วิทย์ประถม: Neuralink, กล่องเสียง, ดูความถี่เสียง

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์พ่อโก้ที่ศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายกลเลื่อยตัดตัวคน, ผมโชว์คลิปจากบริษัท Neuralink ที่แสดงให้เห็นว่าสมองเราใช้สัญญาณไฟฟ้าติดต่อกับอวัยวะอื่นๆ จึงสามารถฝังสายไฟเล็กๆไปในสมอง แล้วใช้สัญญาณไฟฟ้าจากสมองมาใช้สั่งงานภายนอกได้, เด็กๆได้ดูคลิปการทำงานของเส้นเสียงในกล่องเสียงที่เราใช้การสั่นของมันในการพูดและร้องเพลง จากนั้นก็ได้ใช้โปรแกรมแสดงความถี่เสียงของแต่ละคน (https://witpoko.com/p/audio-spectrum.html)

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้กลใบเลื่อยตัดตัวคน:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นผมก็โชว์บางส่วนของคลิปจากบริษัท Neuralink ที่ใช้ไฟฟ้าในสมองมาสั่งงานคอมพิวเตอร์ภายนอก

สรุปเนื้อหาในคลิปได้ประมาณนี้:

1. เป้าหมายหลักและวิสัยทัศน์ของ Neuralink: Neuralink มีเป้าหมายในการเพิ่มขีดความสามารถของมนุษย์และสร้างอนาคตที่ดีขึ้นสำหรับมนุษยชาติ โดยมุ่งเน้นการทำความเข้าใจและไขความลับของสมอง ซึ่งเป็นอวัยวะที่สำคัญที่สุดของความเป็นเรา นอกจากนี้ยังตั้งใจที่จะช่วยแก้ไขปัญหาทางสมองและไขสันหลังที่ได้รับบาดเจ็บหรือเสียหาย และในที่สุดก็เพื่อลดความเสี่ยงทางอารยธรรมจากปัญญาประดิษฐ์ (AI) ด้วยการเพิ่มแบนด์วิดธ์การรับส่งข้อมูลระหว่างสมองกับเทคโนโลยี

2. ผลิตภัณฑ์ปัจจุบัน: Telepathy: ผลิตภัณฑ์แรกของ Neuralink มีชื่อว่า “Telepathy” ซึ่งช่วยให้ผู้ที่สูญเสียความสามารถในการควบคุมร่างกาย (เช่น ผู้ป่วยภาวะบาดเจ็บที่ไขสันหลัง, ALS, หรือโรคหลอดเลือดสมอง) สามารถสื่อสารและควบคุมคอมพิวเตอร์ รวมถึงการเคลื่อนเมาส์ ได้ด้วยความคิดเพียงอย่างเดียว ผู้เข้าร่วมการศึกษาได้แสดงให้เห็นถึงการใช้เมาส์อย่างมีประสิทธิภาพ การเล่นเกม และการใช้งานคอมพิวเตอร์เพื่อวัตถุประสงค์ส่วนตัวและอาชีพ

3. ผลิตภัณฑ์ในอนาคต: Blind Sight และอื่นๆ: ผลิตภัณฑ์ถัดไปคือ “Blind Sight” ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อช่วยให้ผู้ที่ตาบอดสนิทสามารถมองเห็นได้อีกครั้ง รวมถึงผู้ที่ตาบอดแต่กำเนิดหรือไม่มีลูกตา/เส้นประสาทตา ในระยะยาว Neuralink จะขยายไปสู่การช่วยเหลือผู้ที่ประสบปัญหาด้านระบบประสาทผิดปกติ (neurological dysregulation), ภาวะทางจิตเวช (psychiatric conditions), และอาการปวดจากเส้นประสาท (neuropathic pain) โดยการสอดอิเล็กโทรดเข้าไปยังส่วนต่างๆ ของสมอง รวมถึงการเชื่อมต่อเต็มรูปแบบกับหุ่นยนต์ Optimus เพื่อการควบคุมร่างกาย และการเชื่อมต่อสัญญาณผ่านเส้นประสาทที่เสียหายในร่างกาย

4. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและแบนด์วิดธ์: เทคโนโลยีของ Neuralink ได้เพิ่มแบนด์วิดธ์ของการเชื่อมต่อระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์อย่างมหาศาล จากเดิมที่มนุษย์สามารถส่งออกข้อมูลได้น้อยกว่า 1 บิตต่อวินาที ไปสู่ระดับเมกะบิตและกิกะบิตต่อวินาทีในที่สุด ซึ่งจะช่วยให้การสื่อสารเร็วขึ้นหลายพันถึงหลายล้านเท่า การปลูกถ่ายสามารถบันทึกข้อมูลจากเซลล์ประสาทนับพันช่องพร้อมกันได้ และมีความสามารถในการอ่านและเขียนข้อมูล

5. ผู้เข้าร่วมการศึกษาและความสำเร็จ: ปัจจุบัน Neuralink มีผู้เข้าร่วมการศึกษาเจ็ดคน โดยมีผู้ป่วยบาดเจ็บที่ไขสันหลังสี่คนและผู้ป่วย ALS สามคน ผู้เข้าร่วมเหล่านี้ได้แสดงให้เห็นถึงการได้รับความเป็นอิสระที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น Noland (P1) สามารถควบคุมคอมพิวเตอร์และเล่นเกมได้ดี Brad (P3) ซึ่งเป็นผู้ป่วย ALS ที่ไม่สามารถพูดได้ ก็สามารถสื่อสารและออกไปนอกบ้านได้เป็นครั้งแรกในรอบหกปี และ Alex (P2) สามารถควบคุมแขนหุ่นยนต์และเล่นเป่ายิ้งฉุบได้ โดยผู้เข้าร่วมมีการใช้งาน BCI เฉลี่ยประมาณ 50 ชั่วโมงต่อสัปดาห์

6. กระบวนการผ่าตัดและการปลูกถ่าย: การปลูกถ่ายอุปกรณ์ Neuralink ทำโดยใช้หุ่นยนต์ผ่าตัดที่มีความแม่นยำสูงหุ่นยนต์รุ่น R1 ใช้เวลา 17 วินาทีในการปลูกถ่ายเส้นใยแต่ละเส้น แต่หุ่นยนต์รุ่นใหม่ (R2) สามารถลดเวลาเหลือเพียง 1.5 วินาทีต่อเส้นใย เพิ่มประสิทธิภาพการผ่าตัดถึง 11 เท่า นอกจากนี้ หุ่นยนต์รุ่นใหม่ยังขยายระยะการเข้าถึงของเข็มให้สามารถเข้าถึงส่วนที่ลึกขึ้นในสมอง (มากกว่า 50 มม. จากผิวด้านบน) และเข้ากันได้กับประชากรมนุษย์มากกว่า 99%

7. ความปลอดภัยและการกำกับดูแล: Neuralink เน้นย้ำว่าการพัฒนาเทคโนโลยีนี้เป็นไปอย่างช้าๆ และระมัดระวัง มีการขออนุมัติด้านกฎระเบียบอย่างละเอียดถี่ถ้วน และทำงานอย่างใกล้ชิดกับหน่วยงานกำกับดูแลในทุกขั้นตอน บริษัทเน้นความปลอดภัยทางคลินิกและคุณค่าต่อผู้เข้าร่วมเป็นสำคัญ และมีการแบ่งปันความคืบหน้าอย่างเปิดเผย

8. การทำความเข้าใจสมองและจิตสำนึก: Neuralink เชื่อว่าความก้าวหน้าของอุปกรณ์จะช่วยให้เข้าใจธรรมชาติของจิตสำนึกได้มากขึ้นอย่างมหาศาล โดยมองว่ามนุษย์มีระดับความคิดสามชั้นอยู่แล้ว ได้แก่ ระบบลิมบิก (สัญชาตญาณ), ระบบคอร์เท็กซ์ (การวางแผนขั้นสูง), และชั้นที่สามคือคอมพิวเตอร์และเครื่องจักรที่เราโต้ตอบด้วย การเพิ่มแบนด์วิดธ์นี้จะช่วยเชื่อมต่อ “สมองทางชีวภาพ” (biological brain) เข้ากับ “เครื่องจักรภายนอก” ด้วยความเร็วที่สูงขึ้น

