מהגנגליון הספירלי מועבר המידע אל מספר גרעינים במוח המוארך. במוח המוארך מתבצע עיבוד בסיסי של הצליל. לדוגמה זיהוי גס של הכיוון ממנו הגיע השמע. המידע מועבר ראשית לגרעין השבלול הגחוני (Ventral cochlear nucleus ) ולגרעין השבלול הגבי (Dorsal cochlear nucleus ). מהם עובר הקלט אל קומפלקס של מספר גרעינים הנקרא הגוש הזיתי העליון (Superior olivary complex ) ואל הגוף דמוי טרפז (Trapezoid body ). ולאחריהם עובר המידע באמצעות צבר אקסונים הנקרא הלמניסקוס הצידי (Lateral lemniscus ) אל התליל התחתון שבמוח האמצעי. ממנו מועבר המידע אל גרעין הברך האמצעי (Medial geniculate nucleus ) שבתלמוס ולקליפת המוח השמיעתית ראשונית (Primary auditory cortex ). מלבד מסלולים אלו, ההולכים אל מערכת העצבים המרכזית מהמערכת העצבים הפריפריאלית, ישנם גם מסלולים הפוכים בכיוונם, המכונים מסלולים יורדים או מוציאים (אפרנטים - efferent pathways), לאורך כל מערכת השמע. מלולים אלו מאפשרים לאזורים גבוהים בקליפת המוח לווסת את תהליכי עיבוד המידע במערכת העצבים הפריפריאלית.
קליפת המוח השמיעתית.
חלוקה היררכית.
קליפת המוח השמיעתית מחולקת בגסות לשלושה אזורים היררכים בעיבוד המידע השמיעתי: אזור הליבה (Core region), אזור הרצועה (belt region) והאזור שליד הרצועה (parabelt region). האזור השמיעתי הראשוני חבוי בתוך המענית הצידית על האזור המדיאלי בפיתול על שם השל. הוא בנוי על פי קידוד התדרים המרחבי שבשבלול - ככל שמתקדמים לכיוון יותר קדמי (anterior) כך התדר שיגרום לתגובה המקסימלית של תאי העצב באזור נמוך יותר. לצורת ארגון מסודרת זו, של התגובה לתדרים שונים, קוראים ייצוג טונוטופי. הייצוג הטונוטופי מופיע עוד פעמים לאורך קליפת המוח השמיעתית, כפי שאפשר לראות בתמונה משמאל. אזור מרכזי נוסף במערכת השמע, שנמצא בקליפת המוח, הוא מרכז הגובה (pitch center). מרכז זה נמצא לטרלית אל הקורטקס האודיטורי הראשוני, והוא מעורב רבות בקידוד הגובה הנתפס של הצליל (pitch).
מסלול ה"מה?" ומסלול ה"איפה?".
בדומה לארגון של אזורים ראייתים גם בקליפת המוח השמיעתית האסוציאטיבית ישנם שני ערוצי עיבוד מידע מובחנים: ערוץ קדמי וערוץ אחורי. הערוץ הקדמי אשר נקרא גם מסלול ה"מה?" מתחיל בחלק הקדמי של האזור שלצד הרצועה, והוא עוסק באנליזה של הקלט השמיעתי. הערוץ האחורי אשר נקרא גם מסלול ה"איפה?" מתחיל בחלקים אחוריים של האזור שליד הרצועה, והוא מתמקד באיכון מקור הצליל. ההפרדה בין המיקומים נצפתה אף ברמת הנוירון הבודד וגם בניסויי דימות מוחי בבני אדם. כמו כן נצפתה גם סיבתיות, פגיעה באחד מאזורים אלו שיבשה את היכולת לפענח מידע של מיקום או של זיהוי בהתאמה למיקום הפגיעה.
גמישות תפקודית.
תכונה של קליפת המוח היא היכולת שלו להפגין קישוריות דינאמית בין האזורים שונים. תכונה זו באה לידי ביטוי בקליפת המוח השמיעתית בכמה אופנים. לדוגמה: כאשר יש שימוש מוגבר בחוש השמיעה מתרחשים שינויים מבניים. אצל עוורים הקורטקס השמיעתי נמצא מקושר יותר לקורטקס הריאתי. בבחינה תפקודית נמצא שאצל העוורים בהינתן קלט שמיעתי, הקורטקס הראיתי שלהם הגיב ביתר שאת, דבר המעיד על גלישה של עיבוד השמע אל עבר אזורים אלו. דוגמה נוספת היא מקליפת המוח השמיעתית של מוזיקאים. נמצא כי אצל מוזיקאים הפיתול על שם השל גדול יותר, ופעיל יותר. יתרה מכך, הן הגדילה בנפח והן הפעילות המוגברת נמצאו ביחס ישר לכישורים המוזיקליים של הנגן.
