Um verworrene, in der Luft befindliche Vibrationen in erkennbare Geräusche umzuwandeln, ist Ihr Ohr auf eine Miniatur-Montagelinie aus Knochen, Fasern, Geweben und Nerven angewiesen. Dann gibt es das "Jell-O".
Natürlich gibt es keine echte Gelatine in Ihren Ohren (wenn Sie die Hygiene richtig machen). Laut Jonathan Sellon, Gastprofessor am MIT und Hauptautor einer neuen Studie in der Zeitschrift Physical Review Letters, gibt es einen dünnen, "Jell-O-ähnlichen" Gewebeklumpen, der sich durch Ihr Innenohr windet und Schallwellen beim Erreichen hilft die spezifischen Nervenrezeptoren, die sie benötigen, um Kontakt mit Ihrem Gehirn aufzunehmen. Dieser hilfreiche Blob ist als Tektorialmembran bekannt.
"Die Tektorialmembran ist ein gallertartiges Gewebe, das zu 97 Prozent aus Wasser besteht", sagte Sellon gegenüber Live Science. "Und es sitzt auf den winzigen sensorischen Rezeptoren im Innenohr (oder der Cochlea), die Schallwellen in ein elektrisches Signal umwandeln, das Ihr Gehirn interpretieren kann."
Warum sollten Sie die überempfindlichen Schallaufnahmegeräte Ihrer Ohren mit einer Schicht Jell-O abdecken? Sellon wollte wissen, wann er vor acht Jahren mit der Erforschung der Tektorialmembran begann. Jetzt, in ihrer neuen Studie (veröffentlicht am 16. Januar), glauben er und seine Kollegen, dass sie möglicherweise eine Antwort finden.
Die sensorischen Rezeptorzellen des Innenohrs (auch als "Haarzellen" bezeichnet), deren Spitzen in die klebrigen Innereien der Membran ragen, verlaufen in Bündeln über die Länge Ihrer Cochlea, die jeweils so konstruiert sind, dass sie auf einen anderen Frequenzbereich am besten reagieren. Hohe Frequenzen werden am besten von Zellen an der Basis der Cochlea übersetzt, während niedrige Frequenzen am besten an der Oberseite der Cochlea verstärkt werden. Zusammen ermöglichen diese haarigen Rezeptoren, Tausende verschiedener Schallfrequenzen zu hören.
"Die Tektorialmembran hilft der Cochlea tatsächlich dabei, niederfrequente Geräusche von hochfrequenten Geräuschen zu trennen", sagte Sellon. "Die Art und Weise, wie dies geschieht, besteht darin, seine eigene Steifheit zu 'stimmen', ähnlich wie die Saiten eines Instruments."
Sellon und seine Kollegen extrahierten mehrere Tektorialmembranen aus Labormäusen. Mit winzigen Sonden bewegten die Forscher die Membranen mit verschiedenen Geschwindigkeiten, um zu simulieren, wie das Gel als Reaktion auf unterschiedliche Schallfrequenzen gegen Haarzellen drücken könnte. Das Team testete einen Frequenzbereich zwischen 1 Hertz und 3.000 Hertz und schrieb dann einige mathematische Modelle, um die Ergebnisse für noch höhere Frequenzen zu extrapolieren (Menschen können normalerweise zwischen 20 Hertz und 20.000 Hertz hören, bemerkte Sellon).
Im Allgemeinen erschien das Gel nahe der Basis der Cochlea steifer, wo hohe Frequenzen aufgenommen werden, und weniger steif an der Spitze der Cochlea, wo niedrige Frequenzen registriert werden. Es ist fast so, als würde sich die Membran selbst dynamisch abstimmen "wie ein Musikinstrument", sagte Sellon.
"Es ist wie eine Gitarre oder eine Geige", sagte Sellon, "wo Sie die Saiten je nach Frequenz, die Sie spielen möchten, mehr oder weniger steif stimmen können."
Wie genau stimmt sich dieses Jell-O ab?
Es stellt sich heraus, dass Wasser durch mikroskopisch kleine Poren innerhalb der Membran fließt. Die Porenanordnung ändert, wie sich Flüssigkeit durch die Membran bewegt, wodurch sich ihre Steifheit und Viskosität an verschiedenen Stellen als Reaktion auf Vibrationen ändert.
Diese winzige Jell-O-Gitarre könnte für die Verstärkung bestimmter Frequenzschwingungen an verschiedenen Positionen entlang der Cochlea von entscheidender Bedeutung sein, sagte Sellon und half Ihren Ohren dabei, die Umwandlung von Schallwellen von mechanischen Schwingungen in neuronale Impulse zu optimieren.
Die Porenanordnung ermöglicht es Haarzellen, effizienter auf den mittleren Frequenzbereich zu reagieren - beispielsweise auf diejenigen, die für die menschliche Sprache verwendet werden - als auf Töne am unteren und oberen Ende des Spektrums. Laut Sellon werden Schallwellen in diesen mittleren Bereichen eher in unterschiedliche neuronale Signale umgewandelt.
Die Empfindlichkeit der Membran könnte sogar als natürlicher Filter dienen, der dazu beiträgt, schwache Geräusche zu verstärken und gleichzeitig störende Geräusche zu dämpfen. Laut Sellon sind jedoch weitere Untersuchungen an lebenden Personen erforderlich, um alle Geheimnisse der Membran besser zu verstehen.
Die Abstimmungsfähigkeit des Gels könnte jedoch erklären, warum Säugetiere bei der Geburt mit genetischen Defekten, die den Wasserfluss durch ihre Tektorialmembranen verändern, erheblichen Hörschäden ausgesetzt sein können. Laut den Autoren könnten weitere Forschungen Wissenschaftlern helfen, Hörgeräte oder Arzneimittel zu entwickeln, die zur Korrektur solcher Defekte beitragen. Wenn dieser Tag kommt, werden wir alle Ohren haben.
