Нейроны более высокого порядка чаще специализируются на сложных звуковых образах (например, речи). Они могут обрабатывать определенные характеристики звукового стимула (например, информацию о языке) и осуществлять окончательный кортикальный анализ.

16.7. Голос и речь

Человеческая речь

!Речь человека уникальна по своей природе; в ней задействованы четыре системы органов.

Для способности говорить необходима работа четырех систем.

Гортань производит звук. Этот звук называется голосом. Процесс порождения голоса гортанью называют фонацией.

Пространство рта и горла формирует разборчивые гласные и согласные из производимого гортанью звука. Этот механизм называется артикуляцией.

Фонация гортани и артикуляция полости рта и горла контролируются центрально моторным центром мозга, отвечающим за речь.

Для развития речи у ребенка, как и для постоянного ее контроля у взрослых, необходима

Рис. 16.20. Исследование гортани с помощью увеличительного ларингоскопа

физиологическая функция слуха. Клинически об этом говорят как о цикле слуха и речи. Цикл слуха и речи охватывает ненарушенную функ-

а также интеграцию психики и разума. Цикл дальше переходит к моторному управлению фонацией гортани и артикуляцией рта и горла. Оно начинается в речевой области префронтальной коры, называемой также моторной речевой зоной (зоной Брока), и через несколько нейронов достигает гортани, а также рта и горла. Если цикл слуха и речи прерывается на каком-либо этапе в результате заболевания, речь нарушается или отсутствует. Глухие дети не развивают речь без терапии (например, без имплантации кохлеарного органа) и без педагогической помощи.

Голос — это звук

!Голос — это звук, который производится гортанью; в основе голоса лежат колебания голосовых связок в потоке воздуха.

Фонация (голосообразование) происходит в гортани. При фонации производится звук. Физической основой служит колебательное движение слизистой оболочки голосовых связок. При повреждениях гортани человек теряет голос, а не только способность говорить. Поэтому пациенты с поврежденной гортанью, например, не в состоянии говорить шепотом (псевдошепот).

Голосовые связки. Для произведения звука в гортани есть две пары связок. Врач может без усилий со стороны пациента рассмотреть их с помощью зеркала или эндоскопа (увеличительного ларингоскопа, рис. 16.20). При этом врач под прямым углом рассматривает гортань через рот и глотку пациента. С анатомической точки зрения, голосовые связки состоят из продольного мышечного тяжа (m. vocalis) между черпаловидным и щитовидным хрящами. Мышцы голосовых связок покрыты слизистой оболочкой, которая очень легко смещается относительно мышцы.

Голосовая щель. Пропускающая воздух щель (рис. 16.20 и 16.21) между голосовыми связками называется голосовой щелью (glottis).

Фонация. Фонация связана с дыханием. Она осуществляется на выдохе. В отличие от обычного выдоха для формирования голоса голосовая щель почти полностью закрывается латеральными черпаловидными мышцами, латеральными перстнечерпаловидными мышцами и щиточерпаловидными мышцами (рис. 16.21). В результате в голосовой щели формируется очень узкое место для выдоха. В этой щели скорость потока выдыхаемого воздуха значительно выше, чем в находящейся под ней трахее или расположенной выше глотке. С уве-

Рис. 16.21. Направление движения внутренних мышц гортани и перстнечерпаловидной мышцы. Направление взгляда на рис. 16.20 соответствует этому ларингоскопическому изображению. Напряжение голосовых связок: перстнечерпаловидная мышца (а) и голосовая мышца (б). Закрытие голосовой щели: латеральная щиточерпаловидная мышца (в), латеральная перстнечерпаловидная мышца (г), внутренняя черпаловидная мышца (д). Открывание голосовой щели: задняя перстнечерпаловидная мышца (е)

личением скорости потока кинетическая энергия (1/2 mv2) потока газа также растет. Необходимая для этого работа заимствуется из работы дыхания, при которой определенный объем газа движется против градиента давления. Из-за увеличения кинетической энергии воздуха давление выдыхаемого газа уменьшается, поэтому в области голосовой щели оно становится меньше. Вследствие этого снижения давления слизистые оболочки голосовых связок сближаются друг с другом. В результате щель становится еще уже, так что скорость потока продолжает увеличиваться и, в свою очередь, еще больше снижает давление. Этот процесс в итоге приводит к тому, что слизистые оболочки голосовых связок соприкасаются и полностью закрывают голосовую щель и поток воздуха внезапно прерывается. К тому моменту давление ниже голосовой щели снова может раздвинуть голосовую щель. Опять возникает воздушный поток с неравномерным распределением скорости, и цикл начинается заново (см. 16.6).

