Pusslet med ljudförstärkning i innerörat

En av de extraordinära egenskaperna hos ljuddetekteringssystemet för däggdjur är räckvidden över vilken det fungerar. Detta sträcker sig från 11 KHz hos fåglar till 200 KHz hos marina däggdjur.

Detta är bara möjligt eftersom innerörat förstärker ljud med en faktor på upp till 4000. Det är en enorm vinst. Så mycket, faktiskt, att det är svårt att komma till rätta med konventionellt tänkande om mekanisk förstärkning. Så det kliar mycket i huvudet bland biologer över hur örat uppnår denna förstärkning.

En del av pusslet är att förstärkningen inte är helt passiv. Innerörat är i huvudsak ett vätskefyllt rör, delat längs sin längd av ett tunt elastiskt membran. Detta membran är täckt av hårceller, som finns i två typer.

De så kallade inre hårcellerna omvandlar tryckvågor i vätskan till elektriska signaler som hjärnan kan tolka. Men de yttre hårcellerna fungerar som mekaniska förstärkare. När de träffas av en tryckvåg börjar cellerna själva vibrera med samma frekvens, vilket förstärker vågen när den passerar.

Problemet är att mätningar med yttre hårceller indikerar att de förstärker tryckvågorna med en faktor på cirka 10, en vinst som är långt under vad som krävs.

Idag säger dock Tobias Reichenbach och James Hudspeth vid Rockefeller University i New York att de har räknat ut vad mer som händer för att öka signalen.

Ljud kommer in i innerörat som en tryckvåg som färdas genom den vätskefyllda kammaren, vilket gör att membranet som delar det längs dess längd vibrerar, som ett gummiark. Eftersom hårcellerna sitter på detta membran rör de sig också.

Reichenbach och Hudspeth beräknar att vibrationerna från de yttre hårcellerna inte bara förstärker tryckvågen, utan också ökar membranets förskjutning, som ett barn som studsar på en studsmatta.

När dessa effekter kombineras resulterar de i en positiv feedbackeffekt, vilket skapar en enorm vinst. Detta förklarar enkelt 4000x-förstärkningen. I själva verket säger teamet att vinsten kan vara ännu större: Den totala cochleavinsten, produkten av dessa två komponenter, kan överstiga 10 000, säger Reichenbach och Hudspeth.

Allt som återstår är att experimentalisterna ska hitta på ett sätt att visa att detta faktiskt är den process som ger vinsten, visserligen inte den lättaste av uppgifterna. Men en som snart kan leda till att denna gåta löses en gång för alla.

Ref: arxiv.org/abs/1009.2034 : Dubbelt bidrag till amplifiering i däggdjurets inre öra

Dölj