9. การทำงานแบบครบวงจรและนวัตกรรมภายในองค์กร: Neuralink ดำเนินการออกแบบและผลิตส่วนประกอบสำคัญทั้งหมดภายในองค์กร (vertically integrated) ตั้งแต่ชิป (ASICs) ไปจนถึงเส้นใยอิเล็กโทรด ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถควบคุมระบบทั้งหมดได้อย่างเต็มที่ และสามารถสร้างนวัตกรรมได้อย่างรวดเร็ว การมีผู้มีความสามารถจำนวนมากและระบบการทำงานแบบครบวงจรนี้เป็นกุญแจสำคัญสู่ความก้าวหน้า

  1. วิสัยทัศน์ระยะยาวและผลกระทบต่อมนุษยชาติ: เป้าหมายสูงสุดคือการสร้างอินเทอร์เฟซแบบทั้งสมอง (whole-brain interface) ที่สามารถ “ฟัง” และ “เขียน” ข้อมูลไปยังเซลล์ประสาทได้ทุกที่ ด้วยช่องสัญญาณนับแสนถึงล้านช่อง และการปลูกถ่ายหลายชิ้น ซึ่งจะช่วยให้มนุษย์ก้าวข้ามขีดจำกัดทางชีววิทยาได้ และจะเปลี่ยนความหมายของการเป็นมนุษย์โดยพื้นฐาน การขยายแบนด์วิดธ์นี้เปรียบเสมือนการเปลี่ยนจากโมเด็ม 56k เป็นอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ ซึ่งจะนำไปสู่ประสบการณ์ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและความสามารถเหนือมนุษย์

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูคลิปเกี่ยวกับการทำงานของกล่องเสียง:

สรุปเรื่องการผลิตเสียงและการพูดในร่างกายมนุษย์ได้ประมาณนี้:

ร่างกายของมนุษย์สามารถผลิตเสียงพูดเพื่อใช้ในการสื่อสารในชีวิตประจำวันได้อย่างไรนั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและสำคัญอย่างยิ่ง โดยกระบวนการนี้เริ่มต้นจากการ หายใจ (breathing) กล้ามเนื้อรูปโดมขนาดใหญ่ที่เรียกว่า กะบังลม (diaphragm) ซึ่งอยู่ใต้ปอดจะหดตัวและขยายตัวในแนวตั้ง ทำให้ซี่โครงยกขึ้นและปอดสามารถรับอากาศเข้าได้ หลังจากที่ปอดนำออกซิเจนเข้าสู่ร่างกายแล้ว ก็จะกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกไปผ่านการหายใจออก ซึ่งในขั้นตอนนี้กะบังลมและซี่โครงจะกลับสู่ตำแหน่งปกติ เพื่อดันอากาศออกจากปอด

เสียง (Voice) หรือ การเปล่งเสียง (Vocalization) คือเสียงที่ถูกผลิตโดยปอดและ สายเสียง (vocal folds) ที่อยู่ใน กล่องเสียง (larynx) ซึ่งกล่องเสียงนี้ถือเป็นอวัยวะหลักในการผลิตเสียง เสียงของแต่ละบุคคลมีความเป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวเหมือนลายนิ้วมือ ในขณะที่เราไม่ได้พูด สายเสียงจะเปิดออกเพื่อให้เราหายใจได้ แต่เมื่อถึงเวลาที่ต้องเปล่งเสียง แรงดันอากาศที่อยู่ใต้กล่องเสียงจะเพิ่มขึ้นจนพัดให้สายเสียงแยกออกจากกัน สายเสียงจะถูกแยกออกที่ส่วนล่างก่อนแล้วจึงเป็นส่วนบน และอากาศจะถูกดันผ่านช่องเปิดที่แคบมากระหว่างสายเสียง ซึ่งช่องเปิดนี้เรียกว่า กลอตทิส (glottis) กลอตทิสจะเปิดออกในระหว่างการหายใจและจะแคบลงในระหว่างการผลิตเสียง แรงดันอากาศที่พัดผ่านสายเสียงนี้ยังสร้างแรงดูดที่ดึงสายเสียงให้กลับมาชิดกันอีกครั้ง โดยส่วนล่างจะชิดกันก่อนแล้วตามด้วยส่วนบน เมื่ออากาศจากปอดพัดผ่านสายเสียงด้วยความเร็วสูง สายเสียงก็จะเกิดการ สั่นสะเทือน (vibrate) ซึ่งการสั่นสะเทือนปกติของสายเสียงและกล่องเสียงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตเสียงพูดที่ชัดเจน

