jak kladivo, kovadlina a třmenové kosti zesilují zvuk do vnitřního ucha?
Douglas E. Vetter, odborný asistent neurovědy na Tufts University Sackler School of biomedicínských věd, zní odpověď na tento dotaz.
kladivo, kovadlina a třmen-také známý jako malleus, incus a stapes, respektive, a kolektivně, jako „ossicles středního ucha“ – jsou nejmenší kosti v lidském těle., Našel ve středním uchu, které jsou součástí sluchového systému mezi bubínku a hlemýždě (spirála ve tvaru conduit bydlení vlasy buňky, které se podílejí na přenosu zvuku do mozku). Pochopení role těchto kostí při sluchu vyžaduje pochopení pák. Je to proto, že ossicles středního ucha jsou uspořádány a vzájemně spolupracují jako pákový systém.
všechny páky vytvářejí mechanickou výhodu. Používají se k vyvíjení velké síly na malé vzdálenosti na jednom konci páky použitím menší síly na delší vzdálenost na opačném konci., K vytvoření velkých sil, které nám umožňují slyšet, jsou potřebné pákové schopnosti ossicles středního ucha.
jako suchozemská zvířata žijeme v plynném prostředí. Ale naše vnitřní ucho je naplněno tekutinou, což představuje problém. Jako příklad, většina lidí má z první ruky znalosti sluchu pod vodou. Pokud na vás někdo křičí z povrchu vody, zvuky jsou nesmírně tlumené, takže je obtížné pochopit nebo dokonce slyšet vůbec. To je prostě proto, že většina zvuku se odráží od povrchu vody.,
Jak tedy přijmeme vzdušné zvuky, které jsou jednoduše vibracemi molekul vzduchu, a dostaneme je přes rozhraní vzduch-tekutina mezi naším ušním kanálem a vnitřním uchem? Potřebujeme systém, který tyto vibrace vzduchu použije k tomu, aby tlačil na povrch tekutiny vnitřního ucha.
když ušní bubínek vibruje, když zvuk zasáhne jeho povrch, uvede ossicles do pohybu. Ossicles jsou uspořádány ve zvláštním pořadí, aby vykonávali svou práci. Přímo za a připojeným k ušnímu bubínku—což je v podstatě velký sběratel zvuku—je kladivo., Kladivo je uspořádáno tak, že jeden konec je připevněn k ušnímu bubínku, zatímco druhý konec tvoří pákový závěs s kovadlinou. Opačný konec kovadliny je spojen s třmínkem (takže kovadlina a třmen působí jako jedna kost). Třmen se pak spojí se speciálním otvorem v kochle zvané „oválné okno“.“Stupačka z třmínek—oválné, ploché část kosti, která se podobá té části, kde by se zbytek ty nohy v aktuální třmínek—je volně připojen na oválné okénko hlemýždě, což umožňuje, aby pohybovat jako píst., Pístová akce generuje vibrace ve vnitřním uchu naplněném tekutinou, které se používají k signalizaci mozku zvukové události. Bez ossicles středního ucha by se do vnitřního ucha dostalo pouze asi 0, 1 procenta zvukové energie.
Překonání problému se vzduchem zvuk do tekutinou naplněného vnitřního ucha je řešen dvěma hlavními mechanismy: koncentrace energie z velkého bubínku na malé ploténkou třmínku se nachází v oválné okno; a páky-jako mezi kladivem a kovadlinou-třmen komplexu., U koček například jednoduchá koncentrace sil od ušního bubínku k třmenu zvyšuje tlak v oválném okně na asi 35krát, co se měří na ušním bubínku. Páka akce středního ucha kosti dodává další mechanické výhody systému—dochází, protože kovadlina je kratší než kladivo—a dále zvyšuje tlak o zhruba 35 procent. Tímto způsobem překonáváme problém získávání vzdušných vibrací do tlakového vnitřního ucha naplněného tekutinou.
ne všechna zvířata mají stejnou konfiguraci kostí středního ucha., Ve skutečnosti, plazi, obojživelníci a ptáci, mají střední ucho, které obsahuje jen jednu kost, tzv. columella, která spojuje bubínek přímo na oválné okénko hlemýždě. Když zkoumáme nejcitlivější frekvenci sluchu u těchto zvířat, dělají velmi dobře pro zvuky kolem 1 000 hertzů (1 kHz), ale rychle ztrácejí schopnost dobře slyšet při vyšších frekvencích. Na druhé straně zvířata se třemi kostmi středního ucha mají tendenci slyšet při mnohem vyšších frekvencích. Pro lidi, náš sluch se může rozšířit na 20 kHz, ačkoli většina našich životů je věnována zvukům mezi 4 a 8 kHz.,