Человеческое ухо настроено на восприятие механических колебаний воздушной среды. Про вибрацию говорят в тех случаях, когда источник колебаний соприкасается непосредственно с телом человека или колебания достигают тела через какую-либо, обычно твердую, среду. Однако, если, например, ножку звучащего камертона приставить к голове человека, слышен звук. В чем же разница между слухом и ощущением вибрации, да и есть ли вообще такое особое ощущение? Ведь некоторые ученые отождествляли его со слухом. Другие считали, что костнотканевая проводимость «работает» главным образом на голове, а если механические колебания приложены к телу, в их восприятии принимает участие аппарат тактильной рецепции. Были приверженцы существования особой костно-вибрационной чувствительности со своим рецепторным аппаратом. Наконец, еще одна точка зрения: ощущение вибрации есть элементарная форма чувствительности, свойственная любой ткани. В последние годы большинство ученых связывает ощущение вибрации с аппаратом тактильной рецепции. Исследования, выполненные с использованием фокусированного ультразвука, позволили поддержать эту точку зрения.

Прежде всего установлено, что с помощью ультразвука можно вызывать точно такие же ощущения, как при действии вибратора. На кожу пальца воздействовали ультразвуковыми стимулами длительностью около 1 мс с разной частотой их следования, а также фокусированным ультразвуком, модулированным по амплитуде синусоидальными колебаниями разных частот. Ультразвук в эксперименте выгодно отличается от вибратора тем, что практически полностью может быть исключено акустическое переслушивание по воздуху. Сравнение ультразвуковой стимуляции с действием вибратора показало, что в обоих случаях можно вызвать однотипное специфическое ощущение. Испытуемые называли его сверлящим, жужжащим, сравнивали с ощущением при движении на коже сверла или буравчика. Ощущение возникало при частоте следования ультразвуковых импульсов или частоте амплитудной модуляции от 15—40 до приблизительно 700 Гц. Частота колебаний вибратора была примерно в том же диапазоне. Характерно также, что при всех этих способах стимуляции человек не может различить изменения частоты воздействия. В то же время пороги ощущения для разной частоты различаются. Наибольшая чувствительность — т. е. наименьшие пороги — отмечена при частоте около 250 Гц как в случае ультразвука (частота модуляции, частота следования стимулов), так и при стимуляции вибратором (рис. 18). Пороги ощущения вибрации значительно выше слуховых порогов. Поэтому вполне естественно, что при подаче механических колебаний на голову с увеличением интенсивности стимуляции прежде всего появляется слуховое ощущение. Частотный диапазон его значительно шире, появляется частотное различение, а наибольшая чувствительность выражена к частоте колебаний 1000 Гц и более. Это типичные результаты, связанные с так называемой костной проводимостью.

Как уже было отмечено, выполненные исследования согласуются с данными литературы. Таким образом, есть все основания утверждать, что имеются существенные отличия ощущения вибрации от слуха. Ощущение вибрации не сопровождается какими-либо температурными или болевыми ощущениями, поэтому остается предположить связь ощущений вибрации лишь с тактильной рецепцией. Наиболее вероятно, что для ощущения вибрации нет специализированного рецепторного аппарата. Частота механических колебаний, вызывающих ощущение вибрации, с учетом данных, полученных с помощью фокусированного ультразвука и сведений литературы, — от 15—40 до 700—1000 Гц. Хотя эмпирически люди понимают, что такое вибрация, научного ее определения до последнего времени не было. Попытаемся его сформулировать.

Рис. 18. Ощущения вибрации, вызванные фокусированным ультразвуком.

По оси абсцисс на А — частота амплитудной модуляции ультразвука, Гц, на Б — частота колебания вибратора, Гц; по оси ординат на А — интенсивность ультразвука, осредненная по площади фокальной области, Вт/см², на Б — величина порога ощущения, дБ от уровня для частоты 250 Гц. Светлые и черные кружки — пороги для двух испытуемых.

