Chức năng của Tai trong và Ốc tai

Ốc tai là cơ quan xoắn ốc, chứa đầy dịch lỏng của tai trong, có chức năng chuyển đổi rung động âm thanh thành tín hiệu thần kinh. Khi xương bàn đạp tác động vào cửa sổ bầu dục, một sóng di chuyển dọc theo màng đáy và đạt đỉnh tại một vị trí được xác định bởi tần số, phân tách âm thanh thành các thành phần của nó. Các tế bào lông của cơ quan Corti chuyển đổi chuyển động này thành tín hiệu điện, với các tế bào lông ngoài chủ động khuếch đại phản ứng và các tế bào lông trong dẫn truyền đến dây thần kinh thính giác.

Definition

Ốc tai là phần thính giác của tai trong, một ống cuộn chứa đầy dịch lỏng, trong đó màng đáy và cơ quan Corti thực hiện phân tích tần số và chuyển đổi rung động do âm thanh gây ra thành tín hiệu thần kinh thông qua các tế bào lông chuyển đổi cơ học.

Scope

Chủ đề này bao gồm giải phẫu ốc tai và cơ quan Corti, sóng di chuyển và mã hóa vị trí theo tần số (tonotopic place coding), cơ chế chuyển đổi cơ học của tế bào lông, và bộ khuếch đại ốc tai. Đây là tài liệu tham khảo về chức năng nghe bình thường của tai trong và không đề cập đến việc quản lý lâm sàng các rối loạn tai trong.

Core questions

• Sóng di chuyển ốc tai phân tách âm thanh theo tần số dọc theo màng đáy như thế nào?
• Các tế bào lông chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện như thế nào?
• Bộ khuếch đại ốc tai là gì và các tế bào lông ngoài đóng vai trò gì?
• Các tế bào lông trong mã hóa âm thanh cho dây thần kinh thính giác như thế nào?

Key concepts

• Tiền đình ốc tai (Scala vestibuli), ống ốc tai (scala media), hòm nhĩ ốc tai (scala tympani)
• Màng đáy và sóng di chuyển
• Phân vùng tần số (Tonotopy - mã hóa vị trí của tần số)
• Cơ quan Corti
• Tế bào lông trong và ngoài
• Cơ chế chuyển đổi cơ học của bó lông
• Điện thế nội ốc tai và nội dịch
• Tính điện động của tế bào lông ngoài (Outer-hair-cell electromotility)

Key theories

Lý thuyết vị trí (phân vùng tần số) về mã hóa tần số

Mỗi tần số tạo ra một sóng di chuyển đạt đỉnh tại một vị trí cụ thể dọc theo màng đáy, do đó tần số được mã hóa bởi vị trí ốc tai và tập hợp các sợi thần kinh nào được kích thích mạnh nhất.

Bộ khuếch đại ốc tai (quá trình chủ động)

Các tế bào lông ngoài bổ sung năng lượng cơ học vào sóng di chuyển, tăng cường và làm sắc nét phản ứng với âm thanh nhỏ và giải thích độ nhạy cao, khả năng điều chỉnh tần số sắc nét và hành vi phi tuyến tính của ốc tai.

Mechanisms

Chuyển động của xương bàn đạp tại cửa sổ bầu dục tạo ra sự chênh lệch áp suất qua vách ốc tai, khởi tạo một sóng di chuyển dọc theo màng đáy, sóng này tăng lên rồi giảm dần, đạt đỉnh gần đáy đối với tần số cao và gần đỉnh đối với tần số thấp. Sự dịch chuyển này làm lệch các sợi lông (stereocilia) của các tế bào lông trong cơ quan Corti, mở các kênh chuyển đổi cơ học và thay đổi điện thế màng của tế bào; nồng độ kali cao và điện thế nội ốc tai dương của nội dịch (endolymph) thúc đẩy dòng điện chuyển đổi này. Các tế bào lông ngoài thay đổi chiều dài để đáp ứng với điện thế thụ thể của chúng (tính điện động - electromotility), đưa năng lượng trở lại vách ngăn để khuếch đại và làm sắc nét chuyển động cục bộ. Các tế bào lông trong, các thụ thể cảm giác chính, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh vào các sợi thần kinh thính giác, mã hóa tần số, mức độ và thời gian của âm thanh.

Clinical relevance

Ốc tai là nơi thính giác thần kinh cảm giác phụ thuộc; mất hoặc rối loạn chức năng của các tế bào lông, đặc biệt là các tế bào lông ngoài, làm giảm độ nhạy và khả năng điều chỉnh tần số, đây là cơ sở của mất thính lực thần kinh cảm giác. Mục này mô tả chức năng ốc tai bình thường như tài liệu tham khảo và không cung cấp lời khuyên chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Những quan sát trực tiếp của Georg von Békésy về sóng di chuyển ốc tai đã thiết lập nguyên lý vị trí của phân tích tần số và mang lại cho ông giải Nobel năm 1961. Các công trình sau đó đã tiết lộ rằng ốc tai sống không phải là thụ động: việc phát hiện ra phát xạ âm tai (otoacoustic emissions) và tính di động của tế bào lông ngoài đã dẫn đến khái niệm bộ khuếch đại ốc tai, một quá trình chủ động giải thích độ nhạy và khả năng chọn lọc tần số đặc biệt của tai.

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

Ốc tai phân biệt các tần số khác nhau như thế nào?

Các tần số khác nhau đạt đỉnh tại các vị trí khác nhau dọc theo màng đáy, do đó vị trí kích thích tối đa và các sợi thần kinh được kích hoạt tại đó mã hóa tần số của âm thanh.

Các tế bào lông ngoài làm gì?

Chúng hoạt động như một bộ khuếch đại sinh học, thay đổi chiều dài để bổ sung năng lượng cơ học vào sóng di chuyển, giúp tăng cường độ nhạy với âm thanh nhỏ và làm sắc nét khả năng điều chỉnh tần số của ốc tai.