與其他哺乳動(dòng)物一樣，人耳非常敏感，它可以檢測(cè)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(cè)出比我們通過觸覺可以檢測(cè)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(zhǎng)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(cè)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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