У спробі краще зрозуміти, як внутрішнє вухо може чути найтихіші звуки, дослідники Єльського університету натрапили на можливий новий спосіб активного керування звуковими хвилями, який допомагає нам відфільтровувати надзвичайно низькі частоти.
«Ми прагнули зрозуміти, як вухо може налаштовуватися на виявлення слабких звуків, не стаючи нестабільним і не реагуючи навіть за відсутності зовнішнього звуку», — пояснює фізик Бенджамін Махта.
«Але в процесі дослідження ми натрапили на новий набір низькочастотних механічних режимів, які, ймовірно, підтримуються у завитковому каналі (кохлеї) внутрішнього вуха.»
Математичне моделювання цієї равликоподібної структури, що відповідає за слухове сприйняття, показало новий рівень складності у тому, як наше вухо активно керує звуковими хвилями, допомагаючи нам знаходити сенс у всьому звуковому потоці.
Як працює слуховий механізм
Щоб звук став відчутним для нас, коливання змушують специфічні за частотою ділянки мікроскопічних волосків у мембрані кохлеї рухатися, що спричиняє нервові сигнали, які передаються до мозку.
Однак ці коливання можуть втрачати свою силу, поширюючись мембраною, що призводить до приглушення тонів і зниження гучності. Вже відомо, що певні ділянки волоскових клітин у кохлеї можуть посилювати поверхневі коливання завдяки точно синхронізованим «поштовхам», що покращує сприйняття певних звуків. Тепер виявлено, що вухо має схожий рефлекс, який регулює хвилі на поверхні незалежно від частоти звуку. Цей механізм чутливо балансує, усуваючи небажані шуми без створення уявних звуків.
Колективна робота волоскових клітин
Моделювання показало, що надчутливі волоскові клітини базилярної мембрани кохлеї можуть працювати як локально, так і в розширеному, колективному режимі. Вони адаптуються для керування звуковими хвилями у процесі їхнього перетворення в електричні сигнали. Ключовим відкриттям є те, що великі ділянки базилярної мембрани можуть діяти як єдине ціле для низькочастотних звуків. Це допомагає кохлеї краще керувати вхідними коливаннями та запобігати перевантаженню вуха занадто гучними звуками.
Нові перспективи у дослідженні слуху
Це відкриття значно розширює розуміння роботи кохлеї та слухового апарату загалом, а також можливих причин розвитку слухових порушень. Крім того, воно відкриває перспективи для подальших досліджень функцій вуха.
«Оскільки ці нові режими мають низьку частоту, ми вважаємо, що наші результати можуть сприяти кращому розумінню низькочастотного слуху, що досі залишається активною сферою досліджень», — зазначає теоретичний біофізик Ізабелла Граф, яка раніше працювала в Єльському університеті, а зараз працює в Європейській лабораторії молекулярної біології в Німеччині.
Низькочастотний слух зазвичай охоплює діапазон від 20 до 1000 Гц. Відповідно до попередніх досліджень, ймовірно, поведінка волоскових клітин, описана в цьому дослідженні, є вирішальною для виявлення тихих звуків і їх передачі до мозку.
«Дослідження цих розширених режимів і їхнього впливу на слух залишається захопливою темою для подальших наукових робіт», — підсумовують автори у своїй науковій публікації. Дослідження опубліковане в журналі PRX Life.