Как звук позволяет обнаружить то, что нельзя увидеть

На протяжении многих лет ученые воспринимали окружающий мир с точки зрения того, что можно увидеть. Но в последние несколько десятилетий они все чаще стали «прислушиваться» к различным явлениям. И сегодня мы расскажем об изобретении, благодаря которому медицина стала изучать звуки с целью выявления заболеваний.

Микроскопы позволяют нам разглядеть мельчайшие частицы, телескопы помогают осваивать небесное пространство. А что же звук? Ученые не придавали ему особого значения, пока не появилось изобретение, открывшее для них новые миры – стетоскоп.

«Мне кажется, «культура слушания» впервые проявила себя в Париже после появления стетоскопа в начале 19 века», – считает Тревор Пинч, социолог Корнельского университета.

«Тогда нельзя было увидеть, что происходит в теле человека, – рассказывает Пинч, – конечно, если он не был мертв, а это было уже неинтересно никому, за исключением патологоанатома». И в то же время стетоскоп мог рассказать удивительную историю – о том, как циркулирует кровь, или как воздух попадает в легкие.



Первые стетоскопы из книги «Клинические исследования принципов и практик в медицине», 1874 г. Позже появились бинауральные стетоскопы, позволяющие слышать звуки одновременно двумя ушами

«Это был один из первых способов постановки диагноза пациенту, независимо от его версии происходящего, – рассказывает Пинч. – Этот прибор сыграл настолько важную роль в медицине, что теперь врача зачастую изображают со стетоскопом на шее: по нему легко определить, кто врач, а кто – нет».

Мы попросили одного из таких врачей помочь нам услышать то же, что обычно слышит он. Доктор Адам Лоу, эндокринолог и врач-терапевт из Итаки, штат Нью-Йорк, обучал студента-медика, как пользоваться стетоскопом для выявления сердечных заболеваний на примере одного из его пациентов. Мы, в свою очередь, подготовили записывающую аппаратуру, чтобы записать все звуки. Студента доктора Лоу зовут Ник Мэстон: он учится на третьем курсе в медицинском колледже Уэйл Корнелл.

Лоу провел пациента в смотровой кабинет и обратился к своему студенту: «Ник, не мог бы ты проверить состояние сердечно-сосудистой системы нашего пациента?» Мы же подключили свое устройство к электронному стетоскопу, при этом Лоу и Мэстон предупредили нас: не каждый способен объяснить звуки, которые исходят из нашего организма.

«Студенту нелегко этому научиться, – считает Мэстон. – Для этого придется прослушать сердца нескольких тысяч пациентов». Мэстон приложил небольшую воронку на конце прибора к шее пациента – прямо на сонную артерию – и вот что мы услышали.

Это звук сердца, качающего кровь через аортальный клапан. Проходя через него, кровь поступает к пульсирующей сонной артерии. Затем Мэстон приложил конец стетоскопа к боку пациента чуть ниже подмышки. Мы услышали немного другой звук.

Лоу обратился к своему студенту: «Слышите разницу в тембре?» Мэстон без промедления ответил: «Да, во второй раз тона были намного громче».

У пациента были обнаружены шумы в сердце – нарушения в работе сердечных клапанов, регулирующих движение крови. Если верить учебникам по медицине, то на записи вы можете услышать небольшой свист. Если вы его не расслышали, не расстраивайтесь: наша команда журналистов тоже не услышала ничего подобного.

Но, очевидно, его смог услышать Мэстон. «Итак, вы хотите, чтобы я рассказал о том, что сейчас услышал? – спросил он нас. – Это было больше похоже на движение митральных клапанов, хотя я ожидал услышать шум аортальных клапанов. А чтобы разобраться в этой ситуации, мне необходима помощь доктора Лоу».

Лоу подтвердил догадки Ника. По его словам, шумы в сердце пациента чем-то похожи на звуки, издаваемые и митральными, и аортальными клапанами.

Обычные люди не слышат этого просто потому, что не знают, что должны услышать. Чтобы лучше понять это, попытайтесь представить себе останки или кости, которые находятся в грязи. Опытный археолог сможет достать их гораздо быстрее, так как в его голове имеется четкий образ того, что ему необходимо найти.

«На самом деле звуки, которые издает сердце, имеют сложную структуру, – говорит Лоу. – В них имеются обертона и многие другие призвуки. Именно поэтому звуки и шумы, возникающие в сердце, имеют особый тембр, – поясняет он. – К ним приходится тщательно прислушиваться».

Как же стоит прислушиваться? «Ключевым элементом является распознавание паттернов», – позже рассказал нам Пинч.
Некоторые паттерны, например, начало «Симфонии №5» Л.В. Бетховена, довольно просты.

Просты в том смысле, что их легко распознать. Но сложность повышается, когда звуки становятся сложнее. На следующей записи два кустарниковых крапивника начинали петь по отдельности. Но затем их песни быстро слились воедино, и сформировался определенный паттерн.

Вся работа Пинча посвящена изучению того, как ученые слушают. Он утверждает, что у слуха есть ряд преимуществ над зрением. «Поле зрения в каком-то смысле находится прямо перед нами, подобно экрану, – говорит он, тогда как звук «окружает нас со всех сторон».

Если зрение можно сравнить с картинной галереей, то слух больше похож на бассейн, в котором мы постоянно плаваем. Ночью мы можем проснуться от крика ребенка или звуков опасности – например, издаваемых хищником. Эти звуки запускают сигнальную систему, которая располагается глубоко внутри нашего мозга. По мнению Пинча, умение слушать, особенно по ночам, «скорее всего, играло для человека очень важную роль в процессе эволюции».

Проблема изучения физических явлений при помощи звука – начиная от погоды и поведения животных и заканчивая умением определять, когда нужно поменять масло в двигателе – состоит в том, что звук быстро пропадает: он, как говорится, влетает в одно ухо, а вылетает из другого.



Реклама фонографа Эдисона, ок. 1900г

Однако, как замечает Пинч, так было до тех пор, пока люди не научились записывать звук. «Мне кажется, в период раннего использования фонографа, особенно ближе к 1880 году, наше отношение к звуку сильно изменилось, – говорит Пинч, – потому что впервые за всю историю у нас появилась возможность «переносить» звук. Теперь мы можем хранить его на различных устройствах».

Как только человек научился записывать звуковые сигналы и внимательно слушать, перед ним, по словам Пинча, открылась целая вселенная новых возможностей.

Примечание редактора: Внимательный читатель подсказал нам, что шумы в сердце могут возникать и по другим причинам, и большинство таких звуков не представляет угрозы для здоровья человека.

Парочка интересных материалов для дальнейшего чтения:

• Хитросплетения мышления и особенности восприятия звука;
• Мнение инженера: Как создать свою экосистему звука;
• Как слушают музыку сотрудники Basecamp по всему миру;
• Стартапы и технологии из мира аудио: четыре любопытные новости;
• 10 лучших автомобилей для меломанов.

Источник: geektimes.ru/company/audiomania/blog/261966/