Наш организм иногда называют идеальным механизмом. И все же он гораздо больше, чем просто машина. Человеком движет творчество, любопытство, воображение и изобретательность.
Каких только способностей нет у человека! Ни одно животное не обладает подобным диапазоном возможностей.
В первую очередь, такие уникальные особенности человека объясняются в частности — прямохождением. Благодаря ему у нас достаточно широкое поле зрения, а руки освобождены для выполнения различных работ.
Прямохождение — энергетически выгодно для человека, поскольку поддержание вертикального положения тела не требует большой мышечной работы. Еще одна удивительная особенность нашего организма — сложнейшая сенсорная система, о которой пойдет речь далее. Эта система включает в себя руки, уши, глаза и, конечно же, мозг.
Мозг
Мозг считают самым сложным объектом во вселенной. Человеческий мозг приводит многих ученых в восхищение. Даже мощнейший суперкомпьютер кажется примитивным по сравнению с этой серой массой весом менее полутора килограммов, состоящей из нейронов и других структур.
Только подумайте: благодаря мозгу мы дышим, смеемся, плачем, решаем разные задачи, создаем компьютеры, катаемся на велосипеде, пишем стихи и с благоговением вглядываемся в ночное небо. Как наш мозг «видит», «слышит», «обоняет» и «осязает»? Ученые теряются в догадках. Наш мозг вряд ли подскажет, каким образом мы видим сейчас эти слова.
Мозг поразительным образом расшифровывает поток сигналов, поступающих по нервам от органов чувств. Более того, он ассоциирует эти сигналы с соответствующей информацией, хранящейся в памяти. Так, какой-то определенный запах может вызвать воспоминание о давно забытом событии. А стоит вам увидеть лишь малую часть чего-то знакомого, например кончик хвоста вашего кота, и мозг сразу же «дорисует» образ кота, который прячется где-то рядом.
Конечно, в наш мозг не была заложена программа с изображениями котов, запахом роз, звуками журчащей воды или приятным чувством от прикосновения к меху. Всему этому мозг научился со временем.
Органы речи
Всем нам знакомо «средство связи», которое часто воспринимается как должное. Это наш собственный голос. Свыше половины нейронов в двигательной области коры головного мозга — а их там миллиарды — управляют органами речи, и около 100 мышц отвечают за слаженную работу языка, губ, челюстей, горла и грудной клетки.
Слух
Наши уши — тоже часть этой «системы связи». Ухо преобразует звуки в электрические импульсы, которые затем поступают в мозг. Там эта информация обрабатывается, благодаря чему мы можем узнавать людей по тембру их голоса. Кроме того, звук достигает одного уха на миллионные доли секунды быстрее, чем другого. Улавливая эту разницу, мозг точно определяет, откуда исходит звук. Такие способности мозга и слухового аппарата позволяют нам слушать какого-то конкретного человека, даже когда говорят сразу несколько людей.
Ухо здорового человека настолько чувствительно, что способно воспринимать звуки, при которых амплитуда колебаний воздуха у барабанной перепонки меньше диаметра атома! В большей чувствительности не было бы смысла, поскольку мы бы слышали лишь шум». Этот шум создавался бы беспорядочным движением атомов и молекул воздуха.
Вибрация барабанной перепонки усиливается механически действием рычага и передается внутреннему уху посредством крошечных слуховых косточек — молоточка, наковальни и стремечка. Но что, если мы вдруг слышим оглушительно громкий звук? В этом случае срабатывает защитный механизм: определенные мышцы воздействуют на косточки, в результате чего сила звука уменьшается. Однако наши уши не могут выдерживать слишком громкий и продолжительный звук: он может серьезно повредить слуху.
Наши органы слуха также помогают нам определить источник звука. Секрет заключается в ряде факторов. В частности, наружное ухо имеет форму раковины с желобками, уши расположены по разные стороны головы, а мозг обладает удивительными вычислительными способностями. Так, если интенсивность звука, воспринимаемого каждым ухом, слегка отличается или сигнал приходит к одному уху на одну тридцатимиллионную секунды раньше, чем к другому, то мозг мгновенно направляет наш взгляд в сторону источника звука.
Зрение
Наши глаза подобны крошечным телекамерам. Они преобразуют изображения в электрические сигналы и передают их по зрительному нерву в затылочную часть мозга, которой, по сути, мы и видим.
Глаз — настоящее чудо природы. Несмотря на свои миниатюрные размеры (его диаметр всего 24 миллиметра, а вес 7,5 граммов), он невероятно сложен. Например, он оснащен особыми системами, позволяющими видеть как при ярком свете, так и в сумерках. Поэтому, если мы входим в темную комнату, через полчаса наши глаза становятся в 10000 раз более восприимчивыми к свету.
Что при оптимальном освещении позволяет нам видеть так четко? Дело в том, что светочувствительных клеток в глазу в 100 раз больше, чем пикселей во многих видеокамерах. Кроме того, значительная часть этих клеток сосредоточена на маленьком участке в сетчатке глаза, называемом центральной ямкой, которая и обеспечивает остроту зрения. Поскольку глазное яблоко совершает мелкие движения несколько раз в секунду, мы четко видим все, что находится в нашем поле зрения. Поразительно, но размеры центральной ямки не больше точки в конце этого предложения.
Электрические сигналы передаются от светочувствительных клеток к зрительному нерву. В свою очередь нервные клетки не только передают сигналы в мозг, но и обрабатывают их, сосредоточиваясь на полезной информации и отсеивая ненужные детали.
