Ученые создали 3D-карту внутреннего уха человека

Исследователи из Уппсальского университета в Швеции создали первую трехмерную карту слухового нерва, показывающую, где фиксируются различные звуковые частоты. Используя так называемую синхротронную рентгеновскую визуализацию, они смогли проследить тонкие нервные нити и вибрирующий слуховой орган, ушную улитку, и точно выяснить, как распределяются частоты входящего звука.

Звуковые волны имеют разные частоты – то есть количество колебаний, которые они производят каждую секунду, варьируется в зависимости от того, является ли это высокий звук, который вызывает больше вибраций в секунду, или низкий, что приводит к меньшему количеству. Человеческое ухо может воспринимать частоты от 20 до 20 000 Гц.

Когда звуковые волны захватываются улиткой внутреннего уха, волокнистая соединительная ткань и сенсорные клетки разделяют различные частоты. Высокочастотные звуки достигают чувствительных к звуку волосковых клеток в нижней части улитки, а низкочастотные звуки соответствующим образом поглощаются в верхних частях улитки. Теперь исследователи изучили детали этого процесса почти до клеточного уровня. Для этого они использовали синхротронное рентгеновское излучение, передовую и мощную форму томографической визуализации. Поскольку излучение слишком сильное, чтобы его можно было использовать на живых людях, ученые исследовали уши умерших людей. Это исследование позволило определить расположение различных частот в кохлеарном нерве и создать трехмерную карту тонотопических частот.

"Этот вид карты сравним с фортепиано, где клавиши аналогичны всем частотам с одинаковым кодированием. В отличие от фортепиано, которое имеет 88 клавиш, у нас есть около 3400 внутренних слуховых волосковых клеток, каждая из которых кодирует различные частоты. Волосковые клетки прикреплены к базилярной мембране длиной 34 миллиметра, а также настраиваются 12000 внешних волосковых клеток, так что мы можем слышать каждый уровень громкости. Эта информация передается в мозг через 30 000 точно настроенных волокон в нашем слуховом нерве", – объясняет Хельге Раск-Андерсен.

Слуховые проходы и нервы человека не совсем однородны по внешнему виду. Поэтому исследователи считают, что новые знания могут оказаться чрезвычайно важными для людей, которым из-за серьезных нарушений слуха вставлены кохлеарные имплантаты – слуховые аппараты, в которых один компонент помещается в улитку, чтобы обеспечить прямую электрическую стимуляцию слухового нерва, а другой компонент прикрепляется к внешней стороне черепа.

Отображение того, как именно выглядит улитка пациента, позволяет лучше индивидуализировать технологию и стимулировать каждую область с правильной частотой.

Исследование является результатом сотрудничества Уппсальского университета, канадских исследователей из Западного университета и Университета Саскачевана, а также Canadian Light Source Inc.