耶鲁物理学家揭示人耳的"隐藏模式" 重新定义听觉的产生方式

耶鲁大学的物理学家在耳蜗中发现了一组新的机械模式，它们影响着耳朵放大声音、忍受噪音和辨别频率的方式。 他们的发现以数学模型为基础，揭示了听觉力学中更深层次的复杂性，可能会增进人们对低频听力的理解。

耶鲁大学物理学家发现了人耳内部一组复杂的、以前未知的"模式"，它们对耳朵如何放大微弱的声音、承受巨大的噪音以及区分惊人范围的声音频率施加了重要的限制。

通过将现有数学模型应用于耳蜗--内耳中的一个螺旋形器官的通用模型，研究人员揭示了耳蜗的另一层复杂性。 他们的发现为人类听觉的非凡能力和精确性提供了新的见解。

本杰明-马赫塔（Benjamin Machta）是耶鲁大学文理学院物理学助理教授，也是PRX Life杂志上一项新研究的共同第一作者。"但在究其根源的过程中，我们偶然发现了耳蜗可能支持的一组新的低频机械模式"。

在人类体内，声音在耳蜗中被转换成电信号。 人们能够检测到频率跨越三个数量级、功率范围超过万亿倍的声音，甚至是微小的空气振动。

声波进入耳蜗后，会变成表面波，沿着耳蜗的毛衬基底膜传播。

耶鲁大学艺术与科学研究生院物理学研究生、本研究的第一作者阿什什-莫米（Asheesh Momi）说："每个纯音都会在这个螺旋器官的一个点上响起。该位置的毛细胞会告诉大脑你听到的是什么音调。"

这些毛发还能做别的事情： 它们起到机械放大器的作用，为声波注入能量，抵消摩擦，帮助声波到达预定目的地。 研究人员说，泵入恰到好处的能量，并不断进行调整对于精确听力至关重要。

但这只是耳蜗内的一套听觉模式，而且已经得到了充分的证实。 耶鲁大学的研究小组在耳蜗内发现了第二套扩展模式。

在这些扩展模式中，基底膜的很大一部分会一起做出反应和移动，即使是一个音调。 这种集体反应对毛细胞如何对传入的声音做出反应以及毛细胞如何将能量泵入基底膜造成了限制。

伊莎贝拉-格拉夫（Isabella Graf）曾是耶鲁大学的博士后研究员，现就职于德国海德堡的欧洲分子生物学实验室。格拉夫和马赫塔近年来合作开展了一系列研究，利用数学模型和统计物理学概念更好地理解生物系统，如蝮蛇对温度变化的敏感性和细胞膜内接触的物质相之间的相互作用。

DOI: 10.1103/PRXLife.3.013001

编译自/ScitechDaily