Для того, щоб перетворити заплутані, повітряні вібрації в пізнавані звуки, ваше вухо спирається на мініатюрну складальну лінію з кісток, волокон, тканин і нервів. Потім є "Jell-O".
Звичайно, у ваших вухах немає жодного желатину (якщо ви правильно займаєтесь гігієною). Але, за словами Джонатана Селлона, завідуючого професором MIT та ведучим автором нового дослідження журналу Physical Review Letters, є тоненьке «схоже на Джел» пляма тканини, що прокручується через внутрішнє вухо і допомагає звуковим хвилям дістатися конкретні нервові рецептори, які вони потребують для того, щоб налагодити контакт зі своїм мозку. Ця корисна крапля відома як текторіальна мембрана.
"Текторіальна мембрана - желеподібна тканина, яка складається з 97 відсотків води", - сказав Селлон Live Science. "І він розташовується поверх крихітних сенсорних рецепторів внутрішнього вуха (або сліпої кишки), які переводять звукові хвилі в електричний сигнал, який може інтерпретувати ваш мозок".
Отже, навіщо покривати вухо гіперчутливим звукозбірником шаром Jell-O? Селлон хотів знати, коли він розпочав дослідження текторіальної мембрани вісім років тому. Тепер у своєму новому дослідженні (опублікованому 16 січня) він та його колеги думають, що вони можуть відповісти.
За допомогою їхніх наконечників, що пронизуються в гнучкі внутрішні оболонки мембрани, сенсорні рецепторні клітини внутрішнього вуха (також відомі як «клітини волосся») бігають в пучки по всій довжині вашої черепки, кожна з яких побудована для найкращого реагування на різний діапазон частот; високі частоти найкраще перекладаються клітинами в основі сліпої кишки, тоді як низькі частоти посилюються найкраще у верхній частині сліпої кишки. Разом ці волохаті рецептори дозволяють чути тисячі різних частот звуку.
"Текторіальна мембрана насправді допомагає кохлеї відокремити низькочастотні звуки від високочастотних звуків", - сказав Селлон. "Як це робиться, це" налаштування "власної жорсткості, подібної до струн на інструменті."
Селлон та його колеги витягли кілька текторіальних мембран у лабораторних мишей. Використовуючи крихітні зонди, дослідники змішували мембрани з різною швидкістю, щоб імітувати, як гель може тиснути на клітини волосся у відповідь на різні частоти звуку. Команда випробувала діапазон частот від 1 герца до 3000 герц, потім написала кілька математичних моделей для екстраполяції результатів для навіть більш високих частот (людина зазвичай може почути від 20 герц до 20 000 герц, зазначив Селлон).
Взагалі гель виявився більш жорстким біля основи сліпої кишки, де піднімаються високі частоти, і менш жорсткий у верхівці сліпої кишки, де реєструються низькі частоти. Це майже так, як ніби сама мембрана динамічно налаштовувала себе "як музичний інструмент", - сказав Селлон.
"Це схоже на гітару чи скрипку", - сказав Селлон, - де ви можете настроїти струни більш-менш жорсткими залежно від частоти, яку ви намагаєтеся грати.
Як саме це налаштовує сам Jell-O?
Виявляється, вода протікає через мікроскопічні пори всередині мембрани. Розташування пор змінює те, як рідина рухається через мембрану - тим самим змінюючи її жорсткість і в'язкість у різних місцях у відповідь на вібрації.
Ця крихітна гітара Jell-O може бути вирішальною для посилення певних частотних коливань в різних положеннях уздовж сліпої кишки, сказав Селлон, допомагаючи вашим вухам оптимізувати перетворення звукових хвиль від механічних коливань до нейронних імпульсів.
Упорядкування пор дозволяє клітинам волосся реагувати ефективніше на середній діапазон частот - наприклад, для людської мови - порівняно зі звуками на низькому та високому кінцях спектру. Отже, звукові хвилі в середніх діапазонах, швидше за все, перетворюються на різні нейронні сигнали, сказав Селлон.
Чутливість мембрани може навіть слугувати природним фільтром, який допомагає посилювати слабкі звуки, при цьому затухаючи відволікаючий шум - однак, сказав Селлон, потрібні подальші дослідження живих предметів, щоб краще зрозуміти всі таємниці мембрани.
Тим не менш, здатність налаштування гелю може допомогти пояснити, чому ссавці можуть зіткнутися зі значними порушеннями слуху, коли народжуються з генетичними дефектами, які змінюють спосіб протікання води через їхні текторіальні мембрани. На думку авторів, подальші дослідження можуть допомогти вченим розробити слухові апарати чи лікарські засоби, які допомагають виправити подібні дефекти. Коли настане цей день, ми будемо всі вухами.
