Puslespillet om lydforstærkning i det indre øre

En af de ekstraordinære egenskaber ved pattedyrslyddetektionssystemet er den rækkevidde, som det fungerer over. Dette strækker sig fra 11 KHz hos fugle til 200 KHz hos havpattedyr.

Dette er kun muligt, fordi det indre øre forstærker lyde med en faktor på op til 4000. Det er en enorm gevinst. Faktisk så meget, at det er svært at sætte sig ind i konventionel tankegang om mekanisk forstærkning. Så der er meget hovedskraber blandt biologer over, hvordan øret opnår denne forstærkning.

En del af puslespillet er, at forstærkningen ikke er helt passiv. Det indre øre er i det væsentlige et væskefyldt rør, opdelt langs dets længde af en tynd elastisk membran. Denne membran er dækket af hårceller, som findes i to typer.

De såkaldte indre hårceller omdanner trykbølger i væsken til elektriske signaler, som hjernen kan fortolke. De ydre hårceller fungerer dog som mekaniske forstærkere. Når de rammes af en trykbølge, begynder cellerne selv at vibrere med samme frekvens, hvorved bølgen forstærkes, når den passerer.

Problemet er, at målinger ved hjælp af ydre hårceller indikerer, at de forstærker trykbølger med en faktor på omkring 10, en forstærkning, der ligger langt under, hvad der kræves.

I dag siger Tobias Reichenbach og James Hudspeth ved Rockefeller University i New York by, at de har fundet ud af, hvad der ellers foregår for at styrke signalet.

Lyd kommer ind i det indre øre som en trykbølge, der bevæger sig gennem det væskefyldte kammer, hvilket får membranen, der deler det langs dens længde, til at vibrere, som en plade af gummi. Da hårcellerne sidder på denne membran, bevæger de sig også.

Reichenbach og Hudspeth beregner, at de ydre hårcellers vibrationer ikke kun forstærker trykbølgen, men også øger membranens forskydning, som et barn, der hopper på en trampolin.

Når disse effekter kombineres, resulterer de i en positiv feedback-effekt, som skaber en enorm gevinst. Dette forklarer let 4000x forstærkningen. Faktisk siger holdet, at gevinsten kan være endnu større: Den samlede cochleære gevinst, produktet af disse to komponenter, kan overstige 10.000, siger Reichenbach og Hudspeth.

Tilbage er blot, at eksperimentalisterne udtænker en måde at vise, at det faktisk er den proces, der opnår gevinsten, ganske vist ikke den nemmeste opgave. Men en, der snart kan føre til, at denne gåde bliver afgjort én gang for alle.

Ref: arxiv.org/abs/1009.2034 : Dobbelt bidrag til amplifikation i pattedyrets indre øre

skjule