عملکرد گوش داخلی و حلزون گوش

حلزون گوش، اندام مارپیچی و پر از مایع گوش داخلی است که ارتعاشات صوتی را به سیگنال‌های عصبی تبدیل می‌کند. با حرکت استخوان رکابی در پنجره بیضی، یک موج رونده در طول غشای پایه حرکت می‌کند و در موقعیتی که توسط فرکانس تعیین می‌شود به اوج خود می‌رسد و صدا را به اجزای آن تفکیک می‌کند. سلول‌های مویی اندام کورتی این حرکت را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، به طوری که سلول‌های مویی بیرونی به طور فعال پاسخ را تقویت می‌کنند و سلول‌های مویی داخلی عصب شنوایی را تحریک می‌کنند.

Definition

حلزون گوش بخش شنوایی گوش داخلی است، یک مجرای مارپیچی پر از مایع که در آن غشای پایه و اندام کورتی تجزیه و تحلیل فرکانس را انجام می‌دهند و ارتعاشات ناشی از صدا را از طریق سلول‌های مویی مکانوترانسدوسینگ به سیگنال‌های عصبی تبدیل می‌کنند.

Scope

این موضوع شامل آناتومی حلزون گوش و اندام کورتی، موج رونده و کدگذاری مکانی تونوتوپیک، مکانوترانسداکشن سلول‌های مویی و تقویت‌کننده حلزون گوش است. این یک گزارش مرجع از عملکرد طبیعی شنوایی گوش داخلی است و به مدیریت بالینی اختلالات گوش داخلی نمی‌پردازد.

Core questions

• چگونه موج رونده حلزون گوش صدا را بر اساس فرکانس در طول غشای پایه تفکیک می‌کند؟
• چگونه سلول‌های مویی حرکت مکانیکی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند؟
• تقویت‌کننده حلزون گوش چیست و سلول‌های مویی بیرونی چه نقشی ایفا می‌کنند؟
• چگونه سلول‌های مویی داخلی صدا را برای عصب شنوایی کدگذاری می‌کنند؟

Key concepts

• اسکالا وستیبولی، اسکالا مدیا، اسکالا تیمپانی
• غشای پایه و موج رونده
• تونوتوپی (کدگذاری مکانی فرکانس)
• اندام کورتی
• سلول‌های مویی داخلی و بیرونی
• مکانوترانسداکشن دسته‌های مویی
• پتانسیل اندوکوکلئار و اندولنف
• الکتروموتیلیتی سلول‌های مویی بیرونی

Key theories

نظریه مکان (تونوتوپیک) کدگذاری فرکانس

هر فرکانس یک موج رونده تولید می‌کند که در یک مکان خاص در طول غشای پایه به اوج خود می‌رسد، بنابراین فرکانس توسط مکان حلزون گوش و مجموعه‌ای از فیبرهای عصبی که بیشترین تحریک را دریافت می‌کنند، کدگذاری می‌شود.

تقویت‌کننده حلزون گوش (فرآیند فعال)

سلول‌های مویی بیرونی انرژی مکانیکی را به موج رونده اضافه می‌کنند، پاسخ به صداهای آرام را تقویت و تیزتر می‌کنند و حساسیت بالا، تنظیم دقیق و رفتار غیرخطی حلزون گوش را توضیح می‌دهند.

Mechanisms

حرکت استخوان رکابی در پنجره بیضی، اختلاف فشاری را در سراسر پارتیشن حلزون گوش ایجاد می‌کند و یک موج رونده را در طول غشای پایه به راه می‌اندازد که رشد کرده و سپس کاهش می‌یابد، برای فرکانس‌های بالا نزدیک‌تر به پایه و برای فرکانس‌های پایین نزدیک‌تر به راس به اوج خود می‌رسد. این جابجایی، استریوسیلیای سلول‌های مویی در اندام کورتی را منحرف می‌کند، کانال‌های مکانوترانسداکشن را باز می‌کند و پتانسیل غشای سلول‌ها را تغییر می‌دهد؛ غلظت بالای پتاسیم و پتانسیل مثبت اندوکوکلئار اندولنف این جریان ترانسداکشن را هدایت می‌کند. سلول‌های مویی بیرونی در پاسخ به پتانسیل گیرنده خود (الکتروموتیلیتی) طول خود را تغییر می‌دهند و انرژی را به پارتیشن بازمی‌گردانند تا حرکت موضعی را تقویت و تیزتر کنند. سلول‌های مویی داخلی، گیرنده‌های حسی اصلی، فرستنده را روی فیبرهای عصب شنوایی آزاد می‌کنند و فرکانس، سطح و زمان‌بندی صدا را کدگذاری می‌کنند.

Clinical relevance

حلزون گوش جایی است که شنوایی حسی-عصبی به آن وابسته است؛ از دست دادن یا اختلال عملکرد سلول‌های مویی، به ویژه سلول‌های مویی بیرونی، حساسیت و تنظیم را کاهش می‌دهد که اساس کم شنوایی حسی-عصبی است. این مدخل عملکرد طبیعی حلزون گوش را به عنوان مطالب مرجع توصیف می‌کند و توصیه‌های تشخیصی یا درمانی ارائه نمی‌دهد.

History

مشاهدات مستقیم گئورگ فون بِکِشی از موج رونده حلزون گوش، اصل مکان را برای تجزیه و تحلیل فرکانس تثبیت کرد و جایزه نوبل سال ۱۹۶۱ را به ارمغان آورد. کارهای بعدی نشان داد که حلزون گوش زنده غیرفعال نیست: کشف انتشار اتوآکوستیک و تحرک سلول‌های مویی بیرونی منجر به مفهوم تقویت‌کننده حلزون گوش شد، یک فرآیند فعال که حساسیت فوق‌العاده و انتخاب‌پذیری فرکانسی گوش را توضیح می‌دهد.

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

حلزون گوش چگونه فرکانس‌های مختلف را از هم تشخیص می‌دهد؟

فرکانس‌های مختلف در مکان‌های متفاوتی در طول غشای پایه به اوج خود می‌رسند، بنابراین مکان حداکثر تحریک و فیبرهای عصبی فعال شده در آنجا، فرکانس یک صدا را کدگذاری می‌کنند.

سلول‌های مویی بیرونی چه کاری انجام می‌دهند؟

آنها به عنوان یک تقویت‌کننده بیولوژیکی عمل می‌کنند و طول خود را تغییر می‌دهند تا انرژی مکانیکی را به موج رونده اضافه کنند، که حساسیت به صداهای آرام را افزایش می‌دهد و تنظیم فرکانسی حلزون گوش را تیزتر می‌کند.