Tại sao chúng ta có thể nghe được âm thanh và nhìn được hình dạng, màu sắc của các sự vật, hiện tượng xung quanh?

Khi chúng ta “nghe” và “nhìn” được thế giới xung quanh, thực tế là các giác quan—tai và mắt—đang biến đổi những dao động cơ học (âm thanh) và sóng điện-từ (ánh sáng) thành tín hiệu điện, rồi gửi lên não để xử lý, cho ta cảm giác về âm thanh, hình dạng, màu sắc. 1. Cơ chế nghe (thính giác) a. Thu nhận sóng âm - Khi vật thể dao động, nó tạo ra sóng âm (biến thiên áp suất không khí). - Sóng âm được vành tai (pinna) thu vào, đi qua ống tai ngoài, đến màng nhĩ. b. Chuyển dao động cơ học sang điện thần kinh - Màng nhĩ rung lên theo sóng âm. Rung động này được truyền qua chuỗi ba xương con (búa – đe – bàn đạp) ở tai giữa, khuếch đại lên gấp vài lần. - Bàn đạp (stapes) đẩy lên cửa sổ bầu dục (oval window) vào dịch lỏng trong ống xoắn ốc (ốc tai). - Dịch lỏng chuyển động làm rung màng nền (basilar membrane), kích thích các tế bào lông (hair cells) nằm trên đó. - Hair cells biến cơ học rung thành điện thế hoạt động, truyền tín hiệu qua dây thần kinh thính giác (số VIII) lên não, đến trung tâm nghe ở vùng thái dương. c. Nhận biết cao độ, cường độ và hướng - Vị trí trên màng nền (gần hoặc xa cửa sổ bầu dục) quyết định tần số âm. - Biên độ dao động xác định độ to (cường độ) âm. - Sự khác biệt về cường độ và thời gian đến tai trái/phải giúp xác định hướng âm. 2. Cơ chế nhìn (thị giác) a. Thu nhận sóng ánh sáng - Ánh sáng (sóng điện từ bước sóng ~380–780 nm) đi qua giác mạc, thủy tinh thể, được hội tụ lên võng mạc (retina) ở đáy nhãn cầu. b. Chuyển quang năng thành điện thần kinh - Võng mạc có hai loại tế bào quang thụ: • Tế bào que (rods) nhạy trong điều kiện tối, phân biệt độ sáng – tối. • Tế bào nón (cones) nhạy sáng ban ngày, có ba loại (S-cone, M-cone, L-cone) tương ứng với các dải sóng ngắn (xanh lam), trung (xanh lục), dài (đỏ). - Khi photon ánh sáng chạm vào sắc tố thị giác trong que/nón, tạo chuỗi phản ứng hóa học – điện, sinh ra xung thần kinh. - Xung thần kinh truyền qua các nơ-ron trung gian ở võng mạc, ra dây thần kinh thị giác (số II), vào não. c. Xử lý hình ảnh và màu sắc - Ở vỏ não chẩm, các trung tâm thị giác phân tích: • Đường nét, biên (edges) để xác định hình dạng. • Độ tương phản sáng – tối. • Sự kích hoạt tương đối của ba loại nón để tái tạo màu sắc. - Não tổng hợp thông tin từ hai mắt để cho ta cảm giác không gian (thị giác 3D). Tóm lại, nhờ tai và mắt là những máy biến đổi năng lượng (cơ học hoặc điện-từ) thành tín hiệu điện-thần kinh, rồi não bộ “dịch” tín hiệu đó thành âm thanh chúng ta nghe được, hình ảnh, màu sắc chúng ta nhìn thấy.