ส่วน การพูด (Speech) นั้นแตกต่างจากการเปล่งเสียงหรือเสียงทั่วๆ ไป เช่น เสียงเด็กร้องไห้หรือเสียงหัวเราะ การพูดคือกระบวนการที่มนุษย์ใช้ในการแสดงความคิด ความรู้สึก และแนวคิดต่างๆ ด้วยการเปลี่ยนแปลงโทนเสียงพื้นฐานที่สร้างขึ้นจากเสียง ให้กลายเป็นเสียงที่เฉพาะเจาะจงและระบุตัวตนได้ การผลิตคำพูดต้องอาศัยการทำงานร่วมกันอย่างแม่นยำของกล้ามเนื้อหลายส่วนในร่างกาย ทั้งในบริเวณศีรษะ ลำคอ หน้าอก ปาก โพรงจมูก และช่องท้อง พัฒนาการด้านการพูดเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลาหลายปีในการฝึกฝน โดยเด็กๆ จะเรียนรู้การควบคุมกล้ามเนื้อเหล่านี้เพื่อสร้างคำพูดที่เข้าใจได้ นอกจากนี้ ยังต้องมีการจัดวางตำแหน่งของส่วนต่างๆ เช่น เพดานอ่อน (velum) ลิ้น (tongue) ขากรรไกร (jaw) และ ริมฝีปาก (lips) อย่างระมัดระวัง โดยอ้างอิงกับส่วนที่ถาวรของ ทางเดินเสียง (vocal tract) ของเรา เช่น เพดานปาก (roof of the mouth) เพื่อสร้างเสียงพูดที่แตกต่างกัน โดยสรุปแล้ว ทั้งการผลิตเสียงและการผลิตคำพูดต่างก็เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและสำคัญอย่างยิ่งต่อการสื่อสารในชีวิตประจำวันของเรา

จากนั้นผมก็ให้เด็กๆทดลองส่งเสียงต่างๆแล้วใช้โปรแกรมแยกความถี่เสียง (spectrum analyzer) มาดูเสียงของแต่ละคนครับ โปรแกรมอยู่ที่ลิงค์นี้ครับ: https://witpoko.com/p/audio-spectrum.html

วิทย์ประถม: หูและการได้ยิน

ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์ที่ศูนการเรียนปฐมธรรม เด็กๆได้รู้จักส่วนประกอบและการทำงานของหู  ได้เห็นการบันทึกคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและข้อมูลในคอมพิวเตอร์ผ่านโปรแกรม Audacity และได้ทดลองฟังเสียงต่ำสุดและเสียงสูงสุดที่ยังพอจะได้ยินดูครับ (hearing range) แล้วเราเปรียบเทียบ hearing range กับสัตว์ต่างๆ และเด็กๆได้คิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากลแก้วใหญ่แก้วเล็กด้วยครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นเทนมจากแก้วเล็กไปแก้วใหญ่แต่เต็มทั้งสองแก้ว:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมเอาภาพตัดขวาง (cross section) ของหูมาให้เด็กดู:

ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ
ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ

แล้วทบทวนการทำงานเหมือนสัปดาห์ที่แล้ว และเพิ่มบางรายละเอียดจากคลิปนี้:

ผมลิสต์หัวข้อสำคัญจากคลิปไว้ดังนี้นะครับ (ไม่ได้พูดทั้งหมดกับเด็กประถม แต่บันทึกไว้ใช้อ้างอิงในภายหลัง):

