Physiker entdecken Sie Geheimnisse der Anhörung Seufzer und flüstert

(ISNS) – Wissenschaftler nicht verstehen, wie wir erkennen, dass leise Töne, weil sie durch die Hintergrundgeräusche übertönt werden sollte, die das Ohr selbst produziert. Nun haben aber Forscher an der UCLA produziert hinweisen, um den Prozess, die ermöglicht es uns, eine Stecknadel fallen, oder verstehen, flüsterte Kommentar hören. Sie haben also mit Haarzellen entnommen Ochsenfrösche, die sie in Laborglas untersucht.

Die UCLA-Team verwendet ein optisches Mikroskop und einer Highspeed-Kamera um zu erkennen, wie die Beziehung zwischen Signale von leisen Klängen und bündelt die Frösche Ohr Haare unterscheidet sich zwischen Signalen aus lauter klingt und die Haar-Bundles.

Forscher auf diesem Gebiet wusste schon, dass die Haarzellen mit starker Tonsignale zu synchronisieren. Sie schwingen in Phase mit der eingehenden Sounds; Je lauter der Ton, desto größer der Grad der Synchronisation.

Aber bei dem leisesten Töne, die UCLA-Team gefunden, die Zellen zeitweise verlieren Sie und dann wieder Synchronisation in einem Prozess namens "phase rutschen."

Es ist diese Zettel, die die Zellen, die leisen Geräusche durch die Umgebungsgeräusche zu erkennen ermöglichen.

"Wir zeigen, dass Phase rutscht auftreten,", sagte Dolores Bozovic, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der UCLA, die das Team geführt. "Überraschend war ihr zeitweise auftreten. "Das ist potenziell stärker als mit Synchronisation aller Zeiten."

Warum Durchführung das Team der Studie auf Ochsenfrösche Haarzellen anstatt derjenigen Menschen oder andere Säugetiere?

"Wir brauchen die Orgel um Zugriff auf die Sonden und präzise Messungen aber nicht beschädigen die feinere Maschinerie der Haarzellen selbst eröffnen", erklärte Bozovic. "Bullfrog Zellen sind sehr robuste Organe." Säugerzellen sind viel anfälliger."

Bei Menschen und anderen Säugetieren liegt das Sound-Prozessing-System in der Cochlea, die spiralförmige Hohlraum im Innenohr, das enthält die Haarzellen in Flüssigkeit getaucht. Tausende von winzigen Haarzellen im Ohr wandeln die Schwingungen der ankommenden Schallwellen in elektrische Signale, die das Gehirn verarbeitet.

Die Schallwellen konkurrieren mit anderen durch die Temperatur im Innenohr verursacht. "Bei Raumtemperatur,"thermische Jitter"bedeutet, dass die Haare Bündel Schwankungen in ihren Positionen vergleichbar mit denen von eingehenden Signale verursacht zeigen werden", sagte Bozovic.

Ochsenfrösche besitzen keine Cochlea. Stattdessen führt ein Organ namens der Sacculus der Cochlea Aufgaben, darunter die Haarzellen hosting.

Dennoch sind die Frösche Hörsysteme ähnlich denen der Säugetiere und nur sensibel auf leise Geräusche. Der Sacculus "eines der gemeinsamen Organe genutzt, um die Mechanik des Hörens zu untersuchen", sagte Bozovic.

Trotz ihrer Robustheit kann nicht Froschschenkel Haarzellen im Ohr untersucht werden. Aktuelle Techniken erlauben keine Wissenschaftler, sie dort mit der nötigen Präzision abzubilden.

So arbeitete die Bozovic-Gruppe, wie andere mit Bündeln von Haarzellen in einem Container, der einen leicht modifizierten Glas-Objektträger – technisch genannte in-vitro-ähnelt.

Weil sie das Haar mit den Fröschen entfernt hatte, konnte nicht das Team Töne verwenden, um sie zu stimulieren.

"Wir angewandt einen mechanischen Reiz mit flexiblen Glasfasern bis in die Spitzen der Haare Bundles angebracht," sagte Bozovic. Die Fasern wurden zu einer Maschine angebracht, die die notwendigen Schwingungen erstellt.

"" Wir die Haarzellen auf einem optischen Mikroskop abgebildet und ihre Bewegungen mit einer Highspeed-Kamera aufgenommen,"fügte sie hinzu.

Die Bilder zeigten, dass die Phase rutscht in der Nähe von einer Fläche von dynamischen Instabilität, genannt eine Gabelung Bifurkationen Punkte sind an denen ändert das Verhalten des Systems aufgetreten – in diesem Fall von den üblichen Synchronisation zwischen den Haarzellen und starke Sounds.

Das Team fand, dass das Auftreten von Phase rutscht die Stärke oder die Amplitude des Signals abhängig. "Die Rate der Phase rutscht als die Amplitude des Signals erhöht reduziert wird", sagte Bozovic.

Allerdings fand das Team keine definitive Reiz Niveau unterhalb dessen vollständige Synchronisierung zwischen Stimulus und Schwingungen der Haarzellen Phase rutscht weicht.

"Die Rate der Phase rutscht sinkt als die Amplitude des Signals erhöht, aber es gibt keinen Schwellenwert" Bozovic zur Kenntnis genommen.

Bozovic Team gehören Physikprofessor Robijn Bruinsma und Doktoranden Yuttana Roongthumskul und Roie Shlomovitz. Roongthumskul, der Großteil der detaillierten durchgeführt Studie, unter der Leitung des Berichts über die Forschung in der Zeitschrift Physical Review Letters.

"Das Papier ergänzt die umfangreiche Literatur zeigt, dass die Haarzellen, die sensorischen Rezeptoren im Innenohr, in der Nähe von einem oder mehreren dynamischen Bifurkationen zu betreiben, die bestimmte Eigenschaften auf das Gehör, verleihen", sagte A. James Hudspeth, Professor für Neurowissenschaften an der Rockefeller University in New York. Er fügte hinzu: "Ich Ruf der UCLA Gruppe hoch bewerten würde."

Die Ergebnisse der aktuellen Studie bieten Chancen für die weitere Forschung. "Wir suchen jetzt wie mehrere Zellen miteinander verbunden, die Signale zu reagieren", sagte Bozovic. "Wir bitten die Frage: Wie funktioniert die Synchronisation zwischen Zellen?"

Eine ehemalige Wissenschaftsredakteur der Newsweek, Peter Gwynne ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Sandwich, Massachusetts.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics.