Физики обнаружили новый способ обработки звука в человеческом ухе.
Для восприятия звука человеческое ухо преобразует звуковые волны в электрические сигналы. Этот процесс осуществляется в улитке — спиралевидном органе внутреннего уха, покрытом мембраной и чувствительными волосками.
Человеческий слух способен улавливать звуки в диапазоне от 20 до 16 000 герц. Как только звуковые волны достигают улитки, они начинают вести себя как механические поверхностные волны, распространяющиеся вдоль поверхности, покрытой волосками.
Физики исследовали распространение волн в улитке с помощью математического моделирования и обнаружили новый механизм обработки звука в этом органе. Результаты опубликованы в журнале PRX Life.
«Мы стремились понять, как ухо настраивается на распознавание слабых звуков, не теряя стабильности. Исследуя физические процессы, мы обнаружили новый механизм обработки низкочастотных звуков», — поделился физик Бенджамин Махта (Benjamin Machta).
Ранее известные механизмы обработки звука в ухе заключаются в том, что каждый чистый тон воспринимается в строго определенной точке улитки. Волосковые клетки в этой области затем передают сигнал в мозг, указывая, что звук был услышан.
Кроме того, волоски функционируют как механические усилители, увеличивая энергию звуковых волн. Этот механизм компенсирует влияние трения и способствует тому, чтобы звуки достигали нужной точки в улитке. Точное распределение энергии волосками и постоянная корректировка на этом основании являются ключевыми для точности слуха, отметили исследователи.
Физики из Йельского университета в США выявили новый режим обработки звука в улитке. В этом расширенном режиме большая часть мембраны, выстилающей поверхность улитки, реагирует и движется целиком, даже при одном тоне. Этот общий ответ на звук ограничивает реакцию волосковых клеток на входящие волны и перераспределяет энергию во внутреннем ухе.
Обнаруженный механизм работает с низкочастотными звуками. Исследователи полагают, что их открытие приведет к углублению понимания низкочастотного слуха.