Scoperte nuove ‘funzionalità’ dell’orecchio: svolta nella comprensione dell’udito a bassa frequenza. Un team di fisici della Yale University ha scoperto nuove ‘funzionalità’ dell’orecchio. Si tratta di un nuovo insieme di modalità meccaniche all’interno della coclea, l’organo dell’orecchio interno responsabile della conversione del suono in segnali elettrici per il cervello.
Questa scoperta, pubblicata sulla rivista PRX Life, potrebbe rivoluzionare la comprensione dell’udito a bassa frequenza e ridefinire i meccanismi della percezione uditiva umana. La coclea ha la capacità di percepire suoni con estrema precisione su una gamma di frequenze che copre tre ordini di grandezza e una potenza di oltre un trilione di volte. Il suono genera onde lungo la membrana basilare, una struttura chiave nella trasmissione delle vibrazioni.
Affinché l’orecchio possa captare suoni deboli, l’energia dissipata deve essere compensata da processi attivi delle cellule ciliate. Queste cellule hanno una doppia funzione: identificano le frequenze sonore e agiscono come amplificatori meccanici, riducendo l’attrito per migliorare la propagazione delle onde sonore.
Finora si conosceva solo un insieme di modalità uditive ritenute responsabili della trasmissione e dell’amplificazione del suono. Tuttavia, il team di Yale ha individuato nuove funzionalità dell’orecchio, ovvero un secondo insieme di modalità meccaniche con caratteristiche diverse,. Secondo i ricercatori, la membrana basilare supporta due tipi di modalità uditive: le modalità localizzate e le modalità estese collettive.
Le funzioni
Le prime si attivano in punti specifici della membrana e sono ampiamente indipendenti tra loro, consentendo un’amplificazione autonoma tramite un meccanismo di feedback. Le modalità estese collettive, invece, coinvolgono una porzione più ampia della membrana e impongono restrizioni alla risposta delle cellule ciliate agli stimoli, regolando l’energia nel sistema uditivo.
Questa scoperta solleva nuovi interrogativi sul funzionamento dell’orecchio interno. Benjamin Machta, professore associato di fisica a Yale, ha spiegato che l’obiettivo iniziale della ricerca era capire come l’orecchio possa rilevare suoni deboli senza diventare instabile e rispondere anche in assenza di stimoli sonori.
Tuttavia, approfondendo lo studio, il team ha identificato queste nuove modalità meccaniche a bassa frequenza, il cui ruolo nella percezione uditiva non era stato precedentemente considerato. Isabella Graf, coautrice dello studio, ha sottolineato che questa scoperta potrebbe migliorare la comprensione dell’udito a bassa frequenza, un ambito ancora poco esplorato.
Applicati modelli matematici avanzati
Il team ha applicato modelli matematici avanzati a una rappresentazione generica della coclea per studiare la dinamica della membrana basilare. I risultati hanno mostrato che le modalità localizzate possono essere amplificate indipendentemente, mentre le modalità estese collettive richiedono un equilibrio preciso per evitare instabilità.
Le modalità localizzate raggiungono il loro massimo nella posizione di risonanza e possono essere amplificate singolarmente dalle cellule ciliate attraverso un meccanismo di feedback simile alla criticità auto-organizzata. Tuttavia, questa amplificazione potrebbe destabilizzare le modalità estese collettive, limitando i meccanismi molecolari del feedback attivo.
Questa ricerca non solo approfondisce la comprensione della biologia dell’udito umano, ma potrebbe anche contribuire allo sviluppo di nuove tecnologie uditive e trattamenti per i disturbi dell’udito. Il team di Yale ha già studiato altri sistemi biologici, come la sensibilità delle vipere alla temperatura e le interazioni delle fasi della materia nelle membrane cellulari.
La ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health, dal Simons Investigator Award e dalla German Research Foundation. La scoperta di queste modalità meccaniche nascoste rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione dell’udito umano e nelle sue applicazioni future nella scienza e nella tecnologia dell’udito.
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