211service.com
Zagadka wzmocnienia dźwięku w uchu wewnętrznym
Jedną z niezwykłych cech systemu wykrywania dźwięków ssaków jest zakres, w jakim działa. To rozciąga się od 11 KHz u ptaków do 200 KHz u ssaków morskich.
Jest to możliwe tylko dlatego, że ucho wewnętrzne wzmacnia dźwięki nawet 4000 razy. To ogromne wzmocnienie. Tak bardzo, że trudno pogodzić się z konwencjonalnym myśleniem o wzmocnieniu mechanicznym. Wśród biologów jest więc wiele drapania po głowie, w jaki sposób ucho osiąga to wzmocnienie.
Częścią zagadki jest to, że wzmocnienie nie jest całkowicie pasywne. Ucho wewnętrzne to zasadniczo rurka wypełniona płynem, podzielona na całej długości cienką elastyczną membraną. Ta błona pokryta jest komórkami włoskowatymi, które występują w dwóch rodzajach.
Tak zwane komórki rzęsate wewnętrzne przekształcają fale ciśnienia w płynie na sygnały elektryczne, które mózg może zinterpretować. Jednak zewnętrzne komórki rzęsate działają jak mechaniczne wzmacniacze. Po uderzeniu falą ciśnieniową komórki same zaczynają wibrować z tą samą częstotliwością, wzmacniając w ten sposób falę podczas jej przechodzenia.
Problem polega na tym, że pomiary z użyciem zewnętrznych komórek rzęsatych wskazują, że wzmacniają one fale ciśnienia około 10 razy, co jest wzmocnieniem znacznie niższym od wymaganego.
Dziś jednak Tobias Reichenbach i James Hudspeth z The Rockefeller University w Nowym Jorku twierdzą, że odkryli, co jeszcze ma wzmocnić sygnał.
Dźwięk dostaje się do ucha wewnętrznego jako fala ciśnieniowa, która przemieszcza się przez wypełnioną płynem komorę, powodując wibrację membrany, która dzieli ją na całej jej długości, jak arkusz gumy. Ponieważ komórki włoskowate znajdują się na tej błonie, również się poruszają.
Reichenbach i Hudspeth obliczają, że wibracje zewnętrznych komórek rzęsatych nie tylko wzmacniają falę ciśnienia, ale także zwiększają przemieszczenie błony, tak jak dziecko podskakuje na trampolinie.
Kiedy te efekty łączą się, dają efekt pozytywnego sprzężenia zwrotnego, który tworzy ogromne wzmocnienie. To łatwo wyjaśnia wzmocnienie 4000x. W rzeczywistości zespół twierdzi, że przyrost może być jeszcze większy: całkowity przyrost ślimaka, będący iloczynem tych dwóch składników, może przekroczyć 10 000, mówią Reichenbach i Hudspeth.
Jedyne, co pozostaje, to wymyślenie przez eksperymentatorów sposobu pokazania, że w rzeczywistości jest to proces, który osiąga zysk, co prawda nie najłatwiejsze z zadań. Ale taka, która może wkrótce doprowadzić do rozwiązania tej zagadki raz na zawsze.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1009.2034 : Podwójny wkład w amplifikację w uchu wewnętrznym ssaka