Фото из открытых источников
Физики из Йельского университета обнаружили сложный, ранее неизвестный набор «режимов» в человеческом ухе, которые накладывают важные ограничения на то, как ухо усиливает слабые звуки, выдерживает громкие звуки и различает потрясающий диапазон звуковых частот между ними. Исследование было опубликовано в журнале PRX Life.
Применив существующие математические модели к общему макету улитки — спиралевидного органа во внутреннем ухе — исследователи открыли новый уровень кохлеарной сложности. Результаты предлагают свежий взгляд на замечательную способность и точность человеческого слуха.
«Мы задались целью понять, как ухо может настраиваться на обнаружение слабых звуков, не становясь нестабильным и реагируя даже при отсутствии внешних звуков», — сказал соавтор нового исследования Бенджамин Махта из Йельского университета. «Но, докопавшись до сути, мы наткнулись на новый набор низкочастотных механических режимов, которые, вероятно, поддерживает улитка».
У людей звук преобразуется в электрические сигналы в улитке. Люди способны улавливать звуки с частотами в трех порядках и более чем триллионнократным диапазоном мощности, вплоть до крошечных колебаний воздуха.
Как только звуковые волны попадают в улитку, они становятся поверхностными волнами, которые распространяются вдоль выстланной волосками базилярной мембраны улитки.
«Каждый чистый тон звучит в одной точке этого спирального органа», — сказал соавтор исследования Ашиш Моми. «Волосковые клетки в этом месте затем сообщают вашему мозгу, какой тон вы слышите».
Эти волоски выполняют еще одну функцию: они действуют как механические усилители, перекачивая энергию в звуковые волны, чтобы противодействовать трению и помогать им достигать своих целей. Перекачка нужного количества энергии — и постоянная корректировка — имеет решающее значение для точного слуха, говорят исследователи.
Но это всего лишь один набор слуховых режимов в улитке, и он хорошо документирован. Команда Йельского университета обнаружила второй, расширенный набор режимов в органе.
В этих расширенных режимах большая часть базилярной мембраны реагирует и движется вместе, даже для одного тона. Этот коллективный ответ накладывает ограничения на то, как волосковые клетки реагируют на входящий звук и как волосковые клетки перекачивают энергию в базилярную мембрану.
«Поскольку эти недавно обнаруженные моды демонстрируют низкие частоты, мы считаем, что наши результаты также могут способствовать лучшему пониманию низкочастотного слуха, который по-прежнему является активной областью исследований», — сказала соавтор исследования Изабелла Граф.
