Исследование учёных из Пекинского университета (КНР) показывает, что долгое время остававшаяся загадочной спиралевидная форма улитки внутреннего уха всё же имеет практический смысл. Согласно проведённому моделированию, именно в закрученной улитке звук распространяется с вариациями в зависимости от высоты его источника.
Улитка — это заполненный жидкостью перепончатый канал, образующий два с половиной витка спирали; внутри она делится на три параллельных канала. Это отвечающая за слух частьперепончатого лабиринта, однако длительное время смысл её спиралевидной формы оставался загадкой. Многократно отражаясь от стенок в извилистом канале, звук гасится, и теоретически такая форма слегка ухудшает слух человека.
В 1980-е в попытке объяснить странную форму улитки внутреннего уха учёные предполагали, что закручена она для экономии места внутри черепа. На что тут же был приведён контраргумент: а зачем улитка вообще должна быть длинной? Тем более что многие животные с очень хорошим слухом имеют гораздо меньшую длину улитки.
В зависимости от угла, под которым находится источник звука выше или ниже уха, интенсивность его восприятия спиралевидной улиткой резко меняется, а будь она прямой, таких колебаний не могло бы быть. (Иллюстрация Xun Huang et al. / EPLA.)
Исследование китайских учёных демонстрирует, что проблемой при предшествующем моделировании улитки было то, что для упрощения вычислений её форму «развёртывали» в прямую, поскольку, как показывали предварительные расчёты, прямая и спиралевидная улитки имеют очень близкую амплитуду механических колебаний, которые являются результатом вибраций, порождённых входящим звуком.
Предыдущие работы приходили к неверным выводам, ибо сосредоточивались на «низкоуровневой», механической реакции улитки на звук. Исследователи обратили внимание на то, что человеческие уши позволяют носителю понять, откуда идёт звук — слева, справа, сверху или снизу. И это очень странно. Ясно, что, когда звук идёт в горизонтальной плоскости, он сначала поступает к одному уху, а затем — к другому. Временной разрыв позволяет выявить сторону, с которой пришёл звук.
Но как быть с идентификацией источника звука в смысле верха-низа? Уши находятся в одной плоскости, и звук прямо сверху или прямо снизу должен быть одинаков. Считается, что эту проблему решают козелок, противокозелок и ушная раковина млекопитающих. Однако проведённые эксперименты с летучей мышью Eptesicus fuscus показали, что сей механизм сомнителен. После удаления у животного козелка (у летучих мышей он развит более, чем у кого бы то ни было) оно сначала снизило свою способность к вертикальной локализации источника звука, но вскоре вновь преспокойно понимало, откуда он исходит — снизу или сверху (и даже с какой высоты), как будто козелок был на месте.
Способность большой коричневой летучей мыши определять расположение источника звука по высоте не зависит от наличия козелка. (Фото William Conner and Nickolay Hristov / Wake Forest University.)
Но как? По мнению китайских исследователей, улитка использует технику, сходную с применяемой вфазированных антенных решётках (ФАР) и позволяющую уловить направление приходящего сигнала. В модели тысячи волосковых сенсорных клеток внутреннего уха внутри 3,5-сантиметровой улитки расценивались как массив датчиков в ФАР. Затем рассматривалось, как этот массив воспринимает звуковое давление в прямой (теоретической) и спиральной (человеческой) улитке.
Оказалось, что диаграммы направленности в прямом и спиральном варианте улитки формируются разные. В прямой улитке вертикальное звуковое давление распространялось свободно, а в спиралевидной на каждом витке ослабевало и давало резко различающиеся величины, что должно обеспечивать довольно эффективную вертикальную локализацию источника звука.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Europhysics Letters, могут быть полезны при проектировании имплантатов уха, пока далёких по эффективности от естественных человеческих ушей, а также для систем эхолокации, анализом перспективных схем которых первоначально и занимались китайские учёные.
Подготовлено по материалам Phys.Org.
Улитка — это заполненный жидкостью перепончатый канал, образующий два с половиной витка спирали; внутри она делится на три параллельных канала. Это отвечающая за слух частьперепончатого лабиринта, однако длительное время смысл её спиралевидной формы оставался загадкой. Многократно отражаясь от стенок в извилистом канале, звук гасится, и теоретически такая форма слегка ухудшает слух человека.
В 1980-е в попытке объяснить странную форму улитки внутреннего уха учёные предполагали, что закручена она для экономии места внутри черепа. На что тут же был приведён контраргумент: а зачем улитка вообще должна быть длинной? Тем более что многие животные с очень хорошим слухом имеют гораздо меньшую длину улитки.
В зависимости от угла, под которым находится источник звука выше или ниже уха, интенсивность его восприятия спиралевидной улиткой резко меняется, а будь она прямой, таких колебаний не могло бы быть. (Иллюстрация Xun Huang et al. / EPLA.)
Исследование китайских учёных демонстрирует, что проблемой при предшествующем моделировании улитки было то, что для упрощения вычислений её форму «развёртывали» в прямую, поскольку, как показывали предварительные расчёты, прямая и спиралевидная улитки имеют очень близкую амплитуду механических колебаний, которые являются результатом вибраций, порождённых входящим звуком.
Предыдущие работы приходили к неверным выводам, ибо сосредоточивались на «низкоуровневой», механической реакции улитки на звук. Исследователи обратили внимание на то, что человеческие уши позволяют носителю понять, откуда идёт звук — слева, справа, сверху или снизу. И это очень странно. Ясно, что, когда звук идёт в горизонтальной плоскости, он сначала поступает к одному уху, а затем — к другому. Временной разрыв позволяет выявить сторону, с которой пришёл звук.
Но как быть с идентификацией источника звука в смысле верха-низа? Уши находятся в одной плоскости, и звук прямо сверху или прямо снизу должен быть одинаков. Считается, что эту проблему решают козелок, противокозелок и ушная раковина млекопитающих. Однако проведённые эксперименты с летучей мышью Eptesicus fuscus показали, что сей механизм сомнителен. После удаления у животного козелка (у летучих мышей он развит более, чем у кого бы то ни было) оно сначала снизило свою способность к вертикальной локализации источника звука, но вскоре вновь преспокойно понимало, откуда он исходит — снизу или сверху (и даже с какой высоты), как будто козелок был на месте.
Способность большой коричневой летучей мыши определять расположение источника звука по высоте не зависит от наличия козелка. (Фото William Conner and Nickolay Hristov / Wake Forest University.)
Но как? По мнению китайских исследователей, улитка использует технику, сходную с применяемой вфазированных антенных решётках (ФАР) и позволяющую уловить направление приходящего сигнала. В модели тысячи волосковых сенсорных клеток внутреннего уха внутри 3,5-сантиметровой улитки расценивались как массив датчиков в ФАР. Затем рассматривалось, как этот массив воспринимает звуковое давление в прямой (теоретической) и спиральной (человеческой) улитке.
Оказалось, что диаграммы направленности в прямом и спиральном варианте улитки формируются разные. В прямой улитке вертикальное звуковое давление распространялось свободно, а в спиралевидной на каждом витке ослабевало и давало резко различающиеся величины, что должно обеспечивать довольно эффективную вертикальную локализацию источника звука.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Europhysics Letters, могут быть полезны при проектировании имплантатов уха, пока далёких по эффективности от естественных человеческих ушей, а также для систем эхолокации, анализом перспективных схем которых первоначально и занимались китайские учёные.
Подготовлено по материалам Phys.Org.
0 комментариев:
Комментариев нет.