16.6. Паралич возвратного нерва

У пациентов с двусторонним параличом возвратного гортанного нерва обе пары голосовых связок находятся на расстоянии 1 мм друг от друга. Причинами могут быть, например, вирусные инфекции

или операция на щитовидной железе. Способность изменять частоту и силу звука утрачивается при параличе. Последствиями являются тихий, монотонный, почти неспособный к модуляциям голос, а также одышка вплоть до удушья. Если нервы не восстанавливаются, то для устранения одышки необходима хирургическая фиксация голосовых связок в латеральном положении. Голос при этом не улучшается.

Колебания Бернулли. Возникающие колебания слизистых оболочек голосовых связок называются колебаниями Бернулли, поскольку они соответствуют одноименным законам. Воздушный поток постоянно меняется в ритме этих колебаний, создавая смесь звуков, богатую обертонами.

Сила звука голоса

!Давление под голосовыми связками преимущественно определяет звуковое давление голоса;

за это отвечает мускулатура голосовых связок и дыхательная мускулатура.

Миоэластическое регулирование колебаний Бернулли. С помощью мускулатуры гортани и предгортанных мышц можно произвольно управлять колебаниями Бернулли слизистой оболочки голосовых связок и производить звук желаемой частоты и силы. Мышцы гортани могут варьировать ширину голосовой щели и напряжение голосовых связок и, следовательно, влиять на колебательные способности слизистой оболочки связок (миоэластическая теория). Дыхательная мускулатура, наконец, может изменять давление под голосовой щелью. Давление производимого звука повышается вместе с давлением под голосовой щелью.

Уровень звукового давления. Максимальный уровень звукового давления, который могут производить нетренированные люди при разговоре, составляет примерно 75 дБ SPL на расстоянии 1 м, у профессиональных певцов до 108 дБ SPL. Давление под голосовой щелью при спокойном дыхании составляет примерно 2 см водн. ст. (196 Па) выше атмосферного давления. При закрывании голосовой щели, сокращении мышц голосовых связок и дыхательных мышц давление достигает 16 см водн. ст. (1570 Па).

Высота голоса

!Вместе с напряжением голосовых связок повышается частота звуковых колебаний голоса; на высоту звука также влияет анатомическая длина голосовых связок.

Регулирование частоты голоса. Частота звуковых колебаний голоса (высота звука) зависит

от частоты колебаний слизистых оболочек голосовых связок. Средний голосовой диапазон составляет 1,3–2,5 октавы. Основная частота производимого гортанью звука в большей степени зависит от мышечного напряжения голосовых связок, в меньшей степени — от давления под голосовой щелью. С увеличением напряжения голосовых связок и/или увеличением давления под голосовой щелью можно произвольно повышать частоту голоса. При ларингоскопическом обследовании можно увидеть, что значительные движения голосовой щели вниз и вверх совпадают с изменениями высоты звука. При этом перстнещитовидная мышца сдвигает щитовидный хрящ вперед (рис. 16.21) и отдаляется от черпаловидного хряща, из-за чего голосовые связки напрягаются сильнее. Благодаря сочетанию этих и других параметров становится возможным разнообразие колебательных процессов слизистой оболочки при формировании звука в гортани.

Виды голоса. Конечная индивидуально различающаяся длина голосовых связок у взрослого человека приводит к различному проявлению их основных колебаний у отдельного человека. Им соответствуют такие виды голоса, как бас, баритон и тенор у мужчин, а также альт, меццо-сопрано и сопрано у женщин.

Контроль голоса

!Мышечные проприорецепторы позволяют контролировать голос; еще важнее является слуховая обратная связь.

Механизмы контроля. Два механизма контроля позволяют произвольно производить звук (музыкальный «тон») желаемой частоты и звукового давления:

проприоцепторы в мышцах гортани и слизистой оболочке; контроль с помощью слуха (слуховая обратная связь).

При громкой речи или пении за 0,3–0,5 с до фонации происходит электромиографически обнаруживаемое изменение мышечной активности (префонаторная мышечная регуляция). Очевидно, выученные последовательности движений голосо-

вых связок программируются субкортикально, как это происходит с другими навыками.

Цикл слуха и речи. В то же время, при наличии шума с обеих сторон даже профессиональные певцы могут фальшивить на 1,5 полутона, поэтому можно предположить, что префонаторная мышечная регуляция дает лишь относительно грубое приближение. Скорее здесь участвует слуховая обратная связь, которая осуществляет в цикле слуха и речи четкий контроль частоты и звукового давления желаемого звукового сигнала.