  • การได้ยินของเราเริ่มต้นจากความสามารถของหูในการจับสัญญาณการเปลี่ยนแปลงความดันอากาศเพียงไม่กี่พันล้านส่วนของระดับบรรยากาศ และส่งสัญญาณนี้ไปยังสมองเพื่อสร้างประสบการณ์การได้ยินที่หลากหลาย.
  • เซลล์รับความรู้สึกของหูเรียกว่า “เซลล์ขน” (hair cells) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของการได้ยิน.
  • ชื่อ “เซลล์ขน” มาจากลักษณะที่นักจุลทรรศน์ในยุคแรกสังเกตเห็นว่ามีกระจุกเส้นขนเล็กๆ ยื่นออกมาจากปลายด้านหนึ่งของเซลล์.
  • ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยใหม่ ทำให้เห็นลักษณะพิเศษที่เรียกว่า “มัดขน” (hair bundle) ซึ่งประกอบด้วยแท่งทรงกระบอกละเอียดตั้งแต่ 20 ถึงหลายร้อยแท่ง ตั้งตรงอยู่บนสุดของเซลล์.
  • มัดขนนี้ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศและเป็นกลไกในการ เปลี่ยนการสั่นสะเทือนของเสียงให้เป็นปฏิกิริยาไฟฟ้า ที่สมองสามารถตีความได้.
  • ที่ส่วนบนของมัดขนแต่ละเส้น มีเส้นใยละเอียดที่เรียกว่า “สเตอริโอซิเลีย” (stereocilia) เชื่อมต่อกัน และที่ฐานของเส้นใยนี้มี ช่องไอออน (ion channels) ซึ่งเป็นโปรตีนที่ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์.
  • เมื่อพลังงานเสียงกระทบ มัดขนจะถูกดันไปในทิศทางหนึ่ง ทำให้เส้นใยตึงและช่องไอออนเปิดออก ไอออนจะพุ่งเข้าสู่เซลล์. การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาของมัดขนจะสลับกันเปิดและปิดช่องสัญญาณ ทำให้ไอออนจำนวนมหาศาลไหลเข้าสู่เซลล์.
  • ไอออนที่ไหลเข้ามานี้ก่อให้เกิด กระแสไฟฟ้าที่กระตุ้นเซลล์ และสัญญาณจะถูกส่งไปยังเส้นใยประสาทและเข้าสู่สมอง.
  • ความดังของเสียงถูกแสดงด้วยขนาดของการตอบสนองนี้ โดยเสียงที่ดังขึ้นจะดันมัดขนให้เคลื่อนที่ได้ไกลขึ้น เปิดช่องสัญญาณได้นานขึ้น ปล่อยไอออนเข้าสู่เซลล์ได้มากขึ้น และทำให้เกิดการตอบสนองที่ใหญ่ขึ้น.
  • เซลล์ขนมีข้อได้เปรียบด้านความเร็วอย่างมาก เร็วกว่าประสาทสัมผัสอื่นๆ ถึง 1,000 เท่า ทำให้เราได้ยินเสียงที่ความถี่สูงถึง 20,000 รอบต่อวินาที.
  • การได้ยินของเรายังได้รับประโยชน์จาก “กระบวนการแอคทีฟ” (active process) ซึ่งเป็นตัวขยายเสียง ทำให้เราได้ยินเสียงที่แผ่วเบามากเพียงแค่สามในสิบของนาโนเมตร (เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุล).
  • กระบวนการแอคทีฟยังช่วยเพิ่ม ความสามารถในการแยกความถี่เสียง ของหู ทำให้เราสามารถแยกแยะโทนเสียงที่แตกต่างกันได้ละเอียดมาก และยังช่วยกำหนด ช่วงความเข้มเสียงที่กว้างมาก ที่หูของเราสามารถทนได้.
  • เมื่อการขยายเสียงของกระบวนการแอคทีฟล้มเหลว ความไวในการได้ยินจะลดลงอย่างมาก และบุคคลนั้นอาจต้องใช้อุปกรณ์ช่วยฟังอิเล็กทรอนิกส์.
  • คอเคลีย (cochlea) ซึ่งเป็นอวัยวะที่มีรูปร่างคล้ายหอยทาก ทำหน้าที่เหมือนปริซึมอะคูสติก ที่แยกเสียงที่ซับซ้อนออกเป็นความถี่องค์ประกอบต่างๆ โดยแต่ละความถี่จะถูกแสดงในตำแหน่งที่แตกต่างกันไปตามพื้นผิวของคอเคลีย.
  • มัดขนไม่ได้เป็นเพียงวัตถุที่เฉื่อยชา แต่เป็นกลไกที่ทำงานอยู่ตลอดเวลา ใช้พลังงานภายในเพื่อทำงานเชิงกลและเพิ่มประสิทธิภาพการได้ยินของเรา.
  • แม้จะอยู่เฉยๆ มัดขนที่ทำงานอยู่จะสั่นสะเทือนตลอดเวลา และเมื่อมีเสียงเบาๆ มากระทบ มันจะยึดติดกับเสียงนั้นและ ขยายสัญญาณให้ใหญ่ขึ้นประมาณหนึ่งพันเท่า.
  • หูของเราสามารถปล่อยเสียงออกมาได้เอง ซึ่งเรียกว่าการปล่อยเสียงจากหู (otoacoustic emissions) โดย 70 เปอร์เซ็นต์ของคนปกติจะมีเสียงหนึ่งหรือมากกว่าออกมาจากหูในสภาพแวดล้อมที่เงียบสงบ.
  • หูยังสามารถ ควบคุมความไวและการขยายเสียงของตัวเองได้ โดยจะปรับลดการขยายเสียงในสภาพแวดล้อมที่ดัง และเพิ่มการขยายเสียงในห้องที่เงียบมาก.
  • ประเด็นสำคัญในอนาคตของการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์ขน ได้แก่ การระบุ มอเตอร์โมเลกุลที่รับผิดชอบการขยายเสียง, การทำความเข้าใจว่า การขยายเสียงของเซลล์ขนถูกปรับอย่างไร ให้เข้ากับสถานการณ์อะคูสติก และการหาวิธี ฟื้นฟูการได้ยิน สำหรับผู้ที่มีปัญหาการได้ยิน.
  • นักวิจัยเชื่อว่าหากสามารถถอดรหัสสัญญาณโมเลกุลที่สัตว์ที่ไม่ใช่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมใช้ในการ สร้างเซลล์ขนใหม่ ได้ (เนื่องจากเซลล์ขนของมนุษย์ที่ตายไปแล้วจะไม่ถูกทดแทน) จะสามารถนำมาใช้ฟื้นฟูการได้ยินในมนุษย์ได้เช่นกัน.

