Физики из Йельского университета выявили ранее неизвестный набор режимов человеческого слуха, которые ограничивают способность уха усиливать слабые звуки, выдерживать громкие и различать широкий диапазон частот. Результаты исследования были опубликованы в журнале PRX Life.

Используя существующие математические модели и анализируя структуру улитки — спиралевидного органа во внутреннем ухе — ученые обнаружили новый уровень сложности в процессе восприятия звуков. Эти данные предлагают новый взгляд на удивительную точность и способности человеческого слуха.

«Мы хотели понять, как ухо может усиливать слабые звуки, не становясь нестабильным и не реагируя на звуки, которых нет. Однако, изучая процесс, мы наткнулись на неожиданный набор низкочастотных механических режимов, поддерживаемых улиткой», — отметили ученые.

Ученые объяснили, что звук, попадая в улитку, преобразуется в электрические сигналы. Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне частот, который охватывает более трех порядков и более триллиона изменений мощности. Когда звуковые волны входят в улитку, они становятся поверхностными волнами, распространяющимися вдоль базилярной мембраны, которая покрыта волосковыми клетками.

«Каждый чистый тон вызывает реакцию в определенной точке этой спиральной структуры. Волосковые клетки в ответ на это отправляют сигнал в мозг», — пояснил Ашиш Моми, соавтор исследования.

Волосковые клетки выполняют также функцию механических усилителей, перекачивая энергию в звуковые волны, что помогает компенсировать трение и достигать более точного восприятия звуков. Однако эти процессы подчиняются строгим ограничениям.

До сих пор был известен лишь один режим работы слуха, однако команда ученых обнаружила второй, более сложный набор. В этих новых режимах большая часть базилярной мембраны реагирует одновременно, что ограничивает действия волосковых клеток в ответ на звук.

«Наши результаты открывают новые возможности для исследования низкочастотного слуха, который продолжает оставаться малоизученной областью», — добавила соавтор исследования Изабелла Граф.