Wie kann die hammer, Amboss und Steigbügel-Knochen verstärken den Schall in das Innenohr?
Douglas E. Vetter, Assistant Professor für Neurowissenschaften an der Tufts University Sackler School of Biomedical Sciences, Klänge eine Antwort auf diese Abfrage.
Hammer, Amboss und Steigbügel—auch bekannt als Malleus, Incus bzw. Stapes und kollektiv als „Mittelohrknöchelchen“—sind die kleinsten Knochen im menschlichen Körper., Sie befinden sich im Mittelohr und sind Teil des Hörsystems zwischen Trommelfell und Cochlea (der spiralförmigen Leitung, die Haarzellen beherbergt, die an der Schallübertragung auf das Gehirn beteiligt sind). Um die Rolle dieser Knochen beim Hören zu verstehen, ist ein Verständnis der Hebel erforderlich. Dies liegt daran, dass die Mittelohrknöchelchen als Hebelsystem angeordnet sind und miteinander interagieren.
Alle Hebel erzeugen einen mechanischen Vorteil. Sie werden verwendet, um eine große Kraft über einen kleinen Abstand an einem Ende des Hebels auszuüben, indem eine kleinere Kraft über einen längeren Abstand am gegenüberliegenden Ende angewendet wird., Die Hebelfähigkeiten der Mittelohrknöchelchen werden benötigt, um die großen Kräfte zu erzeugen, die uns hören lassen.
Als Landtiere leben wir in einer gasförmigen Umgebung. Aber unser Innenohr ist mit Flüssigkeit gefüllt, und dies stellt ein Problem dar. Als Beispiel haben die meisten Menschen Kenntnisse aus erster Hand über das Hören unter Wasser. Wenn jemand schreit Sie über der Wasseroberfläche, die Geräusche sind enorm gedämpft, so dass es schwierig ist, überhaupt zu verstehen oder sogar zu hören. Das ist einfach, weil der größte Teil des Schalls von der Wasseroberfläche reflektiert wird.,
Wie nehmen wir also luftgetragene Geräusche auf, die einfach Vibrationen der Luftmoleküle sind, und bringen sie an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche zwischen unserem Gehörgang und dem Innenohr vorbei? Wir brauchen ein System, um diese Luftvibrationen gegen die Oberfläche der Innenohrflüssigkeit zu drücken.
Wenn das Trommelfell vibriert, wenn Schall auf seine Oberfläche trifft, setzt es die Knöchelchen in Bewegung. Die Ossikel sind in einer speziellen Reihenfolge angeordnet, um ihre Arbeit auszuführen. Direkt hinter und mit dem Trommelfell verbunden—was im Wesentlichen ein großer Schallsammler ist-ist der Hammer., Der Hammer ist so angeordnet, dass ein Ende am Trommelfell befestigt ist, während das andere Ende mit dem Amboss ein hebelartiges Scharnier bildet. Das gegenüberliegende Ende des Ambosses ist mit dem Steigbügel verschmolzen (so dass Amboss und Steigbügel als ein Knochen wirken). Der Steigbügel verbindet sich dann mit einer speziellen Öffnung in der Cochlea, die als „ovales Fenster“ bezeichnet wird.“Die Fußplatte des Steigbügels-der ovale, flache Teil des Knochens, der dem Teil ähnelt, an dem man seinen Fuß in einem tatsächlichen Steigbügel ruhen lässt—ist lose am ovalen Fenster der Cochlea befestigt, so dass er sich wie ein Kolben ein-und ausbewegen kann., Die kolbenartige Aktion erzeugt Schwingungen im flüssigkeitsgefüllten Innenohr, die verwendet werden, um das Gehirn eines Schallereignisses zu signalisieren. Ohne die Mittelohrknöchelchen würden nur etwa 0,1 Prozent der Schallenergie in das Innenohr gelangen.
Die Überwindung des Problems, Luftschall in das mit Flüssigkeit gefüllte Innenohr zu bekommen, wird durch zwei Hauptmechanismen gelöst: die Konzentration der Energie vom großen Trommelfell auf die kleine Steigbügelfußplatte im ovalen Fenster; und die hebelartige Wirkung zwischen Hammer und Amboss-Steigbügelkomplex., Bei Katzen erhöht beispielsweise die einfache Konzentration der Kräfte vom Trommelfell zum Steigbügel den Druck am ovalen Fenster auf etwa das 35-fache dessen, was am Trommelfell gemessen wird. Die Hebelwirkung der Mittelohrknochen verschafft dem System einen weiteren mechanischen Vorteil-da der Amboss kürzer als der Hammer ist-und erhöht den Druck weiter um rund 35 Prozent. Auf diese Weise überwinden wir das Problem, Luftschwingungen in das unter Druck stehende, mit Flüssigkeit gefüllte Innenohr zu bekommen.
Nicht alle Tiere haben dieselbe Mittelohrknochenkonfiguration., Tatsächlich haben Reptilien, Amphibien und Vögel ein Mittelohr, das nur einen Knochen enthält, die Columella, die das Trommelfell direkt mit dem ovalen Fenster der Cochlea verbindet. Wenn wir die empfindlichste Frequenz für das Hören bei diesen Tieren untersuchen, eignen sie sich sehr gut für Geräusche um 1,000 Hertz (1 kHz), verlieren aber schnell ihre Fähigkeit, bei höheren Frequenzen gut zu hören. Andererseits neigen Tiere mit drei Mittelohrknochen dazu, mit viel höheren Frequenzen zu hören. Für den Menschen kann sich unser Gehör auf 20 kHz erstrecken, obwohl der größte Teil unseres Lebens mit Klängen zwischen 4 und 8 kHz verbracht wird.,