Щоб краще зрозуміти, як внутрішнє вухо сприймає найтихіші звуки, дослідники Єльського університету випадково натрапили на потенційно новий спосіб, яким людське тіло активно керує звуковими хвилями, допомагаючи нам розрізняти вкрай низькі частоти.
“Ми прагнули зрозуміти, як вухо може налаштовуватися на виявлення слабких звуків, не стаючи нестабільним і не реагуючи навіть за відсутності зовнішнього звуку”, – пояснює фізик Бенджамін Махта.
“Але в процесі цього ми натрапили на новий набір механічних режимів низької частоти, які, ймовірно, підтримує равлик внутрішнього вуха.”
Математичне моделювання равлика – органу слуху у внутрішньому вусі – проведене командою вчених, розкрило новий рівень складності в тому, як наше слухове сприйняття активно керує звуковими хвилями, щоб виділяти корисні сигнали з фонового шуму.
Щоб вібрації перетворилися на звуки, які ми чуємо, вони змушують коливатися певні ділянки крихітних волосків на мембрані равлика, що генерують нервові імпульси, передані в мозок.
Ці вібрації можуть втрачати інтенсивність, поширюючись поверхнею мембрани, що послаблює звуки та знижує їхню гучність. Вже давно відомо, що окремі ділянки волоскових клітин у равлику можуть підсилювати ці коливання, допомагаючи нам чути навіть слабкі звуки.
Тепер дослідники з’ясували, що у вуха є ще одна рефлекторна система, яка глобально налаштовує поверхневі хвилі, незалежно від їхньої частоти. Вона допомагає підтримувати баланс, зменшуючи небажаний шум без створення “фантомних” звуків.
Вухо використовує колективну реакцію на низькі частоти
Вчені змоделювали, як вухо захищає себе від перевантаження. Виявилося, що волоскові клітини базилярної мембрани можуть працювати не лише локально, а й колективно – великі ділянки мембрани об’єднуються для сприйняття низькочастотних звуків.
Цей механізм допомагає равлику краще обробляти вхідні коливання і запобігає перенасиченню вуха гучними звуками.
Результати дослідження значно розширюють наше розуміння функціонування слухового апарату та потенційних причин порушень слуху, відкриваючи нові перспективи для майбутніх досліджень.
“Оскільки ці нові режими працюють на низьких частотах, ми вважаємо, що наші висновки можуть допомогти глибше зрозуміти механізм сприйняття низьких звуків, що залишається актуальною темою для науки”, – зазначає теоретичний біофізик Ізабелла Граф, яка раніше працювала в Єльському університеті, а зараз є дослідницею Європейської лабораторії молекулярної біології в Німеччині.
Низькочастотне слухове сприйняття охоплює діапазон від 20 до 1000 Гц. Відповідно до попередніх досліджень, можливо, що поведінка волоскових клітин, виявлена у цьому дослідженні, відіграє вирішальну роль у виявленні тихих звуків і передачі їх у мозок.
“Дослідження цих механізмів і їхнього впливу на слух залишається захопливою темою для подальших наукових робіт”, – підсумовують автори у своїй публікації.
Дослідження було опубліковане в журналі PRX Life.