerende haarcellen met de intensiteit.

Deze verklaring voldoet goed voor eenvoudige tonen. Maar geluiden zijn in de natuur zelden eenvoudig. Het kwaken van een kikker klinkt heel anders dan tromgeroffel, zelfs al zou het dezelfde frequentie hebben. Dit komt doordat elk geluid is opgebouwd uit een grondtoon en vele boventonen. Het aantal boventonen en hun relatieve sterkte geeft elk geluid zijn onderscheiden klankkleur, of karakter. Zo herkennen wij de geluiden die wij horen.

Het basilairmembraan kan gelijktijdig reageren op alle boventonen van een geluid, en kan vaststellen hoeveel boventonen er zijn en welke, en aldus het geluid identificeren. Wiskundigen noemen dit proces de fourieranalyse, genoemd naar de briljante negentiende-eeuwse Franse wiskundige Jean-Baptiste Joseph Fourier. Toch heeft het oor deze geavanceerde wiskundige techniek altijd al gebruikt om de gehoorde geluiden te analyseren en de informatie aan de hersenen door te geven.

Zelfs nu zijn geleerden er nog niet zeker van wat voor signalen het binnenoor naar de hersenen zendt. Onderzoek onthult dat alle haarcellen signalen van ongeveer dezelfde duur en sterkte zenden. Derhalve geloven geleerden dat het niet de inhoud van een signaal is, maar eenvoudig het signaal zelf dat een boodschap naar de hersenen overbrengt.

Om het belang hiervan te beseffen, kunt u wellicht denken aan het kinderspelletje waarbij een verhaal langs een hele rij kinderen van het ene kind aan het volgende wordt doorverteld. Wat het kind aan het andere eind van de rij te horen krijgt, lijkt vaak helemaal niet meer op het originele verhaal. Wordt er in plaats van het ingewikkelde verhaal een code, zoals een getal, doorgegeven, dan zal het waarschijnlijk niet vervormd worden. En dat is klaarblijkelijk wat het binnenoor doet.

Het is interessant dat een in de huidige geavanceerde communicatiesystemen gebruikte techniek, pulscodemodulatie genoemd, volgens hetzelfde principe werkt. Daarbij wordt niet het gedetailleerde signaal verzonden, maar een code die dat signaal vertegenwoordigt. Op deze wijze werden er foto’s van Mars naar de aarde gezonden, in binaire bits, of worden geluiden in bits omgezet om ze op te nemen en af te spelen. Maar nogmaals, het oor deed het het eerst!

Een scheppingswonder

Van alle oren zijn de onze misschien niet de scherpste of de gevoeligste, maar ze zijn uitstekend geschikt om aan een van onze grootste behoeften te voldoen — de behoefte om te communiceren. Ze zijn zo ontworpen dat ze bijzonder gevoelig zijn voor de karakteristieken van de menselijke spraakgeluiden. Kinderen moeten het geluid van hun moeders stem horen om zich juist te ontwikkelen. En tijdens hun groei moeten zij de geluiden van andere mensen horen, willen zij hun spraakvermogen ontwikkelen. Hun oren stellen hen in staat de subtiele toonbuigingen van elke taal zo nauwgezet te onderscheiden dat zij haar gaan spreken zoals alleen een ingeborene dat kan.

Dit alles is niet het resultaat van blinde evolutie. Veeleer danken wij ons schitterende gehoorzintuig aan onze liefdevolle Schepper, Jehovah (Spreuken 20:12). Onze oren zijn werkelijk scheppingswonderen, een uiting van de wijsheid en liefde van onze Maker. Wij kunnen erdoor met onze medemensen communiceren. Maar laten wij ze bovenal gebruiken om naar de wijsheid uit Gods Woord te luisteren, zodat wij van onze hemelse Vader, Jehovah God, mogen leren.

[Voetnoten]

[Diagram op blz. 19]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

UITWENDIG OOR

Oor

Gehoorgang

Trommelvlies

MIDDENOOR

Hamer

Aambeeld

Stijgbeugel

Buis van Eustachius

BINNENOOR

Halfcirkelvormige kanalen

Ovale venster

Cochlea

[Diagram op blz. 20]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

COCHLEA

Bovenste trap

Slakkehuisgang

Onderste trap