Вибрацией называют механические колебания частотой в полосе от 15—40 до 700—1000 Гц, вызывающие у человека специфическое ощущение, для которого характерны минимальные пороги на частоте колебаний около 250 Гц и отсутствие частотного различения при равной надпороговой интенсивности воздействия.

Слуховой рецепторный аппарат относят к механорецепторам. Это значит, что он активируется механическими стимулами. Ультразвук, как уже известно, может активировать механорецепторы, например тактильные или температурные. (Напомним, что изучение температурной рецепции с помощью ультразвука позволило рассматривать ее как разновидность механорецепции). Поэтому вполне естественно пришла мысль сфокусировать ультразвук на улитку человека.

Но как «подобраться» к улитке, расположенной глубоко в височной кости, откуда фокусировать ультразвук на улитковый лабиринт, в котором расположены рецепторы? Направить ультразвук через ухо, естественным путем, нереально. В наружном слуховом проходе, в полостях среднего уха и сосцевидного отростка содержится воздух. Затухание ультразвука в воздухе очень велико, потребуется значительное увеличение интенсивности, а это невыгодно по целому ряду соображений. И главное — это может быть опасно: вспомним, что фокусированный ультразвук большой интенсивности начали использовать прежде всего для разрушений. Направить ультразвук в лабиринт через теменную или затылочную области мешают волосы — они задерживают ультразвуковую энергию, переводят ее в тепло, ненужное в данном случае. Фокусировать ультразвук через лоб могут помешать заполненные воздухом лобные пазухи. По размерам они очень отличаются у разных людей. Наиболее выгодной для фокусирования оказалась область, расположенная кверху и кпереди от основания ушного козелка. В глубине от поверхности кожи в этой области, на 30—40 мм, расположен улитковый лабиринт. Височная кость, в которой он находится, — одна из самых сложно устроенных костей черепа, со множеством изгибов, выступов и впадин. Поэтому сфокусировать ультразвук на слуховые рецепторы далеко не так просто, как в воде или другой однородной среде. Чтобы максимально точно направить ультразвук к так называемой пирамиде височной кости, в которой расположен улитковый лабиринт со слуховыми рецепторами, пришлось разработать и изготовить специальную координатную систему, использовать новые методические приемы.

Человека укладывают на бок. Голова — на специальной подушке, позволяющей лежать удобно и таким образом, чтобы указанная проекционная область возле козелка находилась в горизонтальном положении. Рядом — стойка с подвижной перекладиной, направленной к голове испытуемого. На перекладину крепят фокусирующий излучатель ультразвука, координатное устройство и полиэтиленовый мешок с водой (рис. 19). Рассмотрим подробнее координатную систему, изображенную на рисунке. Ультразвуковой излучатель опущен в воду (координатным устройством он может перемещаться в мешке в разные стороны с точностью до 0.5 мм). Сбоку от мешка — дугообразный кронштейн с длинным, закругленным на конце стержнем. Кончик стержня — указатель фокуса — отмечает место расположения центра фокальной области излучателя. Если указатель касается кожи, то именно в месте соприкосновения и находится центр. Кожа служит уровнем отсчета расстояния при перемещении фокальной области в глубинные ткани. Уже указывалось, что улитковый лабиринт углублен на 30—40 мм, считая от проекционной точки на коже. Как практически направляют в улитку фокальную область излучателя? Испытуемого предупреждают, что его голова должна быть неподвижна. Затем экспериментатор двигает излучатель ультразвука с помощью координатного устройства таким образом, чтобы кончик указателя фокуса оказался в проекционной точке на коже у козелка. Указатель фокуса снимают, полиэтиленовый мешок, в котором находится ультразвуковой излучатель, приводят в соприкосновение с кожей головы так, чтобы мешок слегка прижимал голову к подушке. При этом мешок препятствует непроизвольному смещению головы. Стенка мешка соприкасается с кожей головы через прослойку вазелина. Остается переместить в мешке излучатель ближе к голове на заданное расстояние, например 35 мм, и фокальная область будет совмещена с улитковым лабиринтом. Теперь можно приступить к воздействию ультразвуком.