Hør jer! Hør jer! Tidligere ukendt sæt af cochlear høretilstande understøtter kompleksiteter i menneskelig hørelse

Yale -fysikere har opdaget et sofistikeret, tidligere ukendt sæt af “tilstande” i det menneskelige øre, der sætter vigtige begrænsninger for, hvordan øret forstærker svage lyde, tolererer støjende sprængninger og skelner en fantastisk række lydfrekvenser derimellem.

Ved at anvende eksisterende matematiske modeller på en generisk mock-up af en cochlea-et spiralformet organ i det indre øre-har forskerne afsløret et nyt lag af cochlea-kompleksitet. Resultaterne, der vises i PRX livtilbud frisk indsigt i den bemærkelsesværdige kapacitet og nøjagtighed ved menneskelig hørelse.

“Vi begyndte at forstå, hvordan øret kan indstille sig for at opdage svage lyde uden at blive ustabil og reagere, selv i fravær af eksterne lyde,” sagde Benjamin Machta, en adjunkt i fysik i Yales Fakultet for Arts and Science and Co-Senior Forfatter af den nye undersøgelse. “Men ved at komme til bunden af ​​dette snublede vi over et nyt sæt lavfrekvensmekaniske tilstande, som Cochlea sandsynligvis understøtter.”

Hos mennesker omdannes lyd til elektriske signaler i cochlea. Folk er i stand til at registrere lyde med frekvenser på tværs af tre størrelsesordener og mere end en billion-fold rækkevidde, ned til små luftvibrationer.

Når lydbølger kommer ind i cochlea, bliver de overfladebølger, der bevæger sig langs Cochlea’s hårforede basilarmembran.

“Hver ren tone ringer på et tidspunkt langs dette spiralorgan,” sagde Asheesh Momi, en kandidatstuderende i fysik i Yales Graduate School of Arts and Sciences og undersøgelsens første forfatter. “Hårcellerne på det sted, fortæl derefter din hjerne, hvilken tone du hører.”

Disse hår gør også noget andet: De fungerer som mekaniske forstærkere, pumper energi i lydbølger for at modvirke friktion og hjælpe dem med at nå deres tilsigtede destinationer. Pumpning i lige den rigtige mængde energi – og foretaget konstante justeringer – er afgørende for præcis hørelse, sagde forskerne.

Men det er simpelthen et sæt høretilstande inden for Cochlea, og det er veldokumenteret. Yale -teamet opdagede et andet, udvidet sæt tilstande inden for orgelet.

I disse udvidede tilstande reagerer og bevæger en stor del af den basilar membran sig sammen, selv for en enkelt tone. Denne kollektive respons lægger begrænsninger for, hvordan hårceller reagerer på indgående lyd, og hvordan hårcellerne pumper energi ind i basilarmembranen.

“Da disse nyligt opdagede tilstande udviser lave frekvenser, mener vi, at vores fund også kan bidrage til en bedre forståelse af lavfrekvent høring, som stadig er et aktivt forskningsområde,” sagde Isabella Graf, en tidligere Yale postdoktorisk forsker, der nu er på Det europæiske molekylære biologilaboratorium i Heidelberg, Tyskland.

Graf og Machta har samarbejdet om en række undersøgelser i de senere år, der brugte matematiske modeller og statistiske fysikkoncepter for bedre .

Michael Abbott fra Yale og Julian Rubinfien fra Harvard er medforfattere for den nye undersøgelse. Machta, Momi og Abbott er en del af Yales kvantitative biologiske institut.