תפקודים גבוהים במערכת השמע - שמיעה מוזיקלית הבנת שפה ומנגנוני ניבוי.
תפיסה מוזיקלית במערכת השמע היא תהליך מורכב. מלבד פירוק הצלילים לתכונותיהם הבסיסיות המערכת השמיעתית מסוגלת גם למצוא תבניות ברצפי צלילים. לפי תבניות אלו המערכת מסוגלת לנבא צלילים העתידים לבוא. בפעילות זו מעורבים אזורים מוחיים גבוהים, המתפרשים על קליפת המוח הקדם מצחית ועל קליפת המוח הרקתית. היכולת לנבא את הצלילים הבאים מאפשרת לזהות רצפי צלילים בעלי משמעות גבוהה במיוחד. זאת לאור עקרון בסיסי בתורת האינפורמציה, שלפיו רצף הניתן לניבוי בצורה מלאה אינו נושא עמו אינפורמציה חדשה. על כן, מערכת מוחית אשר יודעת לנבא צלילים יכולה למקד את משאביה לטובת עיבוד צלילים מפתיעים, המכילים הרבה אינפורמציה. היא מבצעת זאת באמצעות מנגנונים כמו הפניית קשב.
לאורך מערכת השמיעה קיימת רשת עצבית האחראית על איתור רצפי קול מפתיעים. רצפים שחורגים ממה שמצפה המערכת העצבית. בין תהליכי האיתור אופיין במערכת העצבית של האדם גל בשם Mismatch negativity או בקיצור MMN. ה-MMN מופיע לאחר הופעת קלט מפתיע, קלט הסותר ניבוי שנוצר ברשת העצבית לגבי העתיד הקרוב. גל זה מופיע בדמות פוטנציאל קשור-אירוע (ERP), דהיינו התפלגות פוטנציאל חשמלי ייחודי על הקרקפת, הניתן למדידה באמצעות מכשיר EEG. האזורים המעורבים ביצירת גל זה מאותתים כי היה קלט מפתיע. לכן, באמצעות זיהוי הגל ניתן להסיק כי המוח "הופתע". האזורים שיוצרים את הגל הם הפיתול המצחי התחתון, והפיתול על שם השל. איתור רצפי קול מפתיעים, המעוררים את גל ה-MMN, הוא תהליך שאינו דורש קשב ולרוב גם לא מודעות. התהליך נצפה גם במטופלים שהיו שרויים בתרדמת.
רישומי מוח שפורסמו בשנת 2009 מראים כי לא רק שיש אזורים שמתריעים "יש הפתעה בקלט", אלא גם שאם ההפתעה חוזרת שוב ושוב – בצורה הניתנת לחיזוי – אז עם הזמן המוח יתחיל לצפות לה. במקרה שכזה נאמר כי התהוותה "ציפייה מסדר גבוה" (המוח מצפה להפתעה, כלומר לחריגה מהמצופה). עם זאת, ציפייה מסדר גבוה כבר דורשת פניות של המיינד. רישומי EEG, שנלקחו מנבדקים שנדרשו לעשות מטלה הדורשת מאמץ מחשבתי רב, כמעט ולא הראו סממנים לציפייה מסדר גבוה. ממצא מעניין הוא, שמטופלים בתרדמת שהציגו ציפייה מסדר גבוה, יצאו מהתרדמת תוך כמה שבועות. מטופלים שלא הציגו יכולת זו נשארו בתרדמת יותר זמן או לא יצאו ממנה כלל. רישומי המוח שפורסמו בשנת 2009 הראו עקבות לציפייה שכזו, בשנת 2019 חוקרים הצליחו לזהות סממן ישיר לציפייה מסדר גבוה: גלים מסוימים בתדר גבוה, שנוצרים באונה הפרונטלית.
הנאה ממוזיקה וחוויית צמרמורת.
אזורים גבוהים במסלול השמע מתקשרים עם מערכת התגמול ומובילים לחוויית ההנאה ממוזיקה. חוויית הנאה זו יכולה להגיע לשיא ולהוביל לצמרמורת משולבת בפרץ גדול של הנאה ובשינוי ניכר בדפוס המוליכות העורית וקצב פעימות הלב. נמצא כי רצפי צלילים אשר מובילים לצמרמורת מאופיינים לרוב בחידוש כלשהו באחד מממדי המוזיקה, כמו עליה פתאומית בגובה הצלילים, הגברת עוצמת הקול, החלפת כלי הנגינה הראשי או נגינה של התזמורת שהייתה לא מתואמת נהפכה פתאום מתואמת.
