聴覚の構造は、外耳⇒中耳⇒内耳　そして蝸牛、有毛細胞、さらにいくつかの神経核を経由して、大脳新皮質の一次聴覚野に信号が送られる構造になっていて、これはヒトも犬も猫も同じであると聞きました。

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URLは、一応、Wikiの蝸牛について、リンクしておきますが、結構難解なので、なるべく簡単に解説してみます。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%9D%B8%E7%89%9B

まず、音を聞く能力についてですが、これについては、人間より動物のほうが優れていたりします。蝙蝠のように、人間が聞き取ることのできない波長の音を聞き取ることのできる動物もします。別に動物でも、子音や母音を音として聞くことはできるでしょうが、それを意味のあるものをして、聞いているかどうか不明です。人間の場合は、言葉として、音を聞き取るために、子音や母音を聞き分けて、言葉として認識できます。

さて、問題は、そのような微妙は音の違いをどうやって、違うものとして認識し、脳に伝えているかということになります。実は、まだ詳しいことは解明されていませんので、現時点で、予想されていることについて答えます。

音というのは、基本的に空気の振動です。それが、蝸牛内の鼓膜を振動させることによって、それに触れている有毛細胞が振動を感じ、細胞内部で、電気信号に変えることにより、神経細胞へ信号を伝え、脳へ伝えます。脳はその信号を言葉として認識します。ここで、問題は、どうやって、微妙な違いを、はっきりとした別の信号として脳に伝えられるか？なのです。一番、単純なモデルは、ピアノの弦のようにドレミファソラシドの音階によって、信号を区別しているというモデルです。高い音と低い音では、振動の周波数が違うので、それが、鼓膜のゆれ具合を変えて、有毛細胞が感じ取るシグナルを変えるというものです。

しかし、言葉などは非常に複雑で、かつ非常に微妙な違いです。単純な周波数の違いだけでは、区別するのは難しいと思われると思います。

そこで、近年、このような単純な周波数の違いだけでなく、どうやら、受け取った振動を、複雑な処理によって、認識している機構があることが示唆されています。Wikiの解説では、それらを線形に対して、非線形として表現しています。線形というのは、単純に言えば、小さな音は小さく、大きな音は大きな信号として伝えているいるということです。非線形というのは、単純な音でも、複雑な処理により、まったく違うものに変えてしまうというものです。一番わかりやすいのが言語です。質問にあったように、子音や母音を聞き分けてというのがまさにそうです、言葉は複雑ですが、単純な細かい音階に分けようと思えばできますが、それでは、非常に小さな違いしかないため、ひょっとしたら、一緒のもとして感じてしま可能性が大いにあります。蝸牛のシステムでは、特定の波長に対して、選択的にシグナルを強くしたり弱くしたりすることができるシステムになっていることがわかり始めてきました。メカニズムは、はっきりとは解明されていませんが、有毛細胞自体も振動しており、特定の波長と共鳴したりすることによって、微妙な違いも、非常に大きな違いとして認識し、信号を神経につたえていることが少しずつわかり始めているところです。

これらのシステムが人間特有か？といわれるとそうでもありません。基本的に哺乳動物であれば、ほぼ同じような機構を持っていると考えられます。微妙な違いを聞き分ける能力は、ほかの動物にもあると考えられますが、それらの複雑な音の組み合わせを、言語としてコミュニケーションの道具としてつかるようになったのは、聴覚の能力というよりは、人間の脳の能力といったほうが良いと思います。

http://www.kuhp.kyoto-u.ac.jp/~ent/Topics/ci/ci1.html

一度音として選別してから、脳が言葉として認識するようです。

耳からの聴覚信号を脳が処理するにあたって、「音素・音韻の同定」と「単語の理解」では別々の経路をたどっています。

音声知覚課題（たとえば「dip」と「ten」の最初の子音が同じかどうかを弁別するような課題）を解くにあたっては、両脳の上側頭回（一次聴覚野+ウェルニケ野を含みます）と必要に応じて左脳の頭頂葉下部・前頭葉下部の活動が賦活されると知られています。これらの部位に損傷が生じると異なる音素の区別は出来ないにもかかわらず言語の理解は出来るという直感的には異常な状況が起こる場合があります。これらの部位は聴覚野が作り出した感覚表象を分析し、かつ分析が終わるまでの間保持するような処理に関与しています。この部位が働かなくても言語の意味を語彙から検索することは別の経路をたどって可能なので上記のような不思議な事態が起こるのだと考えられています。

世界中の言語で使われている音声の種類は100以上ありますが、人間が安定して聞き分けられる音声の数はせいぜい数十程度です。そのため、個々の言語が文法上区別する音声＝音素の数もその範囲に収まります。

音素の違いは、単なる周波数の違いではなく「基本周波数を基準とした違った周波数の音の混ざり方（母音の場合）」と「母音に混ざる雑音の時間的な変化（子音の場合）」で区別されます。つまり、話し手の出す声の基本周波数が代わるごとに区別しなければならない周波数は変化することになります。あらゆる基本周波数の声に対して・少なくとも数十ずつの音素に適切に対応できる内耳機構を装備することは困難なので、音素の区別は脳で行っていると考えるのが妥当そうです。（FK506さん、およびWikipediaが言うように蝸牛管が生物にとって意味ある音声に対する選択性を示すとするならばこの限りではありませんが、この情報の論文としての出典がはっきりしない間は鵜呑みにするのは如何なものだろう…とぼくなどは思ってしまいます。また、その場合も脳がある程度音素の弁別に関与していることは前述の音声知覚課題の失敗が脳損傷から生じることで証明できそうです）

以上、いつものように参考文献は学校の教科書です。

村上郁也　編「イラストレクチャー　認知神経科学」（オーム社，2010）

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%80%E6%AC%A1%E8%81%B4%E8%A6%9...

さきほどぼく自身がケチをつけたばかりのWikipediaからで申し訳ないのですが、統合失調症患者では幻聴を聞いているときに一次聴覚野が活性化すると示されています。これを単に音楽を思い出した場合にわずかに三次聴覚野が反応することと比較して、一次聴覚野の活動が非常にリアルな・言語として認識される音声認識を齎すことを示しているといえるでしょう。