ต่อจากนั้นผมให้เด็กๆเห็นการบันทึกคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและเก็บเป็นข้อมูลในคอมพิวเตอร์ โดยใช้โปรแกรม  Audacity อัดเสียง เราจะเห็นกราฟความดันอากาศที่ไม่โครโฟนวัดที่เวลาต่างๆ ถ้าเราซูมเข้าไปจะเห็นเป็นคลื่น ภาพเหล่านี้จะเกิดจากการซูมดูรายละเอียดมากขึ้นเรื่อยๆ (สังเกตได้จากเวลาเป็นวินาทีในแนวนอน):

เราสามารถดูว่าเสียงที่เราอัดมามีความถี่ต่างๆผสมกันอย่างไรโดยการวาดกราฟสเปกตรัมของมัน (ใน Audacity สามารถใช้เมนู Analyze/Plot Spectrums…) แกนนอนสเปกตรัมคือความถี่ต่างๆ ความสูงของกราฟจะบอกว่ามีพลังงานอยู่ในความถี่ต่างๆเหล่านั้นเท่าไร:

จากนั้นเด็กๆก็ทดลองฟังเสียงความถี่สูงต่ำต่างๆ พยายามดูว่าแต่ละคนฟังเสียงสูงได้มากสุดกี่เฮิร์ตซ์ ฟังเสียงต่ำสุดได้กี่เฮิร์ตซ์ (เฮิร์ตซ์คือหน่วยความถี่ นับว่าคลื่นสั่นกี่ครั้งต่อวินาที เช่นคลื่นเสียง 100 เฮิร์ตซ์ก็คือเกิดจากการสั่นสะเทือน 100 ครั้งต่อวินาที) โดยเราใช้เพจนี้สร้างเสียงความถี่ต่างแล้วฟังด้วยหูฟัง: https://witpoko.com/p/tone-generator.html เพจนี้หน้าตาแบบนี้:

