摘要：耶鲁大学的物理学家们发现了人耳内部一个复杂且此前未知的“模式”，这些模式对耳朵如何放大微弱声音、抵御噪音以及区分广泛的声音频率起着关键作用。

耶鲁大学的研究者发现人耳中未知的复杂“模式”，它们影响耳朵如何放大微弱声音、承受噪音并区分不同频率，或为低频听力研究提供新视角。

耶鲁大学的物理学家们发现了人耳内部一个复杂且此前未知的“模式”，这些模式对耳朵如何放大微弱声音、抵御噪音以及区分广泛的声音频率起着关键作用。

通过将现有的数学模型应用于一个通用的耳蜗模型——这是一种螺旋状的内耳器官——研究者揭示了耳蜗的另一个复杂层面。这些发现为我们对人类听力的卓越能力和精确度提供了新的视角。

“我们原本是想弄明白耳朵如何能调整自身，既能在不稳定的情况下感知微弱的声音，又能在没有外部声音的情况下作出反应，”耶鲁大学艺术与科学学院物理学助理教授、近期发表在《PRX Life》期刊上的新研究共同高级作者Benjamin Machta表示。“但在深入探究这个问题时，我们偶然发现了一组低频的机械模式，耳蜗可能会支持这些模式。”

在人类耳朵中，声音会转化为电信号。在听力的过程中，人们能够感知从微小空气震动到大范围声音的三倍量级的频率和超过万亿倍的功率范围。

毛细胞在听力中的双重角色

声音波进入耳蜗后，会变成沿着耳蜗内毛发状基膜传播的表面波。

“每一个纯音都在耳蜗这个螺旋状器官的某一点产生振动，”耶鲁大学研究生、研究第一作者Asheesh Momi解释道。“此时，那个位置的毛细胞会将你所听到的音调传递给大脑。”

这些毛细胞的作用不仅如此。它们还充当机械放大器，向声波中注入能量，克服摩擦，帮助声音到达预定的目的地。研究者指出，注入恰当的能量并进行不断的调整，对于精确听力至关重要。

但这仅仅是耳蜗内一组已知的听觉模式，而耶鲁团队发现了耳蜗中第二组扩展的听觉模式。

在这些扩展模式下，基膜的很大一部分会一起反应并运动，即使对于单一音调也是如此。这种集体反应对毛细胞如何回应传入声音以及毛细胞如何向基膜注入能量产生了制约。

对低频听力研究的启示

“由于这些新发现的模式表现出低频特性，我们认为这些发现可能有助于更好地理解低频听力，这是一个仍在积极研究的领域，”曾在耶鲁大学做博士后研究的Isabella Graf说道，她目前在德国海德堡的欧洲分子生物实验室工作。

Graf和Machta近年来通过数学模型和统计物理的概念合作进行了一系列研究，旨在更好地理解生物系统，例如响尾蛇对温度变化的敏感性以及细胞膜内不同相态之间的相互作用。

本文译自 scitechdaily，由BALI编辑发布。

来源：小项科学科普