A fül fiziológiája
az emberi fül csodálatos érzékenység, komplexitás és robusztusság szerve. Akut hallású személy esetében a hallható hang hatótávolsága tíz oktávot ölel fel, 20 Hz-től 20 000 Hz-ig. Az ezeknek a frekvenciáknak megfelelő hullámhossz 1,7 cm-től (5/8 in) 17 m-ig (57 láb) változik, ez az arány ezer. Az átlagos emberi fül számára hallható legcsendesebb hang, körülbelül nulla dB 1000 Hz-en, 20 × 10 -6 N/m 2 vagy Pa akusztikus nyomásnak felel meg., Mivel a légköri nyomás körülbelül 101 000 Pa (14,7 lb/sq in), egyértelmű, hogy a fül reagál a rendkívül kis nyomásváltozásokra. Még a fájdalom küszöbén is, 120 dB, az akusztikus nyomás még mindig csak körülbelül 20 Pa.
a dobhártya a hallásküszöb körül 10 -9 m (4 × 10 -7 in) (Kinsler et al., 1982). A legtöbb atom mérete 1-2 Angstrom (10-10 m), így a dobhártya a hallás küszöbén kevesebb, mint 10 atomi átmérőjű távolságot halad., Ha a fülünk csak kissé érzékenyebb lenne, hallanánk az állandó háttérzajt a Brown-mozgás miatt, a termikus gerjesztés által mozgásba hozott molekulák. Valójában a cochlea hajsejtjeinek termikus mozgása korlátozza a hallásélességet. Nagyon csendes környezetben a vér áramlása a dobhártya közelében lévő edényekben egyértelműen hallható, mint egy nyugtalanító shushing hang.
a fül anatómiája, az ábrán látható. 3.1, három részre van rendezve, külső, középső és belső. A külső és a középfül levegővel töltött, míg a belső fül folyadékkal töltött., A külső rész magában foglalja a pinna, a húsos bőrszövet, hogy általában gondolunk, mint a fül, majd egy csövet ismert, mint a meatus vagy hallójárat, hogy végez hanghullámok a dobhártya vagy dobhártya, ami elválasztja a külső, mind középfül szakaszok. A pinna összegyűjti a hangjeleket, segíti a hangforrás magasságának lokalizációját. A 2,7 cm-es (1 in) hosszú hallójárat úgy működik, mint egy szélessávú negyed hullámhosszú cső rezonátor, amelynek legalacsonyabb természetes frekvenciája körülbelül 2700 Hz., Ez segít meghatározni a frekvenciatartományt, ahol a fül a legérzékenyebb—egy többé-kevésbé 3 kHz széles csúcs, amelynek középpontja körülbelül 3400 Hz. A hallócsatorna rezonanciája körülbelül 10 dB-rel növeli a dobhártya hangszintjét a frekvencia körül a csatorna bejáratánál. A pinna és a fej által biztosított diffrakcióval a dobhártyán akár 15-20 dB-os erősítés is lehet bizonyos frekvenciákon, a szabadmező szintjéhez képest., A középfül körülbelül 2 cm 3 térfogatú, levegővel töltött üreg (körülbelül ugyanolyan, mint egy cukorkocka), amely tartalmazza a dobhártya mozgásának a belső fülben lévő cochlea-ba történő átvitelének mechanizmusait. A dobhártya egy vékony kúpos membrán, amely a hallójárat végére nyúlik. Ez nem egy lapos dobfej, amint azt a nevéből lehet következtetni, hanem egy sátorszerű hüvely, amelynek csúcsa befelé mutat. Középpontja közelében a dobhártya a malleus csonthoz kapcsolódik, amely viszont két másik kis csonthoz kapcsolódik., Ez a három, a malleus (kalapács), az incus (üllő) és a stapes (kengyel) mechanikus kapcsolatként működik, amely a dobhártyát a folyadékkal töltött cochlea-hoz köti össze. A stapes hasonlít egy kengyelhez, amelynek alapja az ovális ablakhoz van nyomva, egy membrán, amely lefedi a cochlea bejáratát. Mivel a terület aránya a dobhártya, hogy az ovális ablak (körülbelül 20-1), valamint a kar hatása a ossicles termelő másik nyereség tényező 1.,5:1, A középfül impedancia-megfelelő transzformátorként működik, átalakítva a dobhártya alacsony nyomású, nagy elmozdulású mozgását a cochlea folyadék nagynyomású, alacsony elmozdulású mozgására. A középfül légköri nyomása a dobhártya mögött kiegyenlül, ha ezt a területet a torokba szellőzteti az eustachian csövön keresztül, amely akkor nyílik meg, amikor ásítunk vagy lenyelünk.