הבנת שפה.
בתחילת המחקר המדעי של הבנה והפקת שפה התגלו שני אזורים מרכזיים המעורבים בתהליך מלבד הקליפה השמיעתית ראשונית. הראשון נקרא אזור ברוקה והשני נקרא אזור ורניקה. עם השתכללות כלי המחקר המדעי והתקבלות הגישה הדו-מסלולית כגישה מרכזית ומתומכת עודכנו המודלים, וכיום יודעים על תתי אזורים המתמחים בעיבודים שונים של השפה. בנוסף להבנה מבנית ותפקודית טובה יותר של האזורים השפתיים, עם הזמן נחשפו מנגנונים גבוהים בקליפת המוח העוזרים בעיבוד השפה. לדוגמה: נמצא כי תנודות חשמליות הנוצרות בקליפה השמיעתית נמצאות בהתאמה למקצבים האופייניים לדיבור אנושי, אשר מעורבות בהבנת הדיבור. בנוסף, נמצא כי מנגנונים קשביים יכולים לווסת את תנודות אלו, ובכך הם מאפשרים התמקדות בדובר מסוים על פני אחרים. כמו כן, בקליפת המוח מתבצעת אינטגרציה של מידע מחושים רבים, תהליך העוזר גם הוא לפענוח הדיבור.
מחלות המקושרות למערכת השמיעה.
הפרעות שונות נגרמות בשל כשלים במקומות שונים במערכת השמיעה. חלק מהבעיות הן התפתחותיות וכוללות עיוותים בגדילת האוזן או מיקרוטיה. בעיות אחרות נובעות מטראומה כמו נקב בעור התוף, הסרה חלקית או מלאה של האפרכסת, אוזן כרובית, חדירת גוף זר וכדומה. בנוסף לכך ישנן מחלות נרכשות של מערכת השמיעה. ישנם זיהומים חיידקיים, ויראלים או פטרייתיים כמו זיהום האפרכסת ( Perichondritis), דלקת האוזן החיצונית, דלקת פטרייתית של תעלת האוזן החיצונית (Otomycosis), דלקת האוזן התיכונה (Otitis Media), סיבוך נדיר של שלבקת חוגרת בשם תסמונת רמזי-האנט, כולסטאתומה, טרשת האוזן.
בנוסף, ייתכן גם כשל עצבי שמקורו במוח הגורם לבעיות שמיעתיות. לדוגמה חוסר היכולת לשמוע מוזיקה (אמוזיה) או היווצרות הזיות שמיעתיות של מוזיקה או של צלילים מטרידים (טנטון).
בדיקת הולכה.
לעיתים קרובות על מנת לאבחן בעיה במערכת השמע משתמשים בקולן, כלי מתכתי קטן המשמיע צליל בתדר אחיד לאחר הקשה עליו. עם הזמן עוצמת הצליל הבוקעת מהקולן הולכת ופוחתת. הצליל הנוצר על ידי הקולן מועבר על ידי האוויר למערכת השמע, אך אם הבודק יצמיד את הקולן לראש של הנבדק אזי הצליל הנוצר מרעד הקולן יעבור דרך העצם אל מערכת השמע. לרוב ההצמדה תעשה לעצם המסטואיד. בדיקה המבוססת על עובדות אלו נקראת מבחן רינה (Rinne Test). במצב בריא נבדקים שומעים יותר טוב צלילים הנישאים על תווך של האוויר. אם הנבדק מפסיק לשמוע את צליל הקולן, אך בהצמדה של הקולן לעצם הוא שב לשמוע את הצליל, הדבר לרוב יעיד על בעיה הולכתית. כלומר לבעיה בהולכת הצלילים אל מערכת העצבים.
בדיקה נוספת היא הצמדת הקולן לקו האמצע של הראש, על חלקו העליון. הבודק יברר אם קיימת א-סימטריה בין האוזניים של עוצמת הצליל. כאשר הבעיה הולכתית, הצליל יהיה יותר חזק בצד הפגוע, אך אם הבעיה היא עצבית אז הצליל יהיה חלש יותר בצד הפגוע. לבדיקה זו קוראים "מבחן ובר" (Weber Test).
תהליכי הזדקנות במערכת השמיעה.