Can you hear me OK?

聴こえますか？

Audience: Yes.

（聴衆）聴こえます

Jim Hudspeth: OK. Well, if you can, it's really amazing,

（ハドスピス）OK　 これは驚ろくべきことです

because my voice is changing the air pressure where you sit

なぜなら私の声は皆さんの 座っている場所の空気圧を

by just a few billionths of the atmospheric level,

大気圧のわずか数十億分の１程度だけ 変化させます

yet we take it for granted

でも あたり前のように

that your ears can capture that infinitesimal signal

その極小のシグナルを耳で捕捉できて

and use it to signal to the brain the full range of auditory experiences:

ありとあらゆる聴覚体験が 脳へ信号として送られています

the human voice, music, the natural world.

人間の声 音楽 自然界の音もあります

How does your ear do that?

それはどんな仕組みなのでしょう

And the answer to that is:

答えのカギを握るのは

through the cells that are the real hero of this presentation --

この講演で真の主人公となる ある細胞です

the ear's sensory receptors,

耳の感覚受容器で

which are called "hair cells."

「有毛細胞」と呼ばれます

Now, these hair cells are unfortunately named,

さて これらの有毛細胞は 不運にもそう名付けられました

because they have nothing at all to do with the kind of hair

不運と言ったのは この頭から 失われつつある普通の毛髪とは

of which I have less and less.

まったく関係ないからです

These cells were originally named that by early microscopists,

最初にこれらの細胞を名付けたのは 初期の顕微鏡学者でした

who noticed that emanating from one end of the cell

細胞の一端から出ている

was a little cluster of bristles.

小さな房状の毛に気づいたのでした

With modern electron microscopy, we can see much better

現代の電子顕微鏡を使えば もっと詳細に観察でき

the nature of the special feature that gives the hair cell its name.

有毛細胞の名前の由来となった特徴が より鮮明に見られます

That's the hair bundle.

これが感覚毛です

It's this cluster of 20 to several hundred fine cylindrical rods

このように 20本から数100本の 微細な棒状の円柱が集結して

that stand upright at the top end of the cell.

細胞の上の端に立っています

And this apparatus is what is responsible for your hearing me right this instant.

そしてこの器官によって 今まさに 私の声が聞こえているのです

Now, I must say that I am somewhat in love with these cells.

さて 私はこれらの細胞たちを愛していると 言っておかなければなりません

I've spent 45 years in their company --

付き合って45年になります

(Laughter)

（笑）

and part of the reason is that they're really beautiful.

その美しさも 理由の一部です

There's an aesthetic component to it.

ここには美的な要素があります

Here, for example, are the cells

例えばここにお見せする細胞は

with which an ordinary chicken conducts its hearing.

ありふれたニワトリの聴覚を担っています

These are the cells that a bat uses for its sonar.

こちらはコウモリの超音波ソナーの細胞です

We use these large hair cells from a frog for many of our experiments.

実験で良く使うのは こんなカエルの大きな有毛細胞です

Hair cells are found all the way down to the most primitive of fishes,

有毛細胞は さらに遡って きわめて原始的な魚にもあります

and those of reptiles often have this really beautiful,

は虫類の有毛細胞は このように本当に美しいものも多く

almost crystalline, order.

結晶のような秩序も見られます

But above and beyond its beauty,

しかしただ美しいだけではなく

the hair bundle is an antenna.

その感覚毛はアンテナになっていて

It's a machine for converting sound vibrations into electrical responses

機械のように 音の振動を電気的応答に変換し

that the brain can then interpret.

その信号を脳が解釈します

At the top of each hair bundle, as you can see in this image,

この写真のように それぞれの感覚毛の先端には

there's a fine filament connecting each of the little hairs,

小さい毛である 不動毛の１本１本を繋ぐ

the stereocilia.

細いフィラメントがあります

It's here marked with a little red triangle.

画面では小さな赤い三角で示しています

And this filament has at its base a couple of ion channels,

このフィラメントのつけ根には ２－３個のイオンチャンネルという

which are proteins that span the membrane.

細胞膜を貫通するたんぱく質があります

And here's how it works.

その働きを説明します

This rat trap represents an ion channel.

このネズミ捕りが イオンチャンネルです

It has a pore that passes potassium ions and calcium ions.

カリウムイオンとカルシウムイオンを 通す穴が開いています

It has a little molecular gate that can be open, or it can be closed.

分子に対して小さなゲートがあって 開けたり閉めたりすることができます

And its status is set by this elastic band which represents that protein filament.

タンパク質のフィラメントを表す このゴム紐でゲートの開閉が決まります

Now, imagine that this arm represents one stereocilium

さてこの腕が 不動毛だとしましょう

and this arm represents the adjacent, shorter one

そしてこの腕が隣の短い不動毛です

with the elastic band between them.

