Анатомия внутреннего уха и улитки

Улитка — это спиральный, заполненный жидкостью орган внутреннего уха, который выполняет частотный анализ слуховой системы и преобразует звук в нервные сигналы. Три ее жидкостных компартмента и кортиев орган расположены таким образом, что бегущая волна вдоль базилярной мембраны достигает пика в разных местах для разных частот, что придает улитке тонотопическую карту от высоких частот у ее основания до низких частот у ее верхушки.

Definition

Улитка — это свернутая структура внутреннего уха, содержащая преддверную лестницу (scala vestibuli), среднюю лестницу (scala media) и барабанную лестницу (scala tympani), базилярную мембрану и кортиев орган, где вызванное звуком движение жидкости анализируется по частоте и преобразуется в нервную активность.

Scope

Эта тема охватывает структурный план улитки, три лестницы и их жидкости, базилярную мембрану и кортиев орган, тонотопическую бегущую волну и активное усиление, которое обостряет настройку улитки. Это сенсорный мост между входом среднего уха и слуховым нервом; этап молекулярной трансдукции разработан в теме о волосковых клетках. Данная статья является справочно-образовательной и не является руководством по диагностике или лечению заболеваний внутреннего уха.

Core questions

• Как расположены жидкостные компартменты улитки и кортиев орган?
• Как бегущая волна создает тонотопическую (местную) карту частоты?
• Что такое кохлеарный усилитель и почему он необходим для нормальной чувствительности и настройки?
• Чем отличаются внутренние и наружные волосковые клетки по своей роли в кортиевом органе?

Key concepts

• Преддверная лестница (scala vestibuli), средняя лестница (scala media), барабанная лестница (scala tympani)
• Эндолимфа и перилимфа
• Базилярная мембрана
• Кортиев орган
• Внутренние и наружные волосковые клетки
• Бегущая волна и тонотопия (кодирование места)
• Кохлеарный усилитель
• Престин и электромоторика наружных волосковых клеток
• Эндокохлеарный потенциал

Mechanisms

Движение стремечка в овальном окне приводит в движение перилимфу в преддверной лестнице, запуская бегущую волну вдоль базилярной мембраны, которая нарастает до пика в зависящем от частоты месте, а затем затухает, что является основой кохлеарной тонотопии, впервые продемонстрированной фон Бекеши (1960; Robles & Ruggero, 2001). Кортиев орган расположен на этой мембране: внутренние волосковые клетки являются основными сенсорными клетками, передающими движение базилярной мембраны слуховому нерву, в то время как наружные волосковые клетки обеспечивают активное усиление. Это усиление зависит от мембранного моторного белка престина, который заставляет наружные волосковые клетки изменять длину в ответ на напряжение, возвращая энергию в бегущую волну для повышения чувствительности и обострения частотной настройки (Zheng et al., 2000; Fettiplace & Fuchs, 1999). Постоянный электрический градиент, эндокохлеарный потенциал, поддерживаемый через среднюю лестницу, обеспечивает движущую силу для трансдукции.

Clinical relevance

Поскольку улитка отображает частоту на место и зависит от активного усиления наружными волосковыми клетками, потеря этих клеток ухудшает чувствительность и настройку, а тонотопический план лежит в основе конструкции кохлеарных имплантатов. Эта статья описывает нормальную анатомию и физиологию улитки для справки и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Эксперименты фон Бекеши, установившие бегущую волну и принцип места частотного анализа, принесли ему Нобелевскую премию и остаются основой кохлеарной механики (von Bekesy, 1960). Последующее признание того, что улитка активно усиливается, и идентификация престина как двигателя электромоторики наружных волосковых клеток превратили улитку из пассивного анализатора в активный, нелинейный орган (Zheng et al., 2000; Robles & Ruggero, 2001).

Key figures

• Georg von Bekesy
• Luis Robles
• Mario Ruggero
• Peter Dallos
• Jing Zheng

Seminal works

• bekesy-1960
• robles-ruggero-2001
• zheng-2000

Frequently asked questions

Как улитка различает разные частоты?

Бегущая волна вдоль базилярной мембраны достигает пика в месте, которое зависит от частоты: высокие частоты — ближе к основанию, а низкие — ближе к верхушке, поэтому частота кодируется как местоположение вдоль улитки.

Что такое кохлеарный усилитель?

Активный процесс, при котором наружные волосковые клетки, используя моторный белок престин, возвращают механическую энергию в бегущую волну для увеличения чувствительности и обострения частотной настройки.