Aby przekształcić splątane, unoszące się w powietrzu wibracje w rozpoznawalne dźwięki, twoje ucho opiera się na miniaturowej linii montażowej kości, włókien, tkanek i nerwów. Potem jest „Jell-O”.
Oczywiście w twoich uszach nie ma żelatyny (jeśli odpowiednio przestrzegasz zasad higieny). Ale według Jonathana Sellona, profesora wizytującego w MIT i głównego autora nowego badania w czasopiśmie Physical Review Letters, cienkie, podobne do Jell-O kropelki tkanki spiralnie przechodzą przez ucho wewnętrzne i pomagają dotrzeć falom dźwiękowym konkretne receptory nerwowe, których potrzebują, aby nawiązać kontakt z mózgiem. Ta pomocna kropelka jest znana jako błona piersiowa.
„Błona piersiowa to galaretowata tkanka, która składa się w 97 procentach z wody”, powiedział Sellon dla Live Science. „I znajduje się na szczycie maleńkich receptorów czuciowych w uchu wewnętrznym (lub ślimaku), które przekształcają fale dźwiękowe w sygnał elektryczny, który mózg może interpretować”.
Po co więc pokrywać nadwrażliwy na uszy sprzęt do odbierania dźwięku warstwą Jell-O? Sellon chciał wiedzieć, kiedy osiem lat temu zaczął badać błonę piersiową. Teraz, w swoim nowym badaniu (opublikowanym 16 stycznia), on i jego koledzy sądzą, że mogą znaleźć odpowiedź.
Ich końcówki wbijają się w lepkie błony komórkowe, komórki receptora czuciowego ucha wewnętrznego (znane również jako „komórki włosów”) biegną w wiązkach na całej długości ślimaka, każdy zbudowany tak, aby najlepiej reagował na inny zakres częstotliwości; wysokie częstotliwości najlepiej tłumaczyć przez komórki u podstawy ślimaka, podczas gdy niskie częstotliwości wzmacniają się najlepiej u góry ślimaka. Te włochate receptory pozwalają usłyszeć tysiące różnych częstotliwości dźwięku.
„Membrana piersiowa faktycznie pomaga ślimakowi oddzielić dźwięki o niskiej częstotliwości od dźwięków o wysokiej częstotliwości” - powiedział Sellon. „Sposób, w jaki to robi, polega na„ dostrajaniu ”własnej sztywności, podobnie jak struny na instrumencie.”
Sellon i jego koledzy wyodrębnili kilka błon tektorowych od myszy laboratoryjnych. Za pomocą małych sond badacze poruszali błonami z różną prędkością, aby symulować, w jaki sposób żel może dociskać komórki włosów w odpowiedzi na różne częstotliwości dźwięku. Zespół przetestował zakres częstotliwości od 1 do 3 000 herców, a następnie napisał kilka modeli matematycznych, aby ekstrapolować wyniki dla jeszcze wyższych częstotliwości (ludzie zwykle słyszą od 20 do 20 000 herców, zauważył Sellon).
Zasadniczo żel wydawał się sztywniejszy w pobliżu podstawy ślimaka, gdzie zbierane są wysokie częstotliwości, i mniej sztywny w wierzchołku ślimaka, w którym rejestrują się niskie częstotliwości. To prawie tak, jakby sama membrana dynamicznie się dostrajała „jak instrument muzyczny, powiedział Sellon.
„To trochę jak gitara lub skrzypce”, powiedział Sellon, „gdzie możesz dostroić struny, aby były mniej lub bardziej sztywne w zależności od częstotliwości, którą próbujesz grać”.
Jak dokładnie nastroi się ten Jell-O?
Okazuje się, że woda przepływa przez mikroskopijne pory wewnątrz błony. Układ porów zmienia sposób przepływu płynu przez membranę, zmieniając w ten sposób jej sztywność i lepkość w różnych miejscach w odpowiedzi na wibracje.
Sellon powiedział, że ta niewielka gitara Jell-O może mieć kluczowe znaczenie dla wzmacniania określonych drgań częstotliwości w różnych pozycjach w ślimaku, pomagając twoim uszom zoptymalizować konwersję fal dźwiękowych z wibracji mechanicznych na impulsy neuronowe.
Układ porów pozwala komórkom włosowym skuteczniej reagować na średni zakres częstotliwości - na przykład częstotliwości wykorzystywanych w mowie ludzkiej - w porównaniu do dźwięków z dolnego i górnego końca spektrum. Sellon powiedział, że fale dźwiękowe w tych środkowych zakresach będą częściej przekształcane w wyraźne sygnały neuronowe.
Czułość membrany może nawet służyć jako naturalny filtr, który pomaga wzmocnić cichy dźwięk, a jednocześnie tłumić rozpraszający hałas - jednak Sellon powiedział, że potrzebne są dalsze badania na żywych osobnikach, aby lepiej zrozumieć wszystkie tajemnice błony.
Jednak zdolność strojenia żelu może pomóc wyjaśnić, dlaczego ssaki mogą napotkać znaczące upośledzenie słuchu, gdy rodzą się z wadami genetycznymi, które zmieniają sposób, w jaki woda przepływa przez błony piersiowe. Według autorów dalsze badania mogą pomóc naukowcom opracować aparaty słuchowe lub środki farmaceutyczne, które pomogą naprawić takie wady. Kiedy nadejdzie ten dzień, wszyscy będziemy uszy.