その間はゴム紐でつながっています

When sound energy impinges upon the hair bundle,

音のエネルギーが感覚毛にぶつかると

it pushes it in the direction towards its taller edge.

感覚毛は高い側に押されることになります

The sliding of the stereocilia puts tension in the link

不動毛どうしがスライドすることで このリンクが引っ張られ

until the channels open and ions rush into the cell.

チャンネルが開くと イオンがセルへ流入します

When the hair bundle is pushed in the opposite direction,

感覚毛が反対側へ押されたときには

the channels close.

チャンネルは閉じます

And, most importantly,

そして最も重要なのは

a back-and-forth motion of the hair bundle,

感覚毛の前後の動きが

as ensues during the application of acoustic waves,

音波があたっている間は 引き起こされて

alternately opens and closes the channel,

チャンネルの開閉が繰り返されることです

and each opening admits millions and millions of ions into the cell.

開くたびに数百万個のイオンが 細胞に流入します

Those ions constitute an electrical current

イオンの動きが電流となって

that excites the cell.

細胞は興奮します

The excitation is passed to a nerve fiber,

その刺激は神経線維に伝わり

and then propagates into the brain.

脳まで伝播します

Notice that the intensity of the sound

音の強度は

is represented by the magnitude of this response.

この応答の強さで表されます

A louder sound pushes the hair bundle farther,

大きな音で押されると 感覚毛は大きく動き

opens the channel longer,

チャンネルが長い間開いて

lets more ions in

多くのイオンが流れ込み

and gives rise to a bigger response.

大きな反応を生じるのです

Now, this mode of operation has the advantage of great speed.

さて この動作方式は とても速い というのが長所です

Some of our senses, such as vision,

視覚など 私たちの感覚の中には

use chemical reactions that take time.

化学反応を利用し 時間のかかるものもあります

And as a consequence of that,

そしてそれゆえ

if I show you a series of pictures at intervals of 20 or 30 per second,

もし私が皆さんに一連の写真を １秒に20枚から30枚の割合で見せたら

you get the sense of a continuous image.

連続したイメージという 感覚を得るでしょう

Because it doesn't use reactions,

有毛細胞は 反応を利用しないので

the hair cell is fully 1,000 times faster than our other senses.

他の感覚器官に比べ 優に1000倍もの早さです

We can hear sounds at frequencies as great as 20,000 cycles per second,

私たちは音を毎秒2万回もの 高周波数域まで聞くことができます

and some animals have ever faster ears.

そしてもっと速い耳を持った動物もいます

The ears of bats and whales, for example, can respond to their sonar pulses

例えばコウモリやクジラの耳は 毎秒15万回という彼らの超音波パルスを

at 150,000 cycles a second.

検知します

But this speed doesn't entirely explain why the ear performs so well.

しかし耳の能力が高いことは このスピードだけでは説明できません

And it turns out that our hearing benefits from an amplifier,

「アクティブプロセス」と呼ばれる 増幅器が私たちの聴力に

something called the "active process."

大いに役立っていることが わかっています

The active process enhances our hearing

「アクティブプロセス」は聴力を増強し

and makes possible all the remarkable features that I've already mentioned.

すでに述べたような全ての特徴を 可能にしているものです

Let me tell you how it works.

仕組みを説明します

First of all, the active process amplifies sound,

まず アクティブプロセスは 音を増幅します

so you can hear, at threshold, sounds that move the hair bundle

最小の音だと 感覚毛の動きは 10分の３ナノメートルほどですが

by a distance of only about three-tenths of a nanometer.

その音を聞くことができます

That's the diameter of one water molecule.

水分子の直径ぐらいの振動です

It's really astonishing.

とても驚くべきことです

The system can also operate

そのシステムはまた

over an enormously wide dynamic range.

ものすごく広い ダイナミックレンジを有します

Why do we need this amplification?

なぜこの増幅が必要なのでしょうか？

The amplification, in ancient times, was useful

大昔には増幅は有益でした

because it was valuable for us to hear the tiger before the tiger could hear us.

なぜなら虎が私たちに気づく前に 私たちが虎に気づくことが重要だったからです

And these days, it's essential as a distant early warning system.

その時代の 早期遠距離警報システムでした

It's valuable to be able to hear fire alarms

今日では火災警報とか 消防車やパトカーなどの緊急車両の

or contemporary dangerous such as speeding fire engines or police cars or the like.

サイレンなど危険信号に 気づけることが重要です

When the amplification fails, our hearing's sensitivity plummets,

増幅ができなくなると 聴覚が劇的に低下します

and an individual may then need an electronic hearing aid

そうなった人は 生物的な聴覚支援の代わりに

to supplant the damaged biological one.

電気的な補聴器が必要になるでしょう

This active process also enhances our frequency selectivity.

