Ухо – важный орган, позволяющий нам воспринимать окружающий мир. Однако очень немногие из нас знают, что не только ушная раковина, но и наша кость черепа может принимать и проводить звуки. Татьяна Чумаченко из Института исследований мозга Макса Планка во Франкфурте и Тобиас Райхенбах из Имперского колледжа Лондона разработали новую модель, объясняющую, как связаны колебания окружающей кости и базилярной мембраны. Эти новые результаты могут быть важны для разработки новых наушники и слуховые аппараты.
Наше чувство слуха, то есть способность воспринимать звуки, возникает исключительно во внутреннем ухе. Когда звуковые волны распространяются по воздуху и достигают нашего слухового прохода, они вызывают вибрацию различных участков базилярной мембраны внутреннего уха. Какие участки мембраны они вибрируют, зависит от их частоты. Именно эти микроскопические колебания мембраны мы воспринимаем как звуковые. Однако внутреннее ухо окружено костью, которая также может вибрировать.
С помощью расчетов гидродинамики Чумаченко и Райхенбах обнаружили, что колебания кости и базилярной мембраны взаимосвязаны. Другими словами, они также могут взаимно возбуждать друг друга.
Это порождает захватывающие явления, которые благодаря новой модели теперь можно понять: например, два звука с немного разными частотами, которые поступают во внутреннее ухо одновременно, могут перекрываться и возбуждать одни и те же области на базилярной мембране. В этом случае комбинированные тона или так называемая отоакустическая эмиссия производятся во внутреннем ухе из-за нелинейности мембраны. Как именно эти звуки покидают внутреннее ухо и как они распространяются внутри улитки, в настоящее время является предметом научных дискуссий. "В нашем исследовании мы показали, что комбинированные тона могут покидать внутреннее ухо в виде быстрой волны вдоль поверхности кости, а не волны, как предполагалось ранее, вдоль базилярной мембраны," объясняет Татьяна Чумаченко из Института исследований мозга Макса Планка.
Более того, новая модель доказывает, что бегущие волны вдоль базилярной мембраны могут быть вызваны как колебаниями улитковой кости, так и колебаниями воздуха внутри слухового прохода. "Наши результаты дают элегантное объяснение этого давно известного, но малоизученного наблюдения," говорит Тобиас Райхенбах из Имперского колледжа Лондона.
Эти результаты помогут углубить наше понимание сложного взаимодействия между динамикой жидкости и механикой кости. Это понимание может оказаться важным для еще более увлекательных будущих клинических и коммерческих применений костной проводимости, таких как слуховые аппараты нового поколения и комбинации наушников и очков.