Fysiologi av Øret
Det menneskelige øret er et organ av fantastiske følsomhet, kompleksitet og robusthet. For en person med akutt hørsel, omfanget av hørbar lyd strekker seg over ti oktaver, fra 20 Hz til 20 000 Hz. Bølgelengdene som svarer til disse andelene varierer fra 1,7 cm (5/8 tommer) til 17 m (57 ft), et forhold som av tusen. Den roligste hørbar lyd til den gjennomsnittlige menneskelige øret, om null dB ved 1000 Hz, tilsvarer en akustisk trykk på 20 × 10 -6 N/m 2 eller Pa., Siden det atmosfæriske trykket er om 101,000 Pa (14.7 lb/sq i), er det klart at øret er å svare på svært små endringer i trykket. Selv på smertegrensen, 120 dB, den akustiske presset er fortsatt bare om lag 20 Pa.
utforkjøringen på trommehinnen på terskelen av hørsel er rundt 10 -9 m (4 × 10 -7 i) (Kinsler et al., 1982). De fleste atomene har dimensjoner av 1 til 2 angstroms (10 -10 m) så trommehinnen reiser en avstand på mindre enn 10 atomic diameter på terskelen av å høre., Var våre ører er bare litt mer følsom, vi vil høre konstant bakgrunnsstøy på grunn av Brownske bevegelser, molekyler, satt i bevegelse av termisk eksitasjon. Faktisk, det er termisk bevegelse av hårcellene i sneglehuset som begrenser høre skarphet. I svært rolige omgivelser flyten av blod i blodårene i nærheten av trommehinnen er tydelig hørbar som en foruroligende shushing lyd.
anatomi av øret, er vist i Fig. 3.1, er organisert i tre deler, som kalles ytre, midtre og indre. Den ytre og midtre øret er fylt med luft, mens det indre øret er væske fylt., Den ytre delen inneholder pinna, den kjøttfulle klaffen på huden som vi normalt tenker på som øret, og en tube kjent som meatus eller øregangen som gjennomfører lydbølger til tympanic membran eller trommehinnen, som skiller den ytre og midtre øret seksjoner. Den pinna samler lyden signaler og bistår i lokalisering av høyden på en lydkilde. 2.7 cm (1 i) lang øregangen fungerer som et bredbånd kvart bølgelengde rør resonator, som har laveste naturlige frekvens er ca 2700 Hz., Dette hjelper deg med å finne spekter av frekvenser der øret er mest følsomt—en mer eller mindre 3 kHz bredt topp sentrert på ca 3400 Hz. Øregangen resonans øker lydnivået på trommehinnen rundt denne frekvensen av ca 10 dB over nivået på kanalinngang. Med diffraksjon gitt av øremuslingen og hodet, det kan være så mye som 15 til 20 dB gain på trommehinnen på visse frekvenser, i forhold til det frie feltet nivå., Mellomøret er en luftfylte hulrom som er ca 2 cm 3 i volum (omtrent det samme som en sukkerbit) som inneholder mekanismer for overføring av bevegelse av trommehinnen til sneglehuset i det indre øret. Trommehinnen er en tynn konisk membran strukket over enden av øregangen. Det er ikke en flatskjerm trommehodet, som kan være avledet fra navnet sitt, men heller en telt-som skjede med det meste peker innover. Nær sentrum, trommehinnen er festet til malleus bein, som er koblet i sin tur til to andre små bein., Disse tre, malleus (hammer), incus (ambolt), og stapes (stigbøyle), fungere som en mekanisk kobling, som par trommehinnen til væske-fylt sneglehuset. Den stapes ligner en stigbøyle med sin base presset opp mot det ovale vinduet, en membran som dekker inngangen til sneglehuset. På grunn av området forhold av trommehinnen til det ovale vindu (om 20 til 1) og spaken handling av ossicles å produsere en annen gevinst faktor på 1.,5:1, midt øret fungerer som en impedans matchende transformator, konvertere lavt trykk, høy vekt bevegelse av trommehinnen til et høyt trykk, lav vekt bevegelse av væsken i sneglehuset. Det atmosfæriske trykket i mellomøret er utlignet bak trommehinnen ved lufting dette området til hals gjennom eustachian tube, som åpner seg når vi gjespe eller svelge.
Figur 3.1., En Skjematisk Fremstilling av Øret (Flanagan, 1972)
bevegelse overføring i mellomøret er ikke lineær, men er avhengig av størrelse. En aural refleks beskytter det indre øret fra høye lyder ved å stramme musklene holder stapes å redusere sin ekskursjon ved høye amplituder, akkurat som øyet beskytter seg selv fra sterkt lys av eøs-eleven. Omslaget er ufrivillig i begge tilfeller, og sjelden er lagt merke til av den enkelte. Smerte er produsert på høyt støynivå når musklene belastning å beskytte nerveceller., Dessverre aural refleks er ikke helt effektiv. Det er en reaksjonstid på ca 0,5 msek, slik at det ikke kan blokkere høres ut å ha en rask innsettende, for eksempel skudd og effekt-generert støy. En annen grunn er at musklene kan ikke kontrakt på ubestemt tid. Under vedvarende bombardement av støy de blir lei og la mer energi til å passere.