このアクティブプロセスは私たちの 周波数に対する選択性も強化します

Even an untrained individual can distinguish two tones

訓練していない人でも 周波数が 0.2%違うだけの

that differ by only two-tenths of a percent,

２つの音を聞き分けられるのです

which is one-thirtieth of the difference between two piano notes,

その差は ピアノで隣り合う音の 30分の1の違いです

and a trained musician can do even better.

訓練された音楽家なら もっとよく聞き分けられます

This fine discrimination is useful

この優れた識別能力は

in our ability to distinguish different voices

違った声を聞き分け

and to understand the nuances of speech.

言葉のニュアンスを理解するのに 役立ちます

And, again, if the active process deteriorates,

繰り返しになりますが アクティブプロセスが劣化すれば

it becomes harder to carry out verbal communication.

言語によるコミュニケーションが より難しくなります

Finally, the active process is valuable in setting the very broad range

最後に アクティブプロセスは

of sound intensities that our ears can tolerate,

耳が許容する音の大きさを 拡大するのに役立っています

from the very faintest sound that you can hear, such as a dropped pen,

聞くことのできる最も微かな音 たとえば ペンの落ちたときの音から

to the loudest sound that you can stand --

耐えうる最大の音

say, a jackhammer or a jet plane.

たとえば 削岩機やジェット機まで

The amplitude of sounds spans a range of one millionfold,

音の強度の比率は100万倍に相当します

which is more than is encompassed by any other sense

これはあらゆる他の感覚や

or by any man-made device of which I'm aware.

私の知る限り あらゆる人工のデバイスよりも 大きな値です

And again, if this system deteriorates,

繰り返しになりますが もしこのシステムが損傷すると

an affected individual may have a hard time

その影響によって 最も微かな音を聴きにくくなったり

hearing the very faintest sounds

最も大きい音に 耐えられなくなったりするかもしれません

or tolerating the very loudest ones.

さて 有毛細胞の働く仕組みを理解するために

Now, to understand how the hair cell does its thing,

耳の中で有毛細胞の周りはどうなっているか 見てみましょう

one has to situate it within its environment within the ear.

聴覚器は カタツムリのような らせん型の渦巻管だと 学校で学びます

We learn in school that the organ of hearing

ひよこ豆ぐらいの大きさの器官です

is the coiled, snail-shaped cochlea.

それは頭蓋の両側面の骨に 埋め込まれたようになっています

It's an organ about the size of a chickpea.

またプリズムで白色光を分解して

It's embedded in the bone on either side of the skull.

周波数が異なっていて 私たちに別の色として見える光に

We also learn that an optical prism

分けられることも学びます

can separate white light into its constituent frequencies,

同じように

which we see as distinct colors.

渦巻管は 複雑な音を周波数で分解する―

In an analogous way,

ある種の音響プリズムのように機能します

the cochlea acts as sort of an acoustic prism

ピアノが鳴って

that splits apart complex sounds into their component frequencies.

違った音が混ざり合い和音となります

So when a piano is sounded,

渦巻管はその過程の逆を行います

different notes blend together into a chord.

音を分けて それぞれ別の場所に届けます

The cochlea undoes that process.

この図では ピアノの中央のＣと 両端の音 あわせて３つが

It separates them and represents each at a different position.

渦巻管のどこに対応するかを示します

In this picture, you can see where three notes --

最も低い周波数は渦巻管の最先端まで 伝わっていって取り出され

middle C and the two extreme notes on a piano --

最も高い周波数である 20,000ヘルツの音は

are represented in the cochlea.

渦巻管の根元のあたりで取り出され

The lowest frequencies go all the way up to the top of the cochlea.

そして他の周波数は この間のどこかで取り出されます

The highest frequencies, down to 20,000 Hz,

そしてこの図が示すように

go all the way to the bottom of the cochlea,

音階で隣り合う音の高さは 渦巻管の表面において

and every other frequency is represented somewhere in between.

有毛細胞で数十程度離れています

And, as this diagram shows,

さて この周波数の分離は

successive musical tones are represented a few tens of hair cells apart

違った音を聞き分ける能力において 重要な鍵となります

along the cochlear surface.

なぜならあらゆる楽器も

Now, this separation of frequencies

あらゆる声も

is really key in our ability to identify different sounds,

それぞれに違った高さの音が 固有の集まりを作っているのです

because very musical instrument,

渦巻管がそれを周波数で分けて

every voice,

１万６千個の有毛細胞が脳に

emits a distinct constellation of tones.

周波数ごとの強さを報告します

The cochlea separates those frequencies,

脳が全ての神経信号を比較して

and the 16,000 hair cells then report to the brain

何の音を聴いているのかを 判断します

how much of each frequency is present.

ただ 私が説明したいと思っている全てが これで説明できるわけではありません