Защо ви е усукан охлюв?

Изследване на учени от Пекинския университет (КНР) показва, че мистериозната спираловидна форма на кохлеята на вътрешното ухо, която остава загадъчна дълго време, все още има практическо значение. Според симулацията, във вихрената кохлея звукът се разпространява с вариации в зависимост от височината на своя източник.

Кохлеята е мембранозен канал, изпълнен с течност, който образува два и половина завъртания на спиралата; вътрешно тя е разделена на три успоредни канала. Това е частта от мембранния лабиринт, отговорна за слуха, но дълго време значението на неговата спирална форма остава загадка. Многократно отразен от стените в криволичещ канал, звукът се гаси и теоретично тази форма леко уврежда човешкия слух.

През 80-те години на миналия век, в опит да обяснят странната форма на кохлеята на вътрешното ухо, учените предполагат, че тя е навита, за да спести място вътре в черепа. На което веднага беше представен контрааргумент: защо охлювът изобщо трябва да бъде дълъг? Освен това много животни с много добър слух имат много по-малка дължина на охлювите.

Проучване на китайски учени демонстрира, че проблемът с предишното моделиране на охлюва е бил, че за да се опростят изчисленията, формата му е била „разгъната“ по права линия, тъй като, както показват предварителните изчисления, правият и спиралният кохлеа имат много близки амплитуда на механични вибрации, които са резултат от вибрации, генерирани входящ звук.

Предишна работа е стигнала до грешни заключения, тъй като се е фокусирала върху „ниското ниво“, механичната реакция на охлюва на звука. Изследователите са забелязали, че човешките уши позволяват на потребителя да разбере откъде идва звукът - отляво, отдясно, отгоре или отдолу. И това е много странно. Ясно е, че когато звукът се движи в хоризонтална равнина, той първо отива към едното ухо, а след това към другото. Интервалът от време ви позволява да идентифицирате страната, от която идва звукът.

Но какво ще кажете за идентификацията на източника на звука в смисъла отгоре-отдолу? Ушите са в една и съща равнина и звукът директно над или точно отдолу трябва да бъде еднакъв. Смята се, че трагусът, антигусът и ушната мида на бозайниците решават този проблем. Експериментите с прилепът Eptesicus fuscus обаче показаха, че този механизъм е съмнителен. След като премахна трагуса от животното (при прилепите той е по-развит, отколкото при всеки друг), той първо намали способността си да локализира вертикално източника на звука, но скоро отново спокойно разбра откъде идва - отдолу или отгоре (и дори от каква височина), сякаш трагусът е на мястото си.

Но как? Според китайски изследователи охлювът използва техника, подобна на използваната във фазирани антенни антени (PAR) и ви позволява да уловите посоката на входящия сигнал. В модела хиляди вътрешни космени клетки на ухото в рамките на 3,5 см кохлея бяха третирани като набор от сензори в PAR. След това разгледахме как този масив възприема звуковото налягане в права (теоретична) и спирална (човешка) кохлея.

Оказа се, че моделите на насочване в предния и спиралния вариант на кохлеята са различни. В права кохлея вертикалното звуково налягане се разпространяваше свободно, а в спирална кохлея отслабваше при всеки завой и даваше рязко различни стойности, което би трябвало да осигури доста ефективна вертикална локализация на източника на звук.