Det indre øret, som er vist i Fig. 3.2, inneholder mekanismer som fornuftig balanse og akselerasjon samt hørsel., Ligger i den harde bein i skallen, det indre øret inneholder fem separate reseptor organer, hver følsomme til en bestemt type av akselerasjon, samt sneglehuset, som oppdager lydstyrke og frekvens innhold av luftbåren lyd bølger. Den sacculus og utriculus inkluderer om lag 15.000 og 30.000 hårcellene i plan ark som reagerer på vertikal og horisontal lineær akselerasjon henholdsvis. Disse organene har evnen til koding et unikt signal for akselerasjon i en gitt retning i løpet av et fly., Tre sirkulære kanaler er arrangert for å føle ortogonale retninger av kantete akselerasjon. Hver består av en væskefylt rør avbrutt av en membran som inneholder ca 7000 hår celler. De gir informasjon om retningen og akselerasjon av menneskelig hode. De bilateral symmetri i ørene gir oss ikke bare backup evne, men ekstra informasjon for kartlegging av bevegelser i alle retninger.
Figur 3.2., Strukturen i det Indre Øret (Hudspeth og Markin, 1994)
sneglehuset er en væskefylte rør som inneholder håret celle transdusere den forstand lyd. Den er rullet opp to og en halv slår som en snegle, og hvis vi rulle røret og rett det ut, vi ville finne et trangt hulrom 3,5 cm lang, omtrent på størrelse og form på en golf tee skalert ned med to tredjedeler. I sin begynnelse, kalles basal slutten, det er omtrent 0,9 cm i diameter og på apical slutt er det om lag 0,3 cm i diameter. Det har to tynne membraner kjører ned den nær midten., Jo tykkere hinne kalles basilar membran og deler sneglehuset mer eller mindre i to, for å skille den øvre galleri (scala vestibuli) fra nedre galleri (scala tympani). Langs membranen ligger hørselsnerven som gjennomfører den elektrokjemiske impulser og slanger gjennom en tynn snev av bein som kalles den benete ridge til hjernen.
inngangen til sneglehuset, i øvre galleri, er det ovale vinduet ved foten av stapes. I den øvre enden av sneglehuset, nær apex det er en liten passasje som forbinder øvre og nedre gallerier kalt helicotrema., På den distale enden av nedre galleri i nærheten av det ovale vinduet er en annen membran, det runde vinduet. Det fungerer som bakdøren til sneglehuset, en frigjøring overflaten for væske impulser reiser langs dens lengde og tilbake i mellomøret. De to membraner, det ovale vinduet, og det runde vindu, forsegle i væsken i sneglehuset. Ellers er resten av sneglehuset er helt omgitt og beskyttet av bein.
Figur 3.2 b viser et tverrsnitt av en av spiraler av sneglehuset., Øvre galleri er atskilt fra en pai-formede delen som heter midt-gallery (scala media) ved Reissner er membranen. Innenfor dette segmentet og festet til basilar membran er det organet av Corti, inkludert noen 16,000 små grupper av hår celler (stereocilia), som er ordnet i fire rader, opptrer som bevegelse sensorer for å konvertere væske og basilar membran bevegelse til elektriske impulser (Hudspeth og Markin, 1994)., Den stereocilia er sylindrisk stenger som er ordnet i en rad i rekkefølge av økende høyde og flytte frem og tilbake som en gruppe i respons til trykkbølger i endolymphatic væske. Hårcellene er relativt stiv og bare flytte om en diameter. Gjennom denne bevegelsen de kodes omfang og tid passering av bølgen som en elektrokjemisk potensial sendt videre til hjernen.
Hver stereocilium former et bånd mellom sin ende og et område på tilstøtende høyere nabo mye som en fjær som trekker i en svingende gate (se Fig. 3.2 d)., Når en gate er åpnet en nerve impuls er aktivert og sendt til hjernen. Hvis bunt av stereocilia er forskjøvet i positiv retning, mot den høye siden av pakken, en større relativ vekt oppstår mellom hver stilk og mer portene er åpnet. En negativ vekt mot den korte siden av pakken reduserer spenning på den biomekaniske våren og stenger portene. Ortogonale bevegelse resulterer i ingen endring i spenning og ingen endring i signalet., Amplituden av responsen til lydbølger er oppdaget av antall gate åpninger og nedleggelser, og dermed antall impulser som sendes opp hørselsnerven.
Som stereocilia flytte frem og tilbake de er noen ganger stimulert til en viss grad som presser dem lenger enn deres normale utflukt. I disse tilfellene et fenomen kjent som tilpasning skjer der hårcellene skaffe en ny hviler punkt som er fordrevet fra sine opprinnelige punktet., Cellene finne en ny stilling og gjøre en rekalibrering eller reattachment av våren til å porten på en litt annerledes punkt på den tilstøtende celle. Tilpasning foreslår også en mekanisme for hørselstap når hårcellene er forskjøvet utover det punktet der de kan komme på grunn av eksponering for høye lyder over en lang tidsperiode.
frekvensen på lyden som er oppdaget av posisjonen til største respons langs basilar membran., Som en trykkbølge beveger seg gjennom sneglehuset det induserer en krusning bevegelse i basilar membran og for hver frekvens det er en maksimal vekt i en bestemt region. Den høye frekvenser stimulere området nærmest ovale vinduet, mens den lave frekvenser opphisse området nær helicotrema. Figur 3.3 illustrerer dette fenomenet, kjent som stedet teori av banen gjenkjenning. Det ble startet av von Bekesy (1960), som fikk nobelprisen for dette arbeidet. Hjernen kan tolke nerve impulser som kommer fra et bestemt område i sneglehuset som en bestemt lyd frekvens., Det er ca 5000 separat synlig plasser over 10 oktaver av audibility.
Figur 3.3. Langsgående Avstand Langs Sneglehuset som Viser Posisjonene til Svar Maxima (Hassall og Zaveri, 1979)