与其他哺乳动物一样，人耳非常敏感，它可以检测到声波引起的鼓膜振动，其振动小于原子的宽度。现在，麻省理工学院的研究人员已经发现了重要的新细节，即耳朵如何实现这种惊人的拾取微弱声音的能力。
例如，这些新发现有助于解释我们的耳朵如何能够检测出比我们通过触觉可以检测到的振动强一百万倍的振动。结果发表在“物理评论快报”杂志上，访问科学家和主要作者Jonathan Sellon，电气工程教授，资深作者Dennis Freeman，访问科学家Roozbeh Ghaffari以及麻省理工学院Grodzinsky小组成员。
耳朵的灵敏度和选择性 - 它能够区分不同频率的声音 - 主要取决于内耳中一种微小结构的行为，称为盖膜，Freeman和他的学生一直在研究这种结构。十年。现在，他们发现凝胶膜使我们的听觉具有极高的灵敏度的方式与该膜中纳米级孔的大小，刚度和分布以及这些纳米孔控制凝胶内水的运动的方式有关。
覆膜位于内耳或耳蜗的微小毛发顶上。这些感觉受体被布置在簇中，每个簇对于不同的声音频率敏感，沿着紧密卷曲的结构的长度方向发展。这些毛发的尖端嵌入覆盖膜的事实意味着它的行为强烈地影响这些毛发对声音的响应方式。
“机械地，它是Jell-O，”弗里曼说，描述了比头发更薄的微小覆盖膜。虽然它基本上是一种饱和的海绵状结构，主要由水制成，但“如果你尽可能地用力挤压它，你就不能将水排出。它由静电力组合在一起，”他解释道。但是，尽管体内有许多凝胶基材料，包括软骨，弹性蛋白和肌腱，但是覆盖膜是由不同的遗传指令组成的。
结构的目的最初是一个难题。 “你为什么要那样?”塞森说。他说，坐在敏感的拾音器结构的顶部，“这种声音可以消除大多数类型的麦克风”。 “但这对于听力来说至关重要”，并且由基因变异引起的结构缺陷会严重降低人的听力。
在对微观结构进行详细测试后，研究小组发现其中孔隙的大小和排列，以及这些特性影响凝胶中水分如何在孔隙之间来回移动以响应振动的方式，使得整个系统的响应高度选择性。进入耳朵的最高和最低音调受到覆盖膜提供的放大的影响较小，而中频更强烈地放大。
“它能够恰到好处地获得你需要的信号，”Sellon说，放大最有用的声音。
研究小组发现，覆膜的结构“看起来像一个固体，但表现得像液体一样，”弗里曼说 - 这是有道理的，因为它主要由液体组成。 “我们发现的是，覆膜不如我们想象的那么坚固。”他说团队没有预料到的关键发现是“对于中频，结构像液体一样移动，但对于高频和低频，它只表现为固体。”
总体而言，研究人员希望更好地了解这些机制可能有助于设计抵抗各种听力损伤的方法 - 通过机械辅助设备，如改进的人工耳蜗，或医疗干预，如可能改变纳米孔或性质的药物覆盖膜中的液体。 “如果毛孔的大小对于听觉功能很重要，那么你可以做些事情，”弗里曼说。
该图像通过光学显微镜拍摄，显示了覆盖膜的横截面，这是一种凝胶状结构，位于内耳上的微小毛发顶部。
