與其他哺乳動(dòng)物一樣，人耳非常敏感，它可以檢測到聲波引起的鼓膜振動(dòng)，其振動(dòng)小于原子的寬度。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重要的新細(xì)節(jié)，即耳朵如何實(shí)現(xiàn)這種驚人的拾取微弱聲音的能力。
例如，這些新發(fā)現(xiàn)有助于解釋我們的耳朵如何能夠檢測出比我們通過觸覺可以檢測到的振動(dòng)強(qiáng)一百萬倍的振動(dòng)。結(jié)果發(fā)表在“物理評(píng)論快報(bào)”雜志上，訪問科學(xué)家和主要作者Jonathan Sellon，電氣工程教授，資深作者Dennis Freeman，訪問科學(xué)家Roozbeh Ghaffari以及麻省理工學(xué)院Grodzinsky小組成員。
耳朵的靈敏度和選擇性 - 它能夠區(qū)分不同頻率的聲音 - 主要取決于內(nèi)耳中一種微小結(jié)構(gòu)的行為，稱為蓋膜，F(xiàn)reeman和他的學(xué)生一直在研究這種結(jié)構(gòu)。十年。現(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)凝膠膜使我們的聽覺具有極高的靈敏度的方式與該膜中納米級(jí)孔的大小，剛度和分布以及這些納米孔控制凝膠內(nèi)水的運(yùn)動(dòng)的方式有關(guān)。
覆膜位于內(nèi)耳或耳蝸的微小毛發(fā)頂上。這些感覺受體被布置在簇中，每個(gè)簇對(duì)于不同的聲音頻率敏感，沿著緊密卷曲的結(jié)構(gòu)的長度方向發(fā)展。這些毛發(fā)的尖端嵌入覆蓋膜的事實(shí)意味著它的行為強(qiáng)烈地影響這些毛發(fā)對(duì)聲音的響應(yīng)方式。
“機(jī)械地，它是Jell-O，”弗里曼說，描述了比頭發(fā)更薄的微小覆蓋膜。雖然它基本上是一種飽和的海綿狀結(jié)構(gòu)，主要由水制成，但“如果你盡可能地用力擠壓它，你就不能將水排出。它由靜電力組合在一起，”他解釋道。但是，盡管體內(nèi)有許多凝膠基材料，包括軟骨，彈性蛋白和肌腱，但是覆蓋膜是由不同的遺傳指令組成的。
結(jié)構(gòu)的目的最初是一個(gè)難題。 “你為什么要那樣?”塞森說。他說，坐在敏感的拾音器結(jié)構(gòu)的頂部，“這種聲音可以消除大多數(shù)類型的麥克風(fēng)”。 “但這對(duì)于聽力來說至關(guān)重要”，并且由基因變異引起的結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)嚴(yán)重降低人的聽力。
在對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)測試后，研究小組發(fā)現(xiàn)其中孔隙的大小和排列，以及這些特性影響凝膠中水分如何在孔隙之間來回移動(dòng)以響應(yīng)振動(dòng)的方式，使得整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)高度選擇性。進(jìn)入耳朵的最高和最低音調(diào)受到覆蓋膜提供的放大的影響較小，而中頻更強(qiáng)烈地放大。
“它能夠恰到好處地獲得你需要的信號(hào)，”Sellon說，放大最有用的聲音。
研究小組發(fā)現(xiàn)，覆膜的結(jié)構(gòu)“看起來像一個(gè)固體，但表現(xiàn)得像液體一樣，”弗里曼說 - 這是有道理的，因?yàn)樗饕梢后w組成。 “我們發(fā)現(xiàn)的是，覆膜不如我們想象的那么堅(jiān)固。”他說團(tuán)隊(duì)沒有預(yù)料到的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是“對(duì)于中頻，結(jié)構(gòu)像液體一樣移動(dòng)，但對(duì)于高頻和低頻，它只表現(xiàn)為固體。”
總體而言，研究人員希望更好地了解這些機(jī)制可能有助于設(shè)計(jì)抵抗各種聽力損傷的方法 - 通過機(jī)械輔助設(shè)備，如改進(jìn)的人工耳蝸，或醫(yī)療干預(yù)，如可能改變納米孔或性質(zhì)的藥物覆蓋膜中的液體。 “如果毛孔的大小對(duì)于聽覺功能很重要，那么你可以做些事情，”弗里曼說。
該圖像通過光學(xué)顯微鏡拍攝，顯示了覆蓋膜的橫截面，這是一種凝膠狀結(jié)構(gòu)，位于內(nèi)耳上的微小毛發(fā)頂部。
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