เล่นได้ที่ https://witpoko.com/p/tone-generator.html

พวกเราฟังเสียงกันได้ตั้งแต่ไม่กี่สิบเฮิร์ตซ์ไปจนถึงหมื่นกว่าเฮิร์ตซ์ครับ

ผมให้เด็กๆดูเสียงที่สัตว์อื่นๆได้ยินด้วย พบว่าสัตว์แต่ละชนิดได้ยินเสียงที่ชนิดอื่นๆไม่ได้ยินได้ด้วย เช่นสุนัขและแมวได้ยินเสียงสูงกว่าที่เราสามารถได้ยินมาก:

ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Hearing_range
Tuna -> ปลาทูน่า, Chicken -> ไก่, Goldfish -> ปลาทอง, Bullfrog -> กบวัว, Catfish -> ปลาดุก, Tree frog -> กบต้นไม้, Canary -> นกคีรีบูน, Cockatiel -> นกค็อกคาเทล, Parakeet -> นกแก้วเล็ก, Elephant -> ช้าง, Owl -> นกฮูก, Human -> มนุษย์, Chinchilla -> ชินชิลล่า, Horse -> ม้า, Cow -> วัว, Raccoon -> แรคคูน, Sheep -> แกะ, Dog -> สุนัข, Ferret -> เฟอร์เรท, Hedgehog -> เม่นแคระ, Guinea pig -> หนูตะเภา, Rabbit -> กระต่าย, Sea lion -> สิงโตทะเล, Gerbil -> หนูเจอร์บิล, Opossum -> โอพอสซัม, Albino rat -> หนูเผือก, Hooded rat -> หนูแรท, Cat -> แมว, Mouse -> หนู, Little brown bat -> ค้างคาวสีน้ำตาลเล็ก, Beluga whale -> วาฬเบลูกา, Bottlenose dolphin -> โลมาปากขวด, Porpoise -> โลมาพอร์พอยส์

วิทย์พ่อโก้: คุยกันเรื่องหู, เล่นลูกข่างลมและร่มชูชีพ

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายกลดึงกระดาษผ่านกระจกรถ เราคุยกันเรื่องการทำงานของหู แล้วเราก็เล่นของเล่นลูกข่างที่เป่าให้หมุนได้ และตุ๊กตาติดกับร่มชูชีพ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เป็นกลดึงกระดาษผ่านกระจกรถ:

กิจกรรมหัดอธิบายมายากลนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

ผมเอาภาพปริศนามาให้เด็กทายกันว่าคืออะไรครับ:

Screenshot

เด็กเด็กดูแล้วก็งงกันอยู่พักหนึ่ง เสนอไอเดียหลายอย่าง แล้วก็มีคนบอกว่าแก้วหู ซึ่งเป็นคำตอบที่ถูกต้อง อันนี้เป็นแก้วหูที่ผมใช้กล้องส่องตัวเอง พบว่ามัน บางและใสเห็นกระดูกด้านหลังแก้วหูด้วย

มีเรื่องน่ารู้สำหรับเด็กๆครับ:

  1. แก้วหูบางกว่าแผ่นพลาสติกแรป! หนาแค่ ~0.1 มม. แต่แข็งแรงพอรับแรงสั่นเป็นหมื่นครั้งต่อวินาที
  2. เสียงเดินทางเป็นคลื่นอากาศ → คลื่นกล: คลื่นเสียงกระทบแก้วหู → แก้วหูสั่น → กระดูกหู 3 ชิ้นขยายแรงสั่น → ของเหลวในหูชั้นใน → กระตุ้นเซลล์ขนแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าไปสมอง
  3. กระดูกที่เล็กที่สุดในร่างกาย ได้แก่ malleus, incus, stapes (ค้อน – ทั่ง – โกลน) อยู่หลังแก้วหู ขนาด ~3–4 มม.
  4. ขี้หู (earwax) มีประโยชน์: ดักฝุ่น เชื้อรา และมี pH กรดอ่อน ๆ ยับยั้งแบคทีเรีย ไม่ควรใช้ไม้แคะลึก ๆ เพราะอาจดันขี้หูเข้าไปและทำให้แก้วหูทะลุได้
  5. เคี้ยวอาหารช่วยระบายความดัน: การกลืนน้ำลายหรือเคี้ยวหมากฝรั่งเปิดท่อยูสเตเชียน ช่วยปรับความดันสองฝั่งของแก้วหู (เหตุผลที่เราหูอื้อเวลาขึ้นเครื่องบิน)
  6. เสียงดัง > 85 dB นาน ๆ ทำร้ายเซลล์ขนถาวร สอนเด็กให้ใช้หูฟังระดับเสียงไม่เกิน 60 % ของระดับสูงสุด และพักทุก 60 นาที (กฎ 60/60)

