หูชั้นในกับประสาทการได้ยินที่ 2 ที่ถูกลืม?

แปลและเรียบเรียงจาก “Do Humans Possess a Second Sense of Hearing?” โดย Neil Todd
http://www.americanscientist.org/issues/feature/2015/5/do-humans-possess-a-second-sense-of-hearing


เมื่อพูดถึงประสาทสัมผัสของมนุษย์ เราจะนึกถึงประสาทสัมผัสทั้ง 5 ผ่านอวัยวะหลัก ได้แก่ การสัมผัสด้วยผิวหนัง การมองเห็นด้วยตา การรับรู้รสด้วยลิ้น การรับรู้กลิ่นด้วยจมูก และการได้ยินด้วยหู ซึ่งส่วนประกอบของหูชั้นในที่เรียกว่า Vestibular System ยังทำหน้าที่ควบคุมการทรงตัวอีกด้วย โดยโครงสร้างอวัยวะในส่วนของการทรงตัวอยู่นอกจากจะอยู่บริเวณใกล้เคียงกับ ส่วนของหูชั้นในที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการได้ยิน (Cochlea) แล้ว ยังมีลักษณะการทำงานที่คล้ายกัน กล่าวคือมีลักษณะของเซลล์ขนที่ใช้ในการรับรู้การเคลื่อนไหวของศีรษะและการ รับรู้การสั่นสะเทือนที่ครอบคลุมย่านความถี่ของคลื่นเสียงความถี่ต่ำ ซึ่งจะส่งกระแสประสาทในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าไปยังเส้นประสาทต่อไป โดยในสัตว์หลายชนิดใช้อวัยวะในระบบ Vestibular System เป็นอวัยวะหลักสำหรับการได้ยิน และมีความเป็นไปได้ว่าระบบ Vestibular System ในหูชั้นในของมนุษย์อาจทำหน้าที่เป็นประสาทการได้ยินที่ 2 ที่ช่วยเสริมการทำงานของ Cochlea

ลักษณะภายในของหูมนุษย์ (ภาพจากสถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ มหาวิทยาลัยมหิดล)

วิวัฒนาการของการได้ยิน

อวัยวะส่วน Cochlea ที่ใช้รับรู้การได้ยินเป็นอวัยวะที่เกิดขึ้นในช่วงหลังของวิวัฒนาการของสัตว์ และพบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทำให้เกิดคำถามว่าสัตว์มีกระดูกสันหลังที่ไม่มี Cochlea เช่น ปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ใช้อวัยวะใดสำหรับรับรู้การได้ยิน? และอวัยวะส่วนที่ควบคุมการทรงตัวมีความเกี่ยวข้องกับการได้ยินได้อย่างไร?

เมื่อสำรวจย้อนไปถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังและพืช จะพบว่าการรับรู้แรงโน้มถ่วงของโลกที่ส่งผลให้สามาระแยกแยะทิศทางขึ้น-ลงได้ เป็นหนึ่งในสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิต โดยพืชหลายชนิดมีส่วนประกอบของเซลล์เรียกว่า Statolith ที่ใช้ความแตกต่างของความหนาแน่นของคาร์โบไฮเดรตภายในเซลล์ สำหรับการรับรู้ทิศทางของแรงโน้มถ่วง เพื่อใช้ควบคุมการเจริญเติบโตให้รากแทงลึกลงไปในดิน และให้ลำต้นชูขึ้นเพื่อรับแสงอาทิตย์

การทำงานของ Statolith ทำให้รากของพืชเจริญเติบโตในทิศทางของแรงโน้มถ่วง (ภาพจาก Biological Exceptions)

ในส่วนของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น แมงกะพรุน ก็มีอวัยวะในการรับรู้แรงโน้มถ่วงเรียกว่า Statolith เช่นกัน โดย Statolith ของแมงกะพรุนจะติดอยู่กับตาและอวัยวะที่ทำหน้าที่รับแสง เพื่อช่วยรักษาการทรงตัวในทิศทางขึ้น-ลง และควบคุมการเคลื่อนที่ในการหาอาหาร

Statolith อยู่บริเวณฐานอวัยวะตาของแมงกะพรุน Box Jelly Fish (ภาพจาก Royal Society Publishing)