3.1., A fül sematikus ábrázolása (Flanagan, 1972)
a középfülben a mozgásátvitel nem lineáris, hanem az amplitúdótól függ. Az hangzásreflex védi a belső fület a hangos zajoktól azáltal, hogy meghúzza a stapes-t tartó izmokat, hogy csökkentse kirándulását nagy amplitúdókban, ugyanúgy, ahogy a szem megvédi magát a fényes fénytől a tanuló összehúzódásával. A összehúzódás mindkét esetben önkéntelen, az egyén ritkán veszi észre. A fájdalom magas zajszint mellett keletkezik,amikor az izmok az idegsejtek védelmére törnek., Sajnos az aural reflex nem teljesen hatékony. Van egy reakcióidő körülbelül 0,5 msec, így nem tudja blokkolni a hangok, amelyek egy gyors kezdetű, mint a lövések és az ütközés által generált zaj. A második ok az, hogy az izmok nem tudnak határozatlan időre összehúzódni. A hangos zaj tartós bombázása alatt elfáradnak, és több energiát engednek át.
a belső fül, ábrán látható. 3.2 olyan mechanizmusokat tartalmaz, amelyek érzékelik az egyensúlyt és a gyorsulást, valamint a hallást., A koponya kemény csontjában elhelyezett belső fül öt különálló receptor szervet tartalmaz, amelyek mindegyike érzékeny egy adott típusú gyorsulásra, valamint a cochlea, amely érzékeli a levegőben lévő hanghullámok hangerejét és frekvenciatartalmát. A sacculus és az utriculus körülbelül 15 000, illetve 30 000 szőrsejtet tartalmaz síklemezekben, amelyek függőleges és vízszintes lineáris gyorsulásokra reagálnak. Ezek a szervek képesek egy egyedi jelet kódolni a gyorsuláshoz egy adott irányban egy síkon belül., Három félkör alakú csatorna van elrendezve, hogy érzékelje a szöggyorsulás ortogonális irányait. Mindegyik egy folyadékkal töltött csőből áll, amelyet körülbelül 7000 hajsejtet tartalmazó membrán szakít meg. Információkat szolgáltatnak az emberi fej tájékozódásáról és gyorsulásáról. A fülek kétoldali szimmetriája nemcsak tartalékolási képességet, hanem extra információt is ad a mozgások bármilyen irányú bomlásához.
3.2., A belső fül szerkezete (Hudspeth and Markin, 1994)
a cochlea egy folyadékkal töltött cső, amely a hangot érzékelő hajsejt-átalakítókat tartalmazza. Két és fél fordulattal gurul fel, mint egy csiga, és ha letekerjük a csövet, és kiegyenesítjük, egy 3,5 cm hosszú, keskeny üreget találunk, amely körülbelül egy golf-póló mérete és alakja, kétharmadával. Kezdetben, az úgynevezett bazális vég, körülbelül 0,9 cm átmérőjű, az apikális végén pedig körülbelül 0,3 cm átmérőjű. Két vékony membránja fut le a közepén., A vastagabb membránt bazsalikom membránnak nevezik, a cochleát többé-kevésbé felére osztja, elválasztva a felső galériát (scala vestibuli) az alsó Galériától (scala tympani). A membrán mentén fekszik a hallóideg, amely az elektrokémiai impulzusokat és kígyókat az agy csontos gerincének nevezett vékony csontdarabon keresztül vezeti.
