De puzzel van geluidsversterking in het binnenoor

Een van de buitengewone kenmerken van het geluidsdetectiesysteem voor zoogdieren is het bereik waarover het werkt. Dit loopt van 11 KHz bij vogels tot 200 KHz bij zeezoogdieren.

Dit is alleen mogelijk omdat het binnenoor geluiden versterkt met een factor tot 4000. Dat is een enorme winst. Zoveel zelfs dat het moeilijk te rijmen is met het conventionele denken over mechanische versterking. Er is dus veel hoofdbrekens onder biologen over hoe het oor deze versterking bereikt.

Een deel van de puzzel is dat de versterking niet geheel passief is. Het binnenoor is in wezen een met vloeistof gevulde buis, over de lengte verdeeld door een dun elastisch membraan. Dit membraan is bedekt met haarcellen, die in twee soorten voorkomen.

De zogenaamde binnenste haarcellen zetten drukgolven in de vloeistof om in elektrische signalen die de hersenen kunnen interpreteren. De buitenste haarcellen werken echter als mechanische versterkers. Wanneer ze worden geraakt door een drukgolf, beginnen de cellen zelf met dezelfde frequentie te trillen, waardoor de golf tijdens het passeren wordt versterkt.

Het probleem is dat metingen met behulp van buitenste haarcellen aangeven dat ze drukgolven met een factor van ongeveer 10 versterken, een winst die ver achterblijft bij wat nodig is.

Vandaag zeggen Tobias Reichenbach en James Hudspeth van de Rockefeller University in de stad New York echter dat ze hebben uitgezocht wat er nog meer aan de hand is om het signaal te versterken.

Geluid komt het binnenoor binnen als een drukgolf die door de met vloeistof gevulde kamer reist, waardoor het membraan dat het over zijn lengte verdeelt, gaat trillen, als een stuk rubber. Omdat de haarcellen op dit membraan zitten, bewegen ze ook.

Reichenbach en Hudspeth berekenen dat de trilling van de buitenste haarcellen niet alleen de drukgolf versterkt, maar ook de verplaatsing van het membraan vergroot, zoals een kind dat op een trampoline stuitert.

Wanneer deze effecten worden gecombineerd, resulteren ze in een positief feedback-effect, wat een enorme winst oplevert. Dit verklaart gemakkelijk de 4000x versterking. Het team zegt zelfs dat de winst zelfs nog groter kan zijn: de totale cochleaire winst, het product van deze twee componenten, kan meer dan 10.000 bedragen, zeggen Reichenbach en Hudspeth.

Het enige dat overblijft, is dat de experimentatoren een manier bedenken om aan te tonen dat dit het proces is dat de winst behaalt, weliswaar niet de gemakkelijkste taak. Maar een die er binnenkort toe zou kunnen leiden dat dit raadsel voor eens en voor altijd wordt opgelost.

Referentie: arxiv.org/abs/1009.2034 : Dubbele bijdrage aan versterking in het binnenoor van zoogdieren

zich verstoppen