耶魯物理學家揭示人耳的”隱藏模式” 重新定義聽覺的產生方式
耶魯大學的物理學家在耳蝸中發現了一組新的機械模式,它們影響耳朵放大聲音、忍受噪音和辨別頻率的方式。 他們的發現以數學模型為基礎,揭示了聽覺力學中更深層的複雜性,可能會增進人們對低頻聽力的理解。
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耶魯大學物理學家發現了人耳內部一組複雜的、以前未知的”模式”,它們對耳朵如何放大微弱的聲音、承受巨大的噪音以及區分驚人範圍的聲音頻率施加了重要的限制。
透過將現有數學模型應用於耳蝸–內耳中的一個螺旋形器官的通用模型,研究人員揭示了耳蝸的另一層複雜性。 他們的發現為人類聽覺的非凡能力和精確性提供了新的見解。
本傑明-馬赫塔(Benjamin Machta)是耶魯大學文理學院物理學助理教授,也是PRX Life雜誌上一項新研究的共同第一作者。 “但在究其根源的過程中,我們偶然發現了耳蝸可能支持的一組新的低頻機械模式”。
在人類體內,聲音在耳蝸中轉換成電訊號。 人們能夠偵測到頻率跨越三個數量級、功率範圍超過兆倍的聲音,甚至是微小的空氣振動。
聲波進入耳蝸後,會變成表面波,沿著耳蝸的毛襯基底膜傳播。
耶魯大學藝術與科學研究生院物理學研究生、本研究的第一作者阿什什-莫米(Asheesh Momi)說:”每個純音都會在這個螺旋器官的一個點上響起。該位置的毛細胞會告訴大腦你聽到的是什麼音調。
這些毛髮還能做別的事情: 它們起到機械放大器的作用,為聲波注入能量,抵消摩擦,幫助聲波到達預定目的地。 研究人員說,泵入恰到好處的能量,並不斷進行調整對於精確聽力至關重要。
但這只是耳蝸內的一套聽覺模式,而且已經得到了充分的證實。 耶魯大學的研究團隊在耳蝸內發現了第二套擴展模式。
在這些擴展模式中,基底膜的很大一部分會一起做出反應和移動,即使是音調。 這種集體反應對毛細胞如何對傳入的聲音做出反應以及毛細胞如何將能量泵入基底膜造成了限制。
伊莎貝拉-格拉夫(Isabella Graf)曾是耶魯大學的博士後研究員,現任職於德國海德堡的歐洲分子生物學實驗室。格拉夫和馬赫塔近年來合作了一系列研究,利用數學模型和統計物理學概念來更好地理解生物系統,如蝮蛇對溫度變化的敏感性和細胞膜內接觸的物質相之間的相互作用。
編譯自/ ScitechDaily