Il puzzle dell'amplificazione del suono nell'orecchio interno

Una delle straordinarie caratteristiche del sistema di rilevamento del suono dei mammiferi è la gamma su cui funziona. Questo si estende da 11 KHz negli uccelli a 200 KHz nei mammiferi marini.

Questo è possibile solo perché l'orecchio interno amplifica i suoni di un fattore fino a 4000. Si tratta di un'enorme quantità di guadagno. Tanto, infatti, che è difficile quadrare con il pensiero convenzionale sull'amplificazione meccanica. Quindi c'è molto grattacapo tra i biologi su come l'orecchio raggiunga questa amplificazione.

Parte del puzzle è che l'amplificazione non è del tutto passiva. L'orecchio interno è essenzialmente un tubo pieno di liquido, diviso lungo la sua lunghezza da una sottile membrana elastica. Questa membrana è ricoperta di cellule ciliate, che sono di due tipi.

Le cosiddette cellule ciliate interne convertono le onde di pressione all'interno del fluido in segnali elettrici che il cervello può interpretare. Tuttavia, le cellule ciliate esterne agiscono come amplificatori meccanici. Quando vengono colpite da un'onda di pressione, le cellule stesse iniziano a vibrare alla stessa frequenza, aumentando così l'onda al suo passaggio.

Il problema è che le misurazioni che utilizzano le cellule ciliate esterne indicano che amplificano le onde di pressione di un fattore di circa 10, un guadagno che è molto al di sotto di quanto richiesto.

Oggi, tuttavia, Tobias Reichenbach e James Hudspeth della Rockefeller University di New York affermano di aver capito cos'altro sta succedendo per aumentare il segnale.

Il suono entra nell'orecchio interno come un'onda di pressione che viaggia attraverso la camera piena di fluido, facendo vibrare la membrana che lo divide per tutta la sua lunghezza, come un foglio di gomma. Poiché le cellule ciliate siedono su questa membrana, si muovono anche loro.

Reichenbach e Hudspeth calcolano che la vibrazione delle cellule ciliate esterne non solo amplifica l'onda di pressione, ma aumenta anche lo spostamento della membrana, come un bambino che rimbalza su un trampolino.

Quando questi effetti si combinano, si traducono in un effetto di feedback positivo, che crea un enorme guadagno. Questo spiega facilmente l'amplificazione 4000x. In effetti, il team afferma che il guadagno può essere anche maggiore: il guadagno cocleare complessivo, il prodotto di questi due componenti, può superare i 10.000, affermano Reichenbach e Hudspeth.

Tutto ciò che resta è che gli sperimentali escogitano un modo per dimostrare che questo è in realtà il processo che ottiene il guadagno, certamente non il compito più facile. Ma uno che potrebbe presto portare a risolvere questo enigma una volta per tutte.

Rif: arxiv.org/abs/1009.2034 : Doppio contributo all'amplificazione nell'orecchio interno dei mammiferi

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