a cochlea bejárata a felső galériában a stapes lábánál lévő ovális ablak. A csiga felső végén, a csúcs közelében van egy kis átjáró, amely összeköti a helicotrema nevű felső és alsó galériákat., Az alsó Galéria disztális végén az ovális ablak közelében van egy másik membrán, a kerek ablak. Úgy viselkedik, mint a cochlea hátsó ajtaja, egy nyomáskioldó felület a folyadékimpulzusok számára, amelyek hosszúsága mentén haladnak vissza a középfülbe. A két membrán, az ovális ablak és a kerek ablak lezáródik a cochlea folyadékában. Ellenkező esetben a cochlea többi részét teljesen körülveszi és csont védi.
a 3.2 b ábra a cochlea egyik spiráljának keresztmetszetét mutatja., A felső galériát Reissner membránja választja el a középső Galéria (scala media) nevű pite alakú részről. Ebben a szegmensben, amelyet az agyalapi membrán a Corti szerv, beleértve néhány 16,000 kis csoportok szőrsejtek (sztereociliumok), rendezett négy sor, úgy viselkedik, mint a mozgás átalakítók átalakítani folyadék basilaris membrán mozgását elektromos impulzusok (Hudspeth, valamint Markin, 1994)., A stereocilia hengeres rudak, amelyek sorban vannak elrendezve a magasság növelése érdekében, és csoportként mozognak az endolimfatikus folyadék nyomáshullámaira reagálva. A hajsejtek viszonylag merevek, csak körülbelül átmérővel mozognak. Ezzel a mozgással kódolják a hullám nagyságát és időátmenetét, mint az agyba küldött elektrokémiai potenciált.
minden sztereocilium kötvényt képez a vége és a szomszédos magasabb szomszéd területe között, hasonlóan egy rugóhoz, amely egy lengő kapun húzódik (Lásd az ábrát . 3.2 d)., Amikor egy kapu kinyílik, egy idegimpulzus aktiválódik és az agyba kerül. Ha a stereocilia köteg pozitív irányba tolódik el, a köteg magas oldala felé, nagyobb relatív elmozdulás következik be az egyes szárak között, és több kapu nyílik meg. A köteg rövid oldala felé történő negatív elmozdulás csökkenti a biomechanikai rugó feszültségét, bezárja a kapukat. Az ortogonális mozgás nem okoz változást a feszültségben és nem változtatja meg a jelet., A hanghullámokra adott válasz amplitúdóját a kapunyílások és zárások száma, így a hallóideg által küldött impulzusok száma határozza meg.
ahogy a sztereocilia előre-hátra mozog, néha olyan mértékben stimulálják őket, amely távolabb tolja őket, mint a szokásos kirándulásuk. Ezekben az esetekben az adaptáció néven ismert jelenség akkor fordul elő, amikor a hajsejtek új nyugalmi pontot szereznek, amely elmozdul az eredeti pontjuktól., A cellák új működési pozíciót találnak, és a rugó újrakalibrálását vagy újracsatlakoztatását a kapuhoz a szomszédos cella kissé eltérő pontján végzik. Az alkalmazkodás a halláskárosodás mechanizmusát is sugallja, amikor a hajsejtek elmozdulnak azon a ponton, ahol hosszú ideig hangos hangoknak való kitettség miatt helyreállhatnak.
a hang frekvenciáját a bazális membrán mentén a legnagyobb válasz pozíciója érzékeli., Mivel a nyomáshullám a cochleán keresztül mozog, a bazsalikom membránban hullámmozgást vált ki, és minden egyes frekvencián maximális elmozdulás van egy bizonyos régióban. A magas frekvenciák stimulálják az ovális ablakhoz legközelebb eső területet, míg az alacsony frekvenciák izgatják a helicotrema közelében lévő területet. A 3.3.ábra szemlélteti ezt a jelenséget, amelyet a hangmagasság-észlelés helyelméletének neveznek. Von Bekesy (1960) származik, aki Nobel-díjat kapott ezért a munkáért. Az agy a cochlea egy adott területéről érkező idegimpulzusokat bizonyos hangfrekvenciaként értelmezheti., Körülbelül 5000 külön kimutatható hely van a hallhatóság 10 oktávja felett.
3.3. Hosszanti távolság a Cochlea mentén, a válasz Maxima (Hassall and Zaveri, 1979)