Раскрыт секрет улитки внутреннего уха человека

Исследуя строение улитки внутреннего уха человека, американские ученые выяснили, что благодаря спиральной структуре этого органа наш слуховой аппарат становится более чувствительным к низким частотам.

Звуковые волны улавливаются ушной раковиной и вызывают вибрацию барабанной перепонки. В улитке внутреннего уха происходит преобразование звуковых колебаний в электрические сигналы, которые затем передаются в мозг. Улитка внутреннего уха человека занимает объем около 1 см³ и «работает» в интервале частот приблизительно от 20 Гц до 20 кГц, что позволяет улавливать звуковые сигналы в диапазоне около 120 дБ.

Какую роль играет спиральная форма улитки в обработке звуковых колебаний? Существующие теоретические модели не давали ответа на этот вопрос. Ученым из университета Теннесси и Национального института здоровья штата Мэриленд удалось установить, что спиральная форма улитки повышает чувствительность уха к низкочастотным звуковым сигналам на целых 20 дБ.

Звуковые колебания передаются через барабанную перепонку к мембране, размещенной в улитке. Исследователи разработали математические уравнения, позволяющие описывать механическое взаимодействие между мембраной улитки и окружающей ее жидкостью, а именно изменение амплитуды колебаний мембраны в каждой секции спиральной полости улитки. Оказалось, что из-за спиральной формы трубки амплитуда колебаний мембраны становится гораздо больше у внешней стороны стенки улитки, чем у внутренней. Разница амплитуд увеличивается по мере увеличения радиуса кривизны, что повышает чувствительность уха к звуковым колебаниям. «Поскольку низкочастотные звуки обрабатываются в области, где величина кривизны больше всего, т.е. в вершине улитки, наше ухо лучше улавливает именно низкочастотные звуковые волны», - поясняет доктор Дафне Мануссаки (Daphne Manoussaki), руководитель исследования.

Почему в процессе эволюции сформировалась именно спиральная структура? По мнению ученых, это связано с тем, что животные обмениваются низкочастотными звуковыми сигналами, которые передаются на большие расстояния. Для подтверждения полученных результатов исследователи планируют сравнить строение улитки внутреннего уха у различных млекопитающих.