Селективность наших ушей, это складывается, является результатом точной настройки эволюции крошечной мембраны, во внутреннем ухе, названном tectorial мембраной. Вязкость этой мембраны – ее твердости или отсутствия этого – зависит от размера и распределения крошечных пор, всего нескольких десятков широких миллимикронов. Это, в свою очередь, обеспечивает механическую фильтрацию, которая помогает разобраться в определенных звуках.О новых результатах сообщает в Биофизическом Журнале команда во главе с аспирантом MIT Джонатаном Селлоном, и включая исследователя Рооцбе Гаффари, бывшего аспиранта Ширин Фаррэхи и преподавателя электротехники Деннис Фримен.
Команда сотрудничала с биологом Гаем Ричардсоном из Университета Сассекса.Неуловимое пониманиеВ различении среди конкурирующих звуков человеческое ухо «экстраординарно по сравнению с обычной речью – и технологии нормального признания», говорит Фримен.
Точные причины остались неуловимыми – но важность tectorial мембраны, расположенной в улитке уха или внутреннем ухе, стала ясной в последние годы, в основном посредством работы Фримена и его коллег. Теперь кажется, что некорректное предположение способствовало давней трудности в понимании важности этой мембраны.Большая часть нашей способности дифференцироваться среди звуков основана на частоте, Фримен говорит – таким образом, исследователи «предположили что, чем лучше мы могли решить частоту, тем лучше мы могли услышать».
Но это предположение, оказывается, не всегда верно.На самом деле Почетный гражданин и его соавторы ранее нашли, что tectorial мембраны с определенным генетическим дефектом на самом деле очень чувствительны к изменениям в частоте – и результат – худшее слушание, не лучше.Команда MIT нашла «фундаментальный компромисс между тем, как хорошо Вы можете решить различные частоты и сколько времени она берет, чтобы сделать это», объясняет Фримен.
Это заставляет более прекрасную дискриминацию частоты также замедлиться, чтобы быть полезной в реальной звуковой селективности.Слишком быстро для нейроновПредыдущая работа Фримена и коллег показала, что tectorial мембрана играет фундаментальную роль в звуковой дискриминации, неся волны, которые стимулируют конкретный вид сенсорного рецептора. Этот процесс важен в расшифровке конкурирующих звуков, но это происходит слишком быстро для нервных процессов, чтобы идти в ногу.
Природа, в течение эволюции, кажется, произвела очень эффективную электромеханическую систему, Фримен говорит, который может не отставать от скорости этих звуковых волн.Новая работа объясняет, как структура мембраны определяет, как хорошо это фильтрует звук. Команда изучила два генетических варианта, которые заставляют нанопоры в tectorial мембране быть меньшими или больше, чем нормальный.
Размер поры затрагивает вязкость мембраны и ее чувствительности к различным частотам.tectorial мембрана подобна губке, пронизана крошечными порами.
Учась, как ее вязкость меняется в зависимости от размера поры, команда смогла решить, что типичный размер поры, наблюдаемый у мышей – приблизительно 40 миллимикронов через – представляет оптимальный размер для объединения дискриминации частоты с полной чувствительностью. Поры, которые больше или меньшие, ослабляют слушание.«Это действительно изменяет способ, которым мы думаем об этой структуре», говорит Гаффари.
Новые результаты показывают, что жидкая вязкость и поры на самом деле важны для ее работы. Изменение размеров tectorial мембранных нанопор, через биохимическую манипуляцию или другие средства, может обеспечить уникальные способы изменить дискриминацию чувствительности и частоты слушания.
Исследование было поддержано Национальными Институтами Здоровья; Национальный научный фонд; и Wellcome Trust.