Innenohr und Cochlea-Funktion

Die Cochlea ist das spiralförmige, flüssigkeitsgefüllte Organ des Innenohrs, das Schallschwingungen in neuronale Signale umwandelt. Wenn der Stapes das ovale Fenster antreibt, bewegt sich eine Wanderwelle entlang der Basilarmembran und erreicht ihren Höhepunkt an einer frequenzabhängigen Position, wodurch der Schall in seine Komponenten zerlegt wird. Haarzellen des Corti-Organs wandeln diese Bewegung in elektrische Signale um, wobei äußere Haarzellen die Reaktion aktiv verstärken und innere Haarzellen den Hörnerv antreiben.

Definition

Die Cochlea ist der auditive Teil des Innenohrs, ein gewundener, flüssigkeitsgefüllter Gang, in dem die Basilarmembran und das Corti-Organ eine Frequenzanalyse durchführen und schallinduzierte Vibrationen über mechanotransduzierende Haarzellen in neuronale Signale umwandeln.

Scope

Dieses Thema behandelt die Anatomie der Cochlea und des Corti-Organs, die Wanderwelle und die tonotopische Ortskodierung, die Mechanotransduktion der Haarzellen und den Cochlea-Verstärker. Es ist eine Referenzdarstellung der normalen Hörfunktion des Innenohrs und befasst sich nicht mit der klinischen Behandlung von Innenohrerkrankungen.

Core questions

• Wie trennt die Cochlea-Wanderwelle den Schall nach Frequenz entlang der Basilarmembran?
• Wie wandeln Haarzellen mechanische Bewegung in elektrische Signale um?
• Was ist der Cochlea-Verstärker und welche Rolle spielen äußere Haarzellen?
• Wie kodieren innere Haarzellen Schall für den Hörnerv?

Key concepts

• Scala vestibuli, Scala media, Scala tympani
• Basilarmembran und Wanderwelle
• Tonotopie (Ortskodierung der Frequenz)
• Corti-Organ
• Innere und äußere Haarzellen
• Haarbündel-Mechanotransduktion
• Endokochleäres Potential und Endolymphe
• Elektromotilität der äußeren Haarzellen

Key theories

Ortstheorie (tonotopische Theorie) der Frequenzkodierung

Jede Frequenz erzeugt eine Wanderwelle, die an einem bestimmten Ort entlang der Basilarmembran ihren Höhepunkt erreicht, sodass die Frequenz durch den Cochlea-Ort und die Nervenfasern kodiert wird, die am stärksten stimuliert werden.

Cochlea-Verstärker (aktiver Prozess)

Äußere Haarzellen fügen der Wanderwelle mechanische Energie hinzu, verstärken und schärfen die Reaktion auf leise Geräusche und erklären die hohe Empfindlichkeit, scharfe Abstimmung und das nichtlineare Verhalten der Cochlea.

Mechanisms

Die Bewegung des Stapes am ovalen Fenster erzeugt einen Druckunterschied über die Cochlea-Partition hinweg, wodurch eine Wanderwelle entlang der Basilarmembran ausgelöst wird, die anwächst und dann abklingt, wobei sie für hohe Frequenzen näher an der Basis und für niedrige Frequenzen näher am Apex ihren Höhepunkt erreicht. Diese Verschiebung lenkt die Stereozilien der Haarzellen im Corti-Organ ab, öffnet Mechanotransduktionskanäle und verändert das Membranpotential der Zellen; die hohe Kaliumkonzentration und das positive endokochleäre Potential der Endolymphe treiben diesen Transduktionsstrom an. Äußere Haarzellen ändern ihre Länge als Reaktion auf ihr Rezeptorpotential (Elektromotilität) und speisen Energie zurück in die Partition, um die lokale Bewegung zu verstärken und zu schärfen. Innere Haarzellen, die primären sensorischen Rezeptoren, setzen Transmitter auf auditorische Nervenfasern frei und kodieren Frequenz, Pegel und Zeit des Schalls.

Clinical relevance

Die Cochlea ist der Ort, an dem das sensorineurale Hören stattfindet; Verlust oder Dysfunktion von Haarzellen, insbesondere äußeren Haarzellen, reduziert Empfindlichkeit und Abstimmung, die Grundlage des sensorineuralen Hörverlusts. Dieser Eintrag beschreibt die normale Cochlea-Funktion als Referenzmaterial und gibt keine Diagnose- oder Behandlungsempfehlungen.

History

Georg von Békésys direkte Beobachtungen der Cochlea-Wanderwelle etablierten das Ortsprinzip der Frequenzanalyse und brachten ihm 1961 den Nobelpreis ein. Spätere Arbeiten zeigten, dass die lebende Cochlea nicht passiv ist: Die Entdeckung von otoakustischen Emissionen und der Motilität der äußeren Haarzellen führte zum Konzept des Cochlea-Verstärkers, eines aktiven Prozesses, der die außergewöhnliche Empfindlichkeit und Frequenzselektivität des Ohres erklärt.

Key figures

• Georg von Békésy
• A. James Hudspeth
• Mario Ruggero
• Robert Fettiplace

Seminal works

• bekesy-1960
• robles-ruggero-2001
• fettiplace-hackney-2006

Frequently asked questions

Wie unterscheidet die Cochlea verschiedene Frequenzen?

Verschiedene Frequenzen erreichen an unterschiedlichen Stellen entlang der Basilarmembran ihren Höhepunkt, sodass der Ort der maximalen Stimulation und die dort aktivierten Nervenfasern die Frequenz eines Schalls kodieren.

Was tun äußere Haarzellen?

Sie wirken als biologischer Verstärker, indem sie ihre Länge ändern, um der Wanderwelle mechanische Energie hinzuzufügen, was die Empfindlichkeit gegenüber leisen Geräuschen erhöht und die Frequenzabstimmung der Cochlea schärft.