อวัยวะในการรับรู้แรงโน้มถ่วงของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังได้มีวิวัฒนาการให้มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้นในสัตว์ประเภทหมึก ซึ่งมีอวัยวะ Statocyst จำนวน 1 คู่ (ซ้ายและขวา) ประกอบด้วย Statolith ภายในจำนวนมากที่สามารถรับรู้แรงโน้มถ่วง อัตราแร่ง และความสั่นสะเทือนได้ ซึ่งนับเป็นจุดเริ่มต้นของวิวัฒนาการอวัยวะที่ทำหน้าที่คล้ายกับหูในการรับ รู้การสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงและควบคุมการทรงตัว

อวัยวะ Otolith กับการได้ยินของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ในส่วนของปลาซึ่งเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังจำพวกแรก มีอวัยวะสำหรับรับรู้แรงโน้มถ่วง อัตราเร่ง และการได้ยิน เรียกว่ากระดูกหู หรือ Otolith (มาจากภาษากรีก Oto แปลว่าหู และ Lithos แปลว่าหิน) อยู่บริเวณส่วนหัวใกล้กับตา ประกอบด้วยตะกอนหินปูนและกลุ่มเซลล์ขนที่ใช้รับรู้การสั่นสะเทือน ซึ่งกระดูกหูของปลาทำหน้าที่คล้ายกับหูชั้นในที่ไม่มีช่องหูต่อออกไปยังภายนอก แต่ในปลาบางชนิดจะมีการเชื่อมต่อกระดูกหูกับถุงลมเพื่อใช้ในการรับรู้การสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงย่านความถี่ต่ำ โดยปลามีความสามารถในการได้ยืนคลื่นเสียงความถี่ต่ำในย่าน 100 – 300 Hz ได้ดีเกือบเทียบเท่ามนุษย์ (คลื่นเสียงความถี่ต่ำถูกดูดกลืนในน้ำน้อยกว่าคลื่นเสียงความถี่สูง คลื่นเสียงความถี่ต่ำจึงเดินทางในน้ำได้ไกลกว่า) นอกจากนี้ปลาบางชนิดยังมีกลไกในการใช้กล้ามเนื้อเพื่อสั่นถุงลมสำหรับสร้าง คลื่นเสียงเพื่อใช้ดึงดูดเพศตรงข้ามในฤดูผสมพันธุ์อีกด้วย

กระดูกหูของปลากระพงแดง (ภาพจาก NOAA Teacher at Sea)

จะเห็นได้ว่าอวัยวะสำหรับรับรู้แรงโน้มถ่วง อัตราเร่ง และการมองเห็น เพื่อควบคุมการทรงตัวและการเคลื่อนที่ มีความเกี่ยวข้องกับอวัยวะสำหรับการได้ยินและการส่งเสียงตามวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมาจนถึงสัตว์มีกระดูกสันหลังเมื่อหลายร้อยล้านปีก่อน ซึ่งได้พัฒนาจนมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเพิ่มความได้เปรียบในการหาอาหารและการหลบหนีจากสัตว์อื่นที่เป็นผู้ล่า และเพิ่มโอกาสในการสืบพันธุ์เพื่อขยายเผ่าพันธุ์

การได้ยินที่ซับซ้อนมากขึ้นก่อนจะเป็น Cochlea

อวัยวะสำหรับการได้ยินของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ เช่น กบ มีการวิวัฒนาการเป็นอวัยวะที่ใช้รับรู้การสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงด้วยของเหลวภายในหูชั้นในร่วมกับเซลล์ขน ได้แก่ Basilar Papilla (สำหรับเสียงความถี่สูง) และ Amphibian Papilla (สำหรับเสียงความถี่ต่ำ) คล้ายกับ Cochlea ในหูของมนุษย์ ซึ่งช่วยเพิ่มย่านความถี่ของคลื่นเสียงในการได้ยิน นอกจากนี้สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำยังมีแผ่นแก้วหู (Tympanum) และโพรงหูชั้นกลางใช้สำหรับการได้ยินคลื่นเสียงที่เดินทางผ่านอากาศบนบก ในขณะที่ส่วนของหูชั้นในที่ทำหน้าที่ควบคุมการทรงตัวและรับรู้การสั่นสะเทือนได้พัฒนาอวัยวะ Otolith ไปเป็นตะกอนหินปูนใน Utricle และ Saccule ที่ใช้สำหรับรับรู้การสั่นสะเทือนและการเคลื่อนไหวในแนวระดับและในแนวดิ่ง ตามลำดับ ซึ่งอวัยวะสำหรับรับรู้การสั่นสะเทือนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแนวดิ่งจะมีประโยชน์สำหรับการรับรู้การสั่นสะเทือนบนผิวน้ำสำหรับสัตว์ที่ผสมพันธุ์และวางไข่ในน้ำ ซึ่งกบมีกล่องเสียง (Larynx) และถุงเสียง (Vocal Sac) สำหรับออกเสียงร้องและสร้างการสั่นสะเทือนในย่านความถี่ที่เหมาะกับ Saccule

