In che modo le ossa del martello, dell’incudine e della staffa amplificano il suono nell’orecchio interno?
Douglas E. Vetter, assistente professore di neuroscienze presso la Tufts University Sackler School of Biomedical Sciences, suona una risposta a questa query.
Il martello, l’incudine e la staffa—noti anche come malleus, incus e staffa, rispettivamente, e collettivamente, come “ossicini dell’orecchio medio”—sono le ossa più piccole del corpo umano., Trovati nell’orecchio medio, fanno parte del sistema uditivo tra il timpano e la coclea (il condotto a forma di spirale che ospita le cellule ciliate coinvolte nella trasmissione del suono al cervello). Comprendere il ruolo di queste ossa nell’udito richiede una comprensione delle leve. Questo perché gli ossicini dell’orecchio medio sono disposti e interagiscono tra loro come un sistema a leva.
Tutte le leve generano un vantaggio meccanico. Sono usati per esercitare una grande forza su una piccola distanza ad un’estremità della leva applicando una forza più piccola su una distanza più lunga all’estremità opposta., Le capacità di leva degli ossicini dell’orecchio medio sono necessarie per generare le grandi forze che ci permettono di sentire.
Come animali terrestri, viviamo in un ambiente gassoso. Ma il nostro orecchio interno è pieno di liquido, e questo rappresenta un problema. Ad esempio, la maggior parte delle persone ha una conoscenza di prima mano dell’udito sott’acqua. Se qualcuno urla a voi da sopra la superficie dell”acqua, i suoni sono tremendamente in sordina, il che rende difficile da capire o addirittura sentire a tutti. Questo è semplicemente perché la maggior parte del suono si riflette sulla superficie dell”acqua.,
Quindi, come possiamo prendere in suoni aerei, che sono semplicemente vibrazioni delle molecole d’aria, e farli oltre l’interfaccia aria-fluido tra il nostro condotto uditivo e l’orecchio interno? Abbiamo bisogno di un sistema per usare quelle vibrazioni dell’aria per spingere contro la superficie del fluido dell’orecchio interno.
Quando il timpano vibra mentre il suono colpisce la sua superficie, mette in movimento gli ossicini. Gli ossicini sono disposti in un ordine speciale per svolgere il loro lavoro. Direttamente dietro e collegato al timpano-che è essenzialmente, un grande collettore di suono-è il martello., Il martello è disposto in modo che un’estremità sia attaccata al timpano, mentre l’altra estremità forma una cerniera a leva con l’incudine. L’estremità opposta dell’incudine è fusa con la staffa (quindi l’incudine e la staffa agiscono come un osso). La staffa si collega quindi con un’apertura speciale nella coclea chiamata “finestra ovale”.”La pedana della staffa—la parte ovale e piatta dell’osso che assomiglia alla parte in cui si appoggia il piede in una staffa reale—è attaccata vagamente alla finestra ovale della coclea, permettendole di muoversi dentro e fuori come un pistone., L’azione simile al pistone genera vibrazioni nell’orecchio interno pieno di liquido che vengono utilizzate per segnalare al cervello un evento sonoro. Senza gli ossicini dell’orecchio medio, solo circa lo 0,1% dell’energia sonora lo farebbe nell’orecchio interno.
Superare il problema di ottenere il suono aereo nell’orecchio interno pieno di liquido è risolto da due meccanismi principali: la concentrazione di energia dal timpano grande sulla piccola pedana della staffa situata nella finestra ovale; e l’azione a leva tra il martello e il complesso incudine-staffa., Nei gatti, ad esempio, la semplice concentrazione di forze dal timpano alla staffa aumenta la pressione alla finestra ovale a circa 35 volte quella misurata al timpano. L’azione della leva delle ossa dell’orecchio medio conferisce un ulteriore vantaggio meccanico al sistema-che si verifica perché l’incudine è più corta del martello—e aumenta ulteriormente la pressione di circa il 35%. In questo modo superiamo il problema di ottenere vibrazioni aeree nell’orecchio interno pressurizzato e pieno di liquido.
Non tutti gli animali hanno la stessa configurazione dell’osso dell’orecchio medio., Infatti, rettili, anfibi e uccelli, hanno un orecchio medio che contiene un solo osso, chiamato columella, che collega il timpano direttamente alla finestra ovale della coclea. Quando esaminiamo la frequenza più sensibile per l’udito in questi animali, fanno molto bene per i suoni intorno a 1.000 hertz (1 kHz), ma perdono rapidamente la loro capacità di sentire bene a frequenze più alte. D’altra parte, gli animali con tre ossa dell’orecchio medio tendono a sentire a frequenze molto più alte. Per gli esseri umani, il nostro udito può estendersi a 20 kHz, anche se la maggior parte della nostra vita sono spesi assistere a suoni tra 4 e 8 kHz.,