Зрительная зона коры головного мозга — это своего рода сложный приемник видеосигналов. Этот участок мозга усиливает четкость контуров изображения. Кроме того, он анализирует сигналы, поступающие от клеток, чувствительных к основным цветам, поэтому мы можем различать миллионы оттенков. Также наш мозг улавливает мелкие различия между тем, что видит правый и левый глаз. Благодаря этому у нас есть объемное восприятие мира.
Только представьте: когда издалека мы смотрим на большую группу людей, наши глаза сканируют их лица, а затем посылают электрические импульсы в мозг. Там эти сигналы преобразуются в четкое изображение. Мелкие детали увиденных лиц сопоставляются с образами людей, которые хранятся в нашей памяти. Так мы мгновенно узнаем в толпе своих друзей и знакомых.
По мнению некоторых исследователей, люди с хорошим зрением воспринимают до 80 процентов информации о мире визуально. Благодаря слаженной работе глаз, и мозга мы можем различать полный цветовой спектр, следить за движущимися изображениями и предметами, распознавать формы и узоры, а также видеть в трех измерениях. К тому же наше зрение может адаптироваться к разной степени освещенности.
В процессе адаптации участвует ряд механизмов. К примеру, зрачок способен расширяться от 1,5 до 8 миллиметров в диаметре, при этом в глаз может попадать в 30 раз больше света. Пройдя через хрусталик, свет фокусируется на сетчатке, и первичный световой сигнал может усиливаться в 100000 раз. Поэтому никогда не смотрите на солнце невооруженным глазом!
Сетчатка состоит из двух типов фоторецепторов: колбочек (около 6 миллионов), отвечающих за цветовое зрение и высокое разрешение, и палочек (120—140 миллионов). Палочки более чем в 1000 раз чувствительнее колбочек и позволяют видеть при низкой освещенности. В оптимальных условиях одна палочка может регистрировать единичный фотон — элементарную световую частицу!
Другой адаптационный механизм задействует нейроны сетчатки, связанные с колбочками и палочками. Эти нейроны адаптируются «за считанные секунды и могут усилить остроту ночного зрения в 10 и более раз. Нейронную адаптацию можно сравнить с фотоаппаратом, который фотографирует одновременно на две пленки: с низкой чувствительностью и с высокой.
Инженеры создают фотоаппараты, сканеры и компьютеры с соответствующим программным обеспечением. Однако степень интеграции и достигаемый уровень сложности этих приборов намного ниже, чем у нашей сенсорной системы.
Сердце
Наше сердце подобно слаженно и бесперебойно работающему мотору, который приводит в движение всю систему кровообращения. У взрослого человека сердце бьется с частотой более 100 ООО раз в сутки. Даже если мы отдыхаем, наша сердечная мышца продолжает усиленно работать, причем вдвое интенсивнее, чем мышцы ног во время бега на короткую дистанцию. При необходимости оно может за пять секунд ускорить свой темп в два раза. У взрослых, в зависимости от физической нагрузки, оно ежеминутно перекачивает от 5 литров крови (это средний объем крови в организме) до 20 литров.
Сердцебиение регулируется удивительно устроенной нервной системой. Она следит за тем, чтобы камеры сердца сокращались попеременно: сначала верхние камеры (предсердия), а затем, с задержкой в доли секунды, нижние камеры (желудочки). Звуки тун-тун, которые врач слышит через стетоскоп, издаются захлопыванием клапанов, а не самой сердечной мышцей.
У людей темп сердцебиения с возрастом замедляется: у новорожденного он составляет примерно 130 ударов в минуту, а у взрослого — около 70. Сердце здорового человека может совершать свыше трех миллиардов биений, и поэтому он живет 70—80 лет и больше!
Рука
Рука человека — прекрасный инструмент, действующий с поразительной точностью. Руками мы вдеваем нитку в иголку, рубим дрова, пишем портрет или играем на фортепьяно. Наши руки необыкновенно чувствительны. Даже легкое прикосновение дает нам представление о том, что перед нами: мех, бумага, кожа, металл, вода или дерево.
Руки не просто орудие, с помощью которого мы берем предметы и манипулируем ими, — они позволяют нам познавать мир и выражать нежные чувства.
Почему наши руки столь умелы, экспрессивны, чувствительны и многофункциональны? Причин тому множество. Вот лишь четыре из них.
- Обе наши руки в общей сложности состоят из более 50 костей, что составляет примерно четвертую часть всех костей организма. Такая конструкция из костей, суставов и связок обеспечивает рукам необычайную подвижность.
- В человеческой руке большой палец противопоставлен всем остальным. Он соединен с кистью при помощи седловидного сустава — гениальной конструкции из двух суставных поверхностей, по форме напоминающих седло и расположенных под прямым углом друг к другу. Этот сустав вместе с мышцами и другими тканями делает большой палец удивительно подвижным и сильным.
- Рукой управляют три группы мышц. Две самые сильные из них — разгибатели и сгибатели — расположены в предплечье и связаны с пальцами посредством сухожилий. Если бы эти мышцы размещались в кисти, она была бы крайне громоздкой и неповоротливой. Третья группа, состоящая из более мелких мышц, расположенных в самой кисти, обеспечивает пальцам точность движений.
- Наши пальцы можно назвать живыми датчиками, поскольку на их кончиках находятся около 2500 рецепторов, занимающих площадь в один квадратный сантиметр.
Поэтому цените свои возможности, которыми вас одарила природа!