物理学家们已经识别出人耳中一组复杂、之前未被认识的“模式”，这些模式影响着人耳如何放大微弱声音、承受大声噪音以及识别多种声音频率。通过在听小管的基本表现上应用已建立的数学模型，研究人员揭示了耳蜗机械结构中的额外复杂性。这项研究为人类听力的惊人能力和精确性提供了新的视角。
耶鲁大学的物理学家们已识别出人耳中一组复杂、之前未被认识的“模式”，这些模式影响着人耳如何放大微弱声音、承受大声噪音，以及识别多种声音频率。
通过将已建立的数学模型应用于耳蜗的基本表现——耳内的螺旋形结构，研究人员揭示了耳蜗内的另一层复杂性。这项研究为人类听力的非凡能力和精确性提供了新的洞见。
耶鲁大学物理学助理教授、近期在期刊PRX Life上发表的一项研究的共同资深作者本杰明·马赫塔解释说：“我们的目标是理解耳朵如何调节以探测微弱的声音，同时在没有外部噪音的情况下保持稳定并作出反应。在研究过程中，我们意外地发现耳蜗可能拥有的一组新的低频机械模式。”
在人体中，声音在耳蜗中转化为电信号，使得各种频率的声音得以被检测，且功率的差异超过一万亿倍，小至微小的空气震动。
当声波进入耳蜗时，它们转变为沿着毛细胞排列的基底膜传播的表面波。
耶鲁大学物理学研究生及该研究的首位作者阿希什·莫米表示：“每个纯音在这个螺旋器官的特定点共鸣。这个位置的毛细胞随后将你所听到的音调传递给大脑。”
此外，这些毛细胞作为机械放大器向声波注入能量，以克服摩擦并确保声音到达其预定目的地。根据研究人员的说法，提供正确的能量并进行持续的调整对于准确听力至关重要。
然而，这仅仅代表耳蜗内已知的听觉模式之一；耶鲁大学的研究人员发现了一组附加的、更广泛的模式。
在这些扩展模式中，基底膜的一个重要部分即使在只有单一音调的情况下也会同步反应和运动。这种集体运动会影响毛细胞对 incoming sounds 的反应，并影响它们注入基底膜的能量。
伊莎贝拉·格拉夫曾是耶鲁大学的博士后研究员，目前在德国海德堡的欧洲分子生物实验室工作，她指出：“鉴于这些新发现的模式显示低频，我们认为我们的结果可能增强对低频听力的理解，这仍然是一个积极的研究领域。”
格拉夫和马赫塔在过去几年中在多个研究项目上合作，应用数学模型和统计物理概念来加深对生物系统的理解，包括蝮蛇对温度变化的敏感性以及细胞膜中不同物相之间的相互作用。
来自耶鲁的迈克尔·阿博特和来自哈佛的朱利安·鲁宾费因是本研究的共同作者。马赫塔、莫米和阿博特均隶属于耶鲁大学的定量生物学研究所。
该研究得到了美国国立卫生研究院、西蒙斯研究员奖和德国研究基金会的资助。
