Чтобы превратить запутанные воздушные вибрации в узнаваемые звуки, ваше ухо опирается на миниатюрную линию сборки костей, волокон, тканей и нервов. Затем есть «Желе-О».
Конечно, в ваших ушах нет желатина (если вы правильно соблюдаете гигиену). Но, по словам Джонатана Селлона, приглашенного профессора в Массачусетском технологическом институте и ведущего автора нового исследования в журнале Physical Review Letters, существует тонкая, «желеобразная» капля ткани, спиральная через ваше внутреннее ухо и помогающая звуковым волнам достичь конкретные нервные рецепторы, которые им нужны для того, чтобы вступить в контакт с вашим мозгом. Эта полезная капля называется текториальной мембраной.
«Текториальная мембрана - это гелеобразная ткань, состоящая из 97 процентов воды», - сказал Селлон в интервью Live Science. «И он расположен поверх крошечных сенсорных рецепторов во внутреннем ухе (или улитки), которые переводят звуковые волны в электрический сигнал, который ваш мозг может интерпретировать».
Итак, зачем покрывать сверхчувствительное звукоизолирующее оборудование ваших ушей слоем Jell-O? Селлон хотел знать, когда он начал исследовать текториальную мембрану восемь лет назад. Теперь, в своем новом исследовании (опубликованном 16 января), он и его коллеги думают, что они могут получить ответ.
Их кончики торчат в липкие внутренности мембраны, сенсорные рецепторные клетки внутреннего уха (также известные как «волосковые клетки») проходят пучками по всей длине улитки, каждая из которых построена так, чтобы лучше всего реагировать на различный диапазон частот; высокие частоты лучше всего транслируются клетками у основания улитки, тогда как низкие частоты лучше всего усиливаются в верхней части улитки. Вместе эти волосатые рецепторы позволяют слышать тысячи разных частот звука.
«Текториальная мембрана фактически помогает улитке отделять низкочастотные звуки от высокочастотных», - сказал Селлон. «То, как это происходит, заключается в« настройке »собственной жесткости, что-то вроде струн на инструменте».
Селлон и его коллеги извлекли несколько текториальных мембран из лабораторных мышей. Используя крошечные зонды, исследователи перемешивали мембраны на разных скоростях, чтобы смоделировать, как гель может давить на волосковые клетки в ответ на различные частоты звука. Команда проверила диапазон частот от 1 до 3000 герц, а затем написала несколько математических моделей для экстраполяции результатов на еще более высокие частоты (люди обычно слышат от 20 до 20000 герц, отметил Селлон).
В общем, гель оказался более жестким у основания улитки, где улавливаются высокие частоты, и менее жестким в вершине улитки, где регистрируются низкие частоты. По словам Селлона, это почти как если бы сама мембрана динамически настраивалась "как музыкальный инструмент".
«Это похоже на гитару или скрипку, - сказал Селлон, - где вы можете настроить струны более или менее жестко в зависимости от частоты, на которой вы пытаетесь играть».
Как именно эта Jell-O сама себя настраивает?
Оказывается, вода протекает через микроскопические поры внутри мембраны. Расположение пор изменяет то, как жидкость проходит через мембрану, тем самым изменяя свою жесткость и вязкость в разных местах в ответ на вибрации.
Селлон сказал, что эта крошечная гитара Jell-O может иметь решающее значение для усиления определенных частотных колебаний в разных местах вдоль улитки, помогая вашим ушам оптимизировать преобразование звуковых волн из механических колебаний в нервные импульсы.
Расположение пор позволяет волосяным клеткам более эффективно реагировать на средний диапазон частот - например, те, которые используются для человеческой речи - по сравнению со звуками в нижних и верхних частотах спектра. Таким образом, по словам Селлона, звуковые волны в этих средних диапазонах с большей вероятностью преобразуются в отдельные нейронные сигналы.
Чувствительность мембраны может даже служить естественным фильтром, который помогает усиливать слабые звуки, одновременно ослабляя отвлекающий шум - однако, по словам Селлона, необходимы дальнейшие исследования живых объектов, чтобы лучше понять все загадки мембраны.
Тем не менее, способность к настройке геля может помочь объяснить, почему млекопитающие могут столкнуться со значительными нарушениями слуха, когда рождаются с генетическими дефектами, которые изменяют то, как вода протекает через их текториальные мембраны. По мнению авторов, дальнейшие исследования могут помочь ученым разработать слуховые аппараты или лекарственные препараты, которые помогут исправить такие дефекты. Когда этот день наступит, мы будем все уши.