ส่วนนี้เป็นข้อควรระวังสำหรับเด็ก:

  1. ห้ามใช้ของแหลม/คอตตอนบัด แหย่ลึก → เสี่ยงแก้วหูทะลุ, ติดเชื้อ
  2. ถ้ามี ปวดหู มีน้ำหนองไหล หรือได้ยินลดลง → ไปพบแพทย์หูคอจมูก (ENT)
  3. การเป็นหวัดบ่อย ๆ หรือภูมิแพ้ อาจทำให้ท่อยูสเตเชียนบวม → สะสมของเหลวหลังแก้วหู → ควรตรวจถ้าได้ยินไม่ชัด

    จากนั้นผมเอาภาพตัดขวาง (cross section) ของหูมาให้เด็กดู:
ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ
ภาพส่วนประกอบของหู จาก https://www.pinterest.com/explore/external-ear-anatomy/ ครับ

เราก็จะเห็นใบหู (pinna) รูหู (auditory canal หรือ ear canal) เยื่อแก้วหู (tympanic membrane) กระดูกสามชิ้น (ค้อน ทั่ง โกลน — hammer, anvil, stirrup) ท่อยูสเทเชียนที่ต่อหูส่วนกลางกับปาก (eustachian tube) โคเคลีย (cochea ที่เป็นรูปก้นหอย) และอุปกรณ์หลอดครึ่งวงกลมสำหรับการทรงตัว (semicircular canals)  ส่วนประกอบเหล่านี้แบ่งเป็นหูชั้นนอก (ใบหูถึงเยื่อแก้วหู) ชั้นกลาง (ในเยื่อแก้วหู กระดูกสามชิ้น และท่อยูสเทเชียน) และชั้นใน (โคเคลียและอุปกรณ์ทรงตัว)

ถึงตอนนี้ผมก็แทรกข้อมูลที่ว่าเวลาเราขึ้นที่สูงเช่นขึ้นลิฟท์ ขึ้นเขา หรือขึ้นเครื่องบิน ความดันอากาศภายนอกจะน้อยลง อากาศที่อยู่ในหูชั้นกลางมีความดันมากกว่า ทำให้เราหูอื้อ พอเราอ้าปาก หาว หรือเคี้ยวหมากฝรั่ง อากาศในหูก็จะสามารถออกมาทางปากผ่านทางท่อยูสเทเชียนได้ ทำให้เราหายหูอื้อ

ขบวนการฟังเสียงก็คือ ความสั่นสะเทือนวิ่งผ่านอากาศหรือตัวกลางอื่นๆเช่นพื้น วิ่งเข้ามาในรูหู ทำให้เยื่อแก้วหูสั่นตาม เยื่อแก้วหูติดกับกระดูกค้อนเลยทำให้กระดูกค้อนสั่น กระดูกค้อนอยู่ติดกับกระดูกทั่งเลยทำให้กระดูกทั่งสั่น กระดูกทั่งติดกับกระดูกโกลนเลยทำให้กระดูกโกลนสั่น กระดูกโกลนติดอยู่กับผนังของโคเคลียเลยทำให้ผนังของโคเคลียสั่น ในโคเคลียมีของเหลวอยู่เลยมีคลื่นในของเหลว คลื่นนี้ทำให้ขนของเซลล์การได้ยินขยับไปมา ทำให้เซลล์การได้ยินส่งสัญญาณไฟฟ้าไปที่สมอง แล้วสมองก็ตีความว่าได้ยินอะไร

พอคุยกันเรื่องหูเสร็จ ผมก็เอาของเล่นลูกข่างเป่าลมและตู๊กตาร่มชูชีพมาให้เด็กๆเล่นกันครับ: