jak młotek, kowadło i strzemiona wzmacniają dźwięk do ucha wewnętrznego?
Douglas E. Vetter, Assistant Professor of Neuroscience w Tufts University Sackler School of Biomedical Sciences, brzmi odpowiedź na to pytanie.
młotek, kowadło i strzemiona—znane również jako malleus, incus i stapes, odpowiednio, i łącznie, jako „kosteczki ucha środkowego”—są najmniejszymi kośćmi w ludzkim ciele., Znajdują się w uchu środkowym, są częścią układu słuchowego między błoną bębenkową a ślimakiem (spiralny kanał w kształcie obudowy z komórkami włosowymi, które biorą udział w przekazywaniu dźwięku do mózgu). Zrozumienie roli tych kości w słyszeniu wymaga zrozumienia dźwigni. Dzieje się tak dlatego, że kosteczki ucha środkowego są ułożone i współdziałają ze sobą jako układ dźwigniowy.
wszystkie dźwignie generują przewagę mechaniczną. Są one używane do wywierania dużej siły na małej odległości na jednym końcu dźwigni poprzez zastosowanie mniejszej siły na większej odległości na przeciwległym końcu., Zdolności dźwigniowe kosteczek ucha środkowego są potrzebne do generowania dużych sił, które pozwalają nam słyszeć.
jako zwierzęta lądowe żyjemy w gazowym środowisku. Ale nasze ucho wewnętrzne jest wypełnione płynem, a to stanowi problem. Jako przykład, większość ludzi ma wiedzę z pierwszej ręki o słuchaniu pod wodą. Jeśli ktoś krzyczy na Ciebie z powierzchni wody, dźwięki są ogromnie wyciszone, co utrudnia zrozumienie lub nawet słyszenie w ogóle. To po prostu dlatego, że większość dźwięku odbija się od powierzchni wody.,
W Jaki Sposób odbieramy Dźwięki powietrza, które są po prostu wibracjami cząsteczek powietrza, i przepuszczamy je przez interfejs powietrze-płyn między naszym kanałem słuchowym a uchem wewnętrznym? Potrzebujemy systemu, który użyje tych wibracji powietrza, aby popchnąć do powierzchni płynu w uchu wewnętrznym.
kiedy błona bębenkowa wibruje, gdy dźwięk uderza w jej powierzchnię, to wprawia kosteczki w ruch. Kosteczki są ułożone w specjalnej kolejności do wykonywania swojej pracy. Bezpośrednio za i podłączony do błony bębenkowej—która jest zasadniczo dużym kolektorem dźwięku—jest młotek., Młotek jest tak ułożony, że jeden koniec jest przymocowany do błony bębenkowej, podczas gdy drugi koniec tworzy dźwigniowy zawias z kowadłem. Przeciwległy koniec Kowadła jest połączony ze strzemionem (więc kowadło i strzemiona działają jak jedna kość). Strzemię łączy się następnie ze specjalnym otworem w ślimaku zwanym ” owalnym oknem.”Stopka strzemiona-owalna, płaska część kości, która przypomina część, w której spoczywałaby stopa w rzeczywistym strzemionie – jest luźno przymocowana do owalnego okna ślimaka, umożliwiając mu poruszanie się jak tłok., Działanie przypominające tłok generuje wibracje w wypełnionym płynem uchu wewnętrznym, które są używane do sygnalizowania mózgowi zdarzenia dźwiękowego. Bez kosteczek ucha środkowego tylko około 0,1% energii dźwiękowej trafiłoby do ucha wewnętrznego.
przezwyciężenie problemu dostania się dźwięku w powietrzu do wypełnionego płynem ucha wewnętrznego jest rozwiązane przez dwa główne mechanizmy: koncentrację energii z dużej błony bębenkowej na małej stopce strzemiona znajdującej się w owalnym oknie; oraz dźwigniowe działanie między młotkiem a kompleksem kowadełkowo-strzemionowym., U kotów, na przykład, proste skupienie sił od błony bębenkowej do strzemiona zwiększa ciśnienie w owalnym oknie do około 35 razy, co jest mierzone w błonie bębenkowej. Dźwigniowe działanie kości ucha środkowego daje dodatkową mechaniczną przewagę systemowi-występuje ponieważ kowadło jest krótsze niż młotek—i dodatkowo zwiększa ciśnienie o około 35 procent. W ten sposób pokonujemy problem przenoszenia wibracji w powietrzu do ciśnieniowego, wypełnionego płynem ucha wewnętrznego.
nie wszystkie zwierzęta mają taką samą konfigurację kości ucha środkowego., W rzeczywistości gady, płazy i ptaki mają ucho środkowe, które zawiera tylko jedną kość, zwaną columella, która łączy błonę bębenkową bezpośrednio z owalnym oknem ślimaka. Kiedy badamy najbardziej wrażliwą częstotliwość słyszenia u tych zwierząt, bardzo dobrze sprawdzają się one w przypadku dźwięków około 1000 herców (1 kHz), ale szybko tracą zdolność do dobrego słyszenia przy wyższych częstotliwościach. Z drugiej strony, zwierzęta z trzema kośćmi ucha środkowego mają tendencję do słyszenia przy znacznie wyższych częstotliwościach. Dla ludzi, nasz słuch może rozciągać się do 20 kHz, chociaż większość naszego życia spędza na słuchaniu dźwięków między 4 A 8 kHz.,