Спираль уха отзывается на басы

Филип Болл

Улитка уха

Новая теория объясняет, почему наше внутреннее ухо имеет форму улитки

Почему улитка нашего уха – ключевой орган слуха – имеет форму спирали? Раньше часто думали, что это сделано для экономии места. Но исследователи из Соединенных Штатов показали, что спираль может быть жизненно важной для увеличения чувствительности нашего уха, особенно на низких частотах.

Дафна Мануссаки из Университета Вандербилта в Нэшвилле, штат Теннеси, и ее коллеги полагают, что раковина улитки нашего уха концентрирует звуковые волны на внешнем краю спирали, облегчая их восприятие соответствующими клетками.

Если исследователи правы, то ухо устроено более сложно, чем мы думали. «Это значит, что нам нужно уйти от детального изучения биологии отдельных клеток, чтобы увидеть работу уха как целостной системы»,  - говорит Карл Грош из Университета в Анн Арбор, штат Мичиган, изучающий структуру органов слуха.

Результаты исследования также говорят о том, что искусственный имплантант для слабослышащих может быть улучшен. Грош, работающий с этими миниатюрными устройствами, говорит, что результаты исследования заставят его подумать об имитировании спиральной структуры, которая, как считали прежде, не имеет никакой реальной функции.

Шепот у стены

Улитка уха – заполненная жидкостью, свернутая в спираль и сужающаяся к одному концу труба, объемом один кубический сантиметр. Располагаясь во внутреннем ухе, она дифференцирует звуковые волны, воспринимая их в диапазоне от 20 до 20 000 герц.

Колебания определенной частоты наиболее эффективно воспринимаются в соответствующей части трубы: высокие частоты около широкого конца спирали, низкие – глубже по спирали.

Труба также содержит нервные клетки, которые реагируют в ответ на движения водянистой ушной жидкости.

Разделение частот в свернутой улитке происходит практически так же, как в прямой трубе. Поэтому до сих пор не было понятно, для чего служит спираль, кроме того, что делает весь слуховой аппарат более компактным. А некоторые модели искусственной улитки уха имели вид прямого сужающегося канала.

Но Мануссаки и ее коллеги вычислили путь, по которому звуковые волны распространяются в слуховой трубе спиральной формы. Они обнаружили, что энергия звуковой волны распределяется по трубе неравномерно, концентрируясь на внешней стенке тем больше, чем дальше движется волна вглубь улитки.

Исследователи говорят, что это производит эффект подобный тому, который наблюдается в цилиндрическом пространстве, например, в соборе Святого Павла в Лондоне, где звук сконцентрирован у стен. Этот эффект известен как «эффект шепота в галерее», благодаря которому человек с одной стороны собора слышит чье-то бормотание у противоположной стороны.

Увеличьте громкость

Концентрация энергии в одной части трубы облегчает сгруппированным там клеткам мембраны восприятие звука. Таким образом, улитка уха может быть более чувствительна в глубине трубы, там, где воспринимаются более низкие частоты.

По оценкам исследователей звук во внутреннем наконечнике спирали усиливается на 20 децибелов относительно звука на поверхности. Для примера, такая же разница в громкости есть между спокойным разговором и звуком работающего пылесоса.

Увеличение громкости на 20 децибелов было бы значительным для искусственного уха, говорит Грош: «Нам бы это понравилось». Он считает, что достаточно легко сделать миниатюрные слуховые каналы в форме спирали.

Подписаться на журнал "Человек без границ"