Kako deluje sluh?

NAZAJ

Človeško uho je razdeljeno na tri funkcionalne dele: zunanje, srednje in notranje uho. Da bi spoznali pomen posameznih ušesnih struktur, poskusimo slediti zvočnim dražljajem med njihovim potovanjem po ušesnih labirintih. Začeli bomo z nihaji zraka, ki trčijo ob uhelj, in končali, ko se dražljaji pretvorijo v električne živčne pulze in odpotujejo v možgane.

Zgradba ušesa

Slika predstavlja zgradbo ušesa

Uhelj in sluhovod – Že v mali šoli so nas učili, da vodi odprtina ob strani lobanje v mali, dobra 2 cm dolgi, tunel v katerega ni priporočljivo bezati z ostrimi predmeti. Predoru se učeno reče sluhovod in je na zunanji strani obkrožen z uhljem, ki, vsaj pri večini ljudi, že od daleč spominja na satelitske krožnike s streh naših hiš. Podobnost ni naključna, saj imata obe skledasti stvari enako funkcijo: zbrati poskušata čimveč energije prihajajočega valovanja. Parabolična antena satelitskega krožnika fokusira elektromagnetno valovanje na senzor, uhelj pa usmerja zvočno valovanje v notranjost ušesa. Ker je sluhovod na notranji strani zapečaten z bobničem, lahko z resonanco ojačuje nekatere frekvence prihajajočega zvoka. Cev, ki je na eni strani zaprta in v katero pada zvočno valovanje, deluje podobno kot orgelska piščal. Valovanje v njej se na zaprtem koncu odbija in vrača nazaj po isti poti, kar povzroči interakcijo s prihajajočimi valovi. Ta je za nekatere frekvence zvoka koristna, saj jih ojači. Za sluhovod je značilno, da najbolj ojači zvoke v frekvenčnem pasu človeškega govorjenja. Ti so se evolucijsko izkazali kot ključni za preživetje, saj je za frekvence med 2 kHz in 5,5 kHz ojačitev med uhljem in bobničem tudi do 10-kratna.

 NAZAJ

Tri male koščice srednjega ušesa – Zvok kot nihanje zraka se pri bobniču pretvori v mehanične vibracije koščic srednjega ušesa. Naloga koščic je prenesti čim več energije zračnega valovanja v energijo valovanja tekočine notranjega ušesa. Brez njihove pomoči bi se skoraj vse valovanje zraka na mejni površini med zrakom in tekočino odbilo (98 %) in zaznali bi lahko le najglasnejše krike. Bili bi v podobnem položaju, v kakršnem se znajde potapljač, ki plava le nekaj decimetrov pod površino, pa zaradi odboja zvoka na morski gladini, skorajda ne sliši zvokov iznad morske površine. Ko valovanje zraka zaniha bobnič, podobno kot membrano nekaterih mikrofonov, se vibracije prenesejo na sistem treh majhnih koščic (kladivce, nakovalce in stremence), ki delujejo kot sistem vzvodov. Stremence se premika za manjše razdalje kot kladivce, a lahko prav zaradi tega pritiska na notranje uho z večjo silo. Celotni sistem ojači silo, s katero deluje na kladivce bobnič, za 2 do 3-krat. Stremence prenese vibracije na ovalno okence – membrano, ki zapira odprtino v koščeni kletki polža. Ker je ovalno okence od 15 do 30-krat manjše od bobniča, to še dodatno poveča amplitudo tlačnega nihanja.

 

Na koščice srednjega ušesa so pritrjene tudi mišice, ki se zategujejo in popuščajo glede na intenzivnost zvoka in s tem avtomatično uravnavajo glasnost prenesenega zvoka. Ker porežejo predvsem nizke tone, so zelo koristne predvsem v mestnem hrupu, saj se brez njihove pomoči na cesti skorajda ne bi mogli pogovarjati. Mišična avtomatska kontrola glasnosti pa nas ne obvaruje pred nepričakovanimi poki, saj je reakcijski čas mišic predolg, da bi se zategnile ob pravem času.