Из голоса рождаются звуки

!Надставная труба формирует разборчивые звуки из звукового сигнала, исходящего из гортани; при

этом ее форма может произвольно изменяться с помощью мышц.

Надставная труба. Артикуляция (формирование звуков) осуществляется за редким исключением в полости между уровнем голосовых связок и ротовым или носовым отверстием. По аналогии с духовыми инструментами эта полость называется надставной трубой. Она включает в себя надщелевую гортань, три уровня глотки, ротовую полость, а также носовые полости.

Регулирование надставной трубы. Форму надставной трубы можно произвольно изменять с помощью мускулатуры глотки, неба, языка, жевательных и мимических мышц лица. Поэтому с физической точки зрения становится возможным регулировать резонанс этих полостей (рис. 16.22). Наряду с другими механизмами он является основным физическим механизмом, который формирует разборчивые гласные и согласные из поступившего от гортани звукового сигнала.

В зависимости от потребностей двигаются органы артикуляции: язычок, мягкое небо, спинка языка, боковая сторона языка, кончик языка, а также губы — и с помощью зубов, альвеол, неба формируют гласные и согласные, в том числе в носовой полости.

Сонография. Комплексные звуковые волны речевого сигнала могут быть клинически разложены сонографом посредством фильтрации по частоте, звуковому давлению и в зависимости от времени.

Гласные проявляются как звуки, которые состоят из основного тона (голоса) и некоторых гармонических обертонов и имеют периодическую форму колебаний. Эти частоты, усиленные в надставной трубе с помощью резонанса, специфичны для каждого гласного и позволяют отличить, например, звук «и» от звука «э». Они возникают из-за того, что при формировании гласных звуков надставная труба приобретает определенную конфигурацию, например из-за положения языка, поэтому по физическим причинам возникают специфические резонансные характеристики.

Форманты. Надставная труба приводится в резонанс голосом. Резонансные частоты можно задавать за счет изменения напряжения мышц в надставной трубе в зависимости от гласного. Возникающие таким способом резонансные частоты называют формантами гласного. Например, звук «э» характеризуется формантными частотами около 500 Гц, 1800 Гц

и2400 Гц, независимо от его основной частоты, т. е. независимо от частоты колебаний голосовых связок. Звук «и» характеризуется формантными частотами около 300 Гц, 2000 Гц и 3100 Гц. Глухие согласные («ф», «с», «п», «т», «к»), напротив, являются шумами. Они создаются путем намеренного сужения надставной трубы, которая выпускает воздушный поток

иобразует вихрь.

Речь, несмотря на утрату гортани. При утрате гортани (например, в результате рака гортани — типичного рака курильщиков) можно использовать искусственные источники звука (например, голосового протеза или электронного вибратора) для формирования звукового сигнала в нижней части глотки. Образующийся искусственный голос может использоваться пациентом для формирования относительно понятной речи при наличии интактной надставной трубы.

резонансных колебаний в области формантов, тем самым формируя псевдошепот.

Коротко

Голос и речь

Речь человека уникальна по природе; в ней принимают участие в основном четыре системы органов. Гортань вырабатывает звук, который называется голосом (фонация). Звук производится за счет вибрации слизистой оболочки голосовых связок, называемой колебаниями Бернулли. Звуковое давление голоса при этом в основном зависит от давления под голосовой щелью. Напряжение голосовых связок определяет прежде всего частоту голоса. В полости рта и горла из этого звука формируются разборчивые гласные и согласные (артикуляция). Фонация гортани и артикуляция рта и горла управляются центрально через моторный центр речи.

Для развития речи у ребенка, как и для ее постоянного контроля у взрослого, необходима физиологическая функция слуха (цикл слуха и речи).

Литература

Gummer AW, Zenner HP (1996) Central processing of auditory information. In: Greger R, Windhorst U (Hrsg) Comprehensive human physiology, vol 1. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 729–756

Hellbrück J, Ellermeier W (2004) Hören, Hogrefe, Göttingen

Wendler J, Seidner W, Eysoldt U (2005) Lehrbuch der Phoniatrie und Pädaudiologie. Thieme, Stuttgart

Yost WA: (2007) Fundamentals of hearing. Academic Press, Burlington

Zenner HP (1985) Hören. Thieme, Stuttgart

утративший гортань, учится с помощью вышеописанных вихревых образований, являющихся шумом, стимулировать надставную трубу к генерации

Comprehensive human physiology, vol 1. Springer, Berlin Heidelberg New York, 711–727

Zenner HP (1994) Hören. Thieme, Stuttgart