Анатомия и функции слуховой системы

Слуховая система включает структуры и нейронные пути, которые улавливают звук и преобразуют его в сигналы, интерпретируемые мозгом как слух. Звук собирается наружным ухом, усиливается в среднем ухе и преобразуется в улитке внутреннего уха, откуда слуховой нерв и центральные пути передают его в слуховую кору.

Definition

Структуры наружного, среднего и внутреннего уха вместе с центральными слуховыми путями, которые собирают, усиливают, преобразуют и нейронно кодируют звук для восприятия.

Scope

Эта тема охватывает анатомию наружного, среднего и внутреннего уха, механику улитки и преобразование звука волосковыми клетками, тонотопическую организацию слуха и восходящий слуховой путь к коре головного мозга. Это справочная анатомия и физиология, которая является основой аудиологии и восприятия речи; она не является руководством для диагностики или лечения потери слуха.

Core questions

• Как воздушный звук проводится и усиливается от наружного уха к внутреннему уху?
• Как улитка преобразует механическую вибрацию в нервные сигналы?
• Как частота (высота тона) представлена вдоль слухового пути?

Key concepts

• Наружное, среднее и внутреннее ухо
• Согласование импедансов средним ухом
• Базилярная мембрана и бегущая волна
• Внутренние и наружные волосковые клетки
• Механоэлектрическая трансдукция
• Тонотопия
• Восходящий слуховой путь

Key theories

Теория бегущей волны (места) частотного анализа улитки

Звук вызывает бегущую волну вдоль базилярной мембраны, которая достигает пика в положении, определяемом частотой, поэтому улитка выполняет частотный анализ на основе места, при этом высокие частоты находятся ближе к основанию, а низкие частоты — ближе к верхушке.

Улиточный усилитель и активная механика

Улитка не является пассивным анализатором: наружные волосковые клетки активно усиливают низкоуровневые вибрации, обостряя частотную настройку и значительно расширяя чувствительность и динамический диапазон уха.

Mechanisms

Ушная раковина и слуховой проход собирают звук и направляют его к барабанной перепонке, чья вибрация передается слуховыми косточками среднего уха; эта цепь косточек согласует импеданс воздуха с импедансом жидкости улитки, так что энергия эффективно передается во внутреннее ухо. В улитке вибрация вызывает бегущую волну вдоль базилярной мембраны, которая достигает пика в зависящем от частоты месте, обеспечивая тонотопическую карту. Там отклонение стереоцилий волосковых клеток открывает механотрансдукционные каналы, преобразуя механическое движение в электрические сигналы; наружные волосковые клетки дополнительно действуют как активный усилитель, который обостряет настройку и расширяет чувствительность. Внутренние волосковые клетки активируют слуховой нерв, который передает закодированный сигнал через реле ствола мозга и таламуса в слуховую кору.

Clinical relevance

Анатомия и физиология слуха являются эталонной основой для понимания слуха и того, как он может быть затронут, а также для интерпретации того, как ухо поддерживает восприятие речи. Тема описывает нормальную структуру и функцию; она не является основой для индивидуальной диагностики или лечения нарушений слуха.

Evidence & guidelines

Эта тема основана на биофизике улитки, физиологии волосковых клеток и устоявшихся текстах по науке о слухе, а не на клинических испытаниях. Прямые измерения движения базилярной мембраны и механотрансдукции волосковых клеток лежат в основе современной концепции функции улитки, включающей бегущую волну и активное усиление.

History

Эксперименты фон Бекеши в середине XX века установили основу частотного анализа улитки на основе бегущей волны, за что он получил Нобелевскую премию. Позднее прямые измерения показали, что живая улитка активно усиливается наружными волосковыми клетками, что уточнило пассивную картину до используемой сегодня модели активной механики улитки.

Key figures

• Georg von Bekesy
• A. James Hudspeth
• Mario Ruggero
• Brian C. J. Moore

Seminal works

• bekesy-1960
• robles-ruggero-2001
• hudspeth-2008

Frequently asked questions

Как ухо превращает звук в сигнал, который может использовать мозг?

Звук вызывает вибрацию барабанной перепонки и слуховых косточек, которые передают энергию жидкости улитки; это перемещает базилярную мембрану и отклоняет стереоцилии волосковых клеток, открывая каналы, которые преобразуют механическое движение в электрические сигналы, передаваемые слуховым нервом.

Как ухо различает разные высоты тона?

Улитка тонотопически организована: частота звука определяет, где вдоль базилярной мембраны достигает пика бегущая волна, поэтому разные частоты стимулируют разные места и, в свою очередь, разные волокна слухового нерва.