Povzetek ojačanja zunanjega in srednjega ušesa – Na kratki poti skozi zunanje in srednje uho se zvrstijo kar trije različni tipi mehaničnega ojačanja zvoka, ki omogočijo nastanek tlačnih valov v tekočini notranjega ušesa:

  • Resonanca v sluhovodu kot piščali ojači zvoke v frekvenčnem območju človeškega govora za 10-krat.
  • Sistem vzvodov treh koščic srednjega ušesa skoraj potroji silo.
  • Razlika površine bobniča in ovalnega okenca prinese še 30-kratno ojačanje.
Produkt vseh ojačanj prinese tako skoraj 800-kratno povečanje intenzitete zvočnega nihanja za frekvence med 1 in 10 kHz, preden zvok trči ob tekočino notranjega ušesa.

Polž (kohlea) – Ojačana mehanična sila s srednjega ušesa se takoj pretvori v hidravlični tlak tekočine v polžu. Polž, ki ni večji od zadnjega členka na mezincu, sestavljajo trije prekati, od katerih sta robna dva napolnjena s perilimfo, med njima pa je votlina z endolimfo. Kanali so medsebojno ločeni s tankima membranama. Za nas bo pomembna le bazilarna membrana, ki loči srednji prekat od timpanskega. Ker imata perilimfa in endolimfa različni kemični sestavi, lahko že manjše puščanje ene od membran povzroči mešanje tekočin in s tem občutne motnje sluha.

Polž od zunaj, prerez in shema

Polž: od zunaj, prerez in shema

NAZAJ

Cortijev organ – Na bazilarni membrani leži skupek celic, ki je ključen za naše dojemanje zvokov in se po svojemu odkritelju Alfonsu Cortiju (1822-1876) imenuje Cortijev organ. Njegov bistveni del predstavljajo ena vrsta notranjih in tri vrste zunanjih celic dlačnic. Dlačnice so univerzalne čutne celice, ki vsakršen premik dlačic ali laskov, s katerimi so porasle, spremenijo v spremembo električnega potenciala na svoji membrani. Notranje dlačnice so povezane s slušnim živcem in pošiljajo signale v možgane, medtem ko so zunanje dlačnice predvsem sprejemnice signalov iz možganov. Človeški polž vsebuje približno 4.000 notranjih in 12.000 zunanjih dlačnic, ki so razporejene v razmiku okrog 10 mm. Nad njimi leži tektorijalna membrana, na katero so pritrjeni iz dlačnic izhajajoči laski. Dlačnice so predvsem mehano-električni pretvorniki, ki prevajajo mehanske premike celičnih laskov, povzročene z nihanjem tektorialne membrane, v električne signale v celicah. Zunanje dlačnice pa so hkrati tudi elektro-mehanični pretvorniki, saj lahko spremembe električne napetosti na telesu celice pretvorijo v spremembo svoje dolžine. Kot bomo videli kasneje, je ta pojav ključen za razumevanje polževe mikromehanike.

Prerez polža, kjer lahko lepo vidimo Cortijev organ

Prerez polža, kjer lahko lepo vidimo Cortijev organ

Prenos iz polža v možgane – Iz polža vodi preko slušnega živca v možgane 30.000 živčnih vlaken, povezanih v skupine glede na frekvenco zvoka, katerega signal prenašajo. Višino zvoka razberejo možgani glede na lokacijo vlakna, po katerem je prišel signal, glasnost pa iz števila sosednjih tudi vzdraženih vlaken. Iz možganov pa po vzporednih vlaknih potujejo nazaj v uho povratne informacije o šumih in nepomembnih zvokih, ki jih poskušajo možgani filtrirati in se osredotočiti predvsem na pomensko bogate zvoke. Nekaj povratnih živčnih vlaken gre tudi v srednje uho, kjer kontrolirajo napetost mišic in s tem glasnost zvoka.

 

Shema Cortijevega organa

Shema Cortijevega organa

 

Nadaljevanje članka: Kako deluje polž?

 NAZAJ

Literatura:

  • Allen, J.B. and S.T. Neely (1992): Micromechanical models of the cochlea, Phys. Today, July 1992, 40.
  • Dallos P. (1992): The active cochlea, J.Neurosci. 12:4575.
  • Pujol R., Blatrix S., Pujol T. (1999): Promenade autour de la Cochlée.
  • Wilson J.P. (1992): Cochlear Mechanics, Advances in the Bioscience Vol. 83.
    Vir: kvarkadabra.net (Sašo Dolenc, oktober 1999)