กบ Bullfrog ส่งเสียงร้องความถี่ต่ำจนมองเห็นคลื่นบนผิวน้ำได้ (ภาพจาก DrSpencerMoorePhotography)

วิวัฒนาการขั้นต่อมาจากสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำคือสัตว์ในกลุ่ม Archosaurian ซึ่งประกอบด้วยไดโนเสาร์ จรเข้ และนก มีอวัยวะในหูชั้นในที่เหมือนกันคือ Basilar Papilla สำหรับการได้ยินเสียงความถี่สูงซึ่งทำงานคล้ายกับ Cochlea ในมนุษย์ และมีลักษณะการใช้เสียงร้องที่ซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ดีสัตว์ประเภทจรเข้บางชนิดยังคงมีการใช้เสียงที่ความถี่ต่ำประมาณ 20 Hz สำหรับดึงดูดจรเข้ตัวเมีย ซึ่งเป็นเสียงความถี่ต่ำกว่าความถี่ที่มนุษย์ได้ยิน แต่สามารถสร้างการสั่นสะเทือนบนผิวน้ำและรับรู้ได้ด้วยอวัยวะ Saccule ในหูชั้นในของจรเข้

จรเข้ตัวผู้เรียกตัวเมียด้วยเสียงความถี่ต่ำกว่าหูของมนุษย์จะได้ยิน แต่สามารถมองเห็นการสั่นสะเทือนบนผิวน้ำได้ (ภาพจาก Stephen L Tabone Nature Photography)

อวัยวะ Otolith กับการได้ยินของมนุษย์

ในส่วนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์ ได้มีวิวัฒนาการอวัยวะสำหรับการได้ยินเป็น Cochlea รูปก้นหอย ภายในประกอบด้วยของเหลวและเซลล์ขนที่สามารถแยกแยะเสียงความถี่ต่างๆ ได้ ทำให้ Cochlea สามารถทำหน้าที่วิเคราะห์ความถี่ (Spectrum Analysis) ของเสียงที่ได้ยิน ช่วยให้มนุษย์มีความสามารถในการได้ยินที่ซับซ้อนมากขึ้นจนสามารถติดต่อสื่อสารด้วยการพูดและแยกแยะเสียงดนตรีได้

ส่วนประกอบของหูชั้นใน และการทำงานของ Utricle กับ Saccule (ภาพจาก Dizziness-and-balance.com)

อย่างไรก็ดี หูชั้นในของมนุษย์ยังคงมีอวัยวะ Otolith ประกอบด้วยตะกอนหินปูน ของเหลว และเซลล์ขนสำหรับรับรู้อัตราเร่งในแนวระดับและแนวดิ่ง ได้แก่ Utricle และ Saccule ในระบบ Vestibular System ที่ทำงานร่วมกับหลอดครึ่งวงกลม (Semicircular Canal) จำนวน 3 หลอดสำหรับรับรู้การหมุนของศีรษะใน 3 ทิศทาง ซึ่งระบบ Vestibular System ทำงานร่วมกับการมองเห็นเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวและการทรงตัว นอกจากนี้จากการทดลองยังพบว่าระบบ Vestibular System ของมนุษย์ยังตอบสนองต่อคลื่นเสียงความถี่ต่ำประมาณ 500 Hz (ย่านความถี่ใกล้เคียงกับการได้ยินของปลา) และตอบสนองต่อการสั่นสะเทือนผ่านกระดูกหัวกะโหลกที่ความถี่ต่ำลงไปถึง 100 Hz หรือในบางกรณีอาจมีการตอบสนองต่อการสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่ำกว่าความถี่ในการได้ยิน (มนุษย์สามารถได้ยินเสียงที่ความถี่ประมาณ 20 Hz – 20KHz) ลักษณะคล้ายกับการรับรู้การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ซึ่งมีความเป็นไปได้ว่าระบบ Vestibular System ของมนุษย์จะมีความเกี่ยวข้องในเชิงวิวัฒนาการกับอวัยวะสำหรับการได้ยินในปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ

ส่วนประกอบของอวัยวะ Otolith ใน Utricule/Saccule ตะกอนหินปูนจะเคลื่อนที่ตามแรงโน้มถ่วงหรือการสั่นสะเทือน ซึ่งจะสัมผัสได้ด้วยเซลล์ขน (ภาพจาก Studyblue)

คำถามต่อมาคือ เหตุใดมนุษย์ซึ่งมีวิวัฒนาการอวัยวะสำหรับการได้ยินที่ซับซ้อนของหูชั้นใน ยังคงมีส่วนของอวัยวะ Otolith ที่มีการทำงานในการได้ยินที่เก่ามากเมื่อเปรียบเทียบในเชิงลำดับของวิวัฒนาการ ซึ่งความเป็นไปได้หนึ่งอาจเป็นแค่ส่วนอวัยวะที่ยังคงหลงเหลือจากวิวัฒนาการเก่าที่ไม่ได้มีการใช้งานแล้ว แต่เมื่อพิจารณาบทบาทของการได้ยินด้วยอวัยวะ Otolith ของปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่เกี่ยวข้องกับการดึงดูดเพศตรงข้ามและการผสมพันธุ์ อาจมีความเป็นไปได้ว่าอวัยวะ Otolith ของมนุษย์อาจมีความเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการสืบพันธุ์ของมนุษย์ด้วย

ที่ผ่านมาเคยมีการศึกษาความเกี่ยวข้องของระบบ Vestibular System ของมนุษย์กับอารมณ์และความรู้สึก โดยพบว่าการกระตุ้นประสาทในส่วนของระบบ Vestibular System ส่งผลต่อสมองส่วน Hypothalamus และ Amygdala ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมอารมณ์และความรู้สึก ความเกี่ยวข้องดังกล่าวสังเกตเห็นได้ชัดจากผู้ที่เป็นโรคเกี่ยวกับระบบ Vestibular System ที่มักมีอาการคลื่นไส้ เวียนหัว (Motion Sickness), บ้านหมุนทรงตัวไม่ได้ (Vertigo) และมีความรู้สึกวิตกกังวล (Anxiety)

การทดสอบ VEMP (Vestibular Evoked Myogenic Potentials) สำหรับวินิจฉัยโรคเกี่ยวกับหูชั้นในและการทรงตัว (ภาพจาก otosurgery.org)

ในส่วนของความเกี่ยวข้องในเชิงบวก ระบบ Vestibular System อาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับความสุขและความตื่นเต้นจากการกระตุ้นด้วยการหมุนและการเคลื่อนไหวรุนแรง เช่น การเล่นรถไฟเหาะและเครื่องเล่นในสวนสนุก หรือการกระตุ้นจากการเคลื่อนไหวเป็นจังหวะ เช่น การเต้นรำ ซึ่งสัตว์หลายประเภท ได้แก่ นกและลิง มีพฤติกรรมการส่งเสียงร้องเพลงและเต้นรำในการจับคู่ผสมพันธุ์ที่สามารถเชื่อมโยงกับการทำงานของหูชั้นในทั้งในส่วนของ Cochlea (เสียงเพลง) และ Vestibular System (การเคลื่อนไหว) ในลักษณะเดียวกันกับพฤติกรรมการเต้นประกอบเสียงดนตรีของมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดนตรีเต้นรำที่มักมีเสียงเบสความถี่ต่ำและดังในย่านความถี่การรับรู้ของระบบ Vestibular System แสดงให้เห็นว่าการรับรู้จังหวะและการที่มนุษย์มักมีพฤติกรรมการเคลื่อนไหวตามจังหวะดนตรีน่าจะมีความเกี่ยวข้องกับการรับรู้ด้วยอวัยวะในระบบ Vestibular System และมีแนวโน้มเป็นไปได้ว่าระบบ Vestibular System จะมีการทำงานร่วมกับการได้ยินปกติของมนุษย์ ในลักษณะของประสาทการได้ยินที่ 2 ที่เกี่ยวกับดนตรี การเต้นรำ และพฤติกรรมทางเพศ


อ้างอิง

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s