Внутреннее ухо и функция улитки

Улитка — это спиральный, заполненный жидкостью орган внутреннего уха, который преобразует звуковые колебания в нервные сигналы. Когда стремечко приводит в движение овальное окно, бегущая волна распространяется по базилярной мембране и достигает своего пика в положении, определяемом частотой, разделяя звук на его компоненты. Волосковые клетки кортиева органа преобразуют это движение в электрические сигналы, при этом наружные волосковые клетки активно усиливают ответ, а внутренние волосковые клетки стимулируют слуховой нерв.

Definition

Улитка — это слуховая часть внутреннего уха, свернутый заполненный жидкостью проток, в котором базилярная мембрана и кортиев орган выполняют частотный анализ и преобразуют вызванные звуком колебания в нервные сигналы посредством механотрансдуцирующих волосковых клеток.

Scope

Эта тема охватывает анатомию улитки и кортиева органа, бегущую волну и топографическое кодирование частоты, механотрансдукцию волосковых клеток и улитковый усилитель. Это справочное описание нормальной слуховой функции внутреннего уха и не затрагивает клиническое лечение заболеваний внутреннего уха.

Core questions

• Как бегущая волна улитки разделяет звук по частоте вдоль базилярной мембраны?
• Как волосковые клетки преобразуют механическое движение в электрические сигналы?
• Что такое улитковый усилитель и какую роль играют наружные волосковые клетки?
• Как внутренние волосковые клетки кодируют звук для слухового нерва?

Key concepts

• Преддверная лестница, средняя лестница, барабанная лестница
• Базилярная мембрана и бегущая волна
• Тонотопия (местное кодирование частоты)
• Кортиев орган
• Внутренние и наружные волосковые клетки
• Механотрансдукция волоскового пучка
• Эндокохлеарный потенциал и эндолимфа
• Электродвижущая сила наружных волосковых клеток

Key theories

Местная (тонотопическая) теория кодирования частоты

Каждая частота производит бегущую волну, которая достигает пика в определенном месте вдоль базилярной мембраны, поэтому частота кодируется тем, какое место улитки и какой набор нервных волокон наиболее сильно стимулируются.

Улитковый усилитель (активный процесс)

Наружные волосковые клетки добавляют механическую энергию к бегущей волне, усиливая и обостряя реакцию на тихие звуки и объясняя высокую чувствительность улитки, точную настройку и нелинейное поведение.

Mechanisms

Движение стремечка в овальном окне создает разницу давлений в улитковом канале, запуская бегущую волну вдоль базилярной мембраны, которая нарастает, а затем затухает, достигая пика ближе к основанию для высоких частот и ближе к верхушке для низких частот. Это смещение отклоняет стереоцилии волосковых клеток в кортиевом органе, открывая механотрансдукционные каналы и изменяя мембранный потенциал клеток; высокая концентрация калия и положительный эндокохлеарный потенциал эндолимфы стимулируют этот трансдукционный ток. Наружные волосковые клетки изменяют свою длину в ответ на их рецепторный потенциал (электродвижущая сила), возвращая энергию в перегородку для усиления и обострения локального движения. Внутренние волосковые клетки, основные сенсорные рецепторы, высвобождают нейромедиатор на волокна слухового нерва, кодируя частоту, уровень и время звука.

Clinical relevance

Улитка является местом, где происходит сенсоневральный слух; потеря или дисфункция волосковых клеток, особенно наружных волосковых клеток, снижает чувствительность и настройку, что является основой сенсоневральной тугоухости. Эта статья описывает нормальную функцию улитки в качестве справочного материала и не предоставляет диагностических или лечебных рекомендаций.

History

Прямые наблюдения Георга фон Бекеши за бегущей волной улитки установили принцип места частотного анализа и принесли ему Нобелевскую премию 1961 года. Последующая работа показала, что живая улитка не является пассивной: открытие отоакустической эмиссии и подвижности наружных волосковых клеток привело к концепции улиткового усилителя, активного процесса, который объясняет необычайную чувствительность и частотную избирательность уха.

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

Как улитка различает разные частоты?

Разные частоты достигают пика в разных местах вдоль базилярной мембраны, поэтому место максимальной стимуляции и активированные там нервные волокна кодируют частоту звука.

Что делают наружные волосковые клетки?

Они действуют как биологический усилитель, изменяя длину, чтобы добавить механическую энергию к бегущей волне, что повышает чувствительность к тихим звукам и обостряет частотную настройку улитки.