El oído humano como los de otros mamíferos, es tan extraordinariamente sensible que puede detectar vibraciones del tímpano inducidas por ondas sonoras que se mueven menos que el ancho de un átomo. Ahora, Los investigadores del MIT han descubierto nuevos e importantes detalles sobre cómo el oído logra esta asombrosa capacidad para captar sonidos débiles.

Los nuevos hallazgos ayudan a explicar cómo nuestros oídos pueden detectar vibraciones un millón de veces menos intensas que las que podemos detectar a través del sentido del tacto. por ejemplo. Los resultados aparecen en la revista Cartas de revisión física , en un artículo del científico visitante y autor principal Jonathan Sellon, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal Dennis Freeman, la científica visitante Roozbeh Ghaffari, y miembros del grupo Grodzinsky del MIT.

Tanto la sensibilidad del oído como su selectividad (su capacidad para distinguir diferentes frecuencias de sonido) dependen fundamentalmente del comportamiento de una minúscula estructura gelatinosa en el oído interno llamada membrana tectorial. que Freeman y sus alumnos han estado estudiando durante más de una década. Ahora, han descubierto que la forma en que la membrana de gel le da a nuestro oído su sensibilidad extrema tiene que ver con el tamaño, rigidez, y distribución de poros a nanoescala en esa membrana, y la forma en que esos nanoporos controlan el movimiento del agua dentro del gel.

La membrana tectorial se encuentra sobre los diminutos pelos que recubren el oído interno, o cóclea. Estos receptores sensoriales están dispuestos en mechones que son sensibles a diferentes frecuencias de sonido, en una progresión a lo largo de la estructura fuertemente rizada. El hecho de que las puntas de esos pelos estén incrustadas en la membrana tectorial significa que su comportamiento afecta fuertemente la forma en que esos pelos responden al sonido.

"Mecánicamente, es gelatina, "Freeman dice, describiendo la diminuta membrana tectorial, que es más delgado que un cabello. Aunque es esencialmente una estructura saturada similar a una esponja hecha principalmente de agua, "si lo aprietas lo más fuerte que puedas, no puedes sacar el agua. Se mantiene unido por fuerzas electrostáticas, ", explica. Pero aunque hay muchos materiales a base de gel en el cuerpo, incluyendo cartílago, elastina y tendones, la membrana tectorial se desarrolla a partir de un conjunto diferente de instrucciones genéticas.

El propósito de la estructura fue inicialmente un rompecabezas. "¿Porqué querrías eso?" Sellon dice. Sentado justo encima de la sensible estructura de captación de sonido, "es el tipo de cosas que amortigua la mayoría de los micrófonos, ", dice." Sin embargo, es esencial para escuchar, "y cualquier defecto en su estructura causado por variaciones genéticas puede degradar significativamente la audición de una persona.

Después de pruebas detalladas de la estructura microscópica, el equipo descubrió que el tamaño y la disposición de los poros dentro de él, y la forma en que esas propiedades afectan la forma en que el agua dentro del gel se mueve hacia adelante y hacia atrás entre los poros en respuesta a la vibración, hace que la respuesta de todo el sistema sea altamente selectiva. Tanto los tonos más altos como los más bajos que llegan al oído se ven menos afectados por la amplificación proporcionada por la membrana tectorial. mientras que las frecuencias medias se amplifican con más fuerza.

"Está ajustado a la perfección para obtener la señal que necesita, Sellon dice:para amplificar los sonidos más útiles.

El equipo descubrió que la estructura de la membrana tectorial "parecía un sólido pero se comportaba como un líquido, "Dice Freeman, lo cual tiene sentido ya que está compuesto principalmente de líquido. Lo que estamos encontrando es que la membrana tectorial es menos sólida de lo que pensamos". El hallazgo clave, que dice que el equipo no había anticipado, fue que "para las frecuencias medias, la estructura se mueve como un líquido, pero para altas y bajas frecuencias, sólo se comporta como un sólido ".

En general, Los investigadores esperan que una mejor comprensión de estos mecanismos pueda ayudar a idear formas de contrarrestar varios tipos de discapacidad auditiva, ya sea a través de ayudas mecánicas, como implantes cocleares mejorados, o intervenciones médicas como medicamentos que pueden alterar los nanoporos o las propiedades del fluido en la membrana tectorial. "Si el tamaño de los poros es importante para el funcionamiento de la audición, hay cosas que podrías hacer, "Dice Freeman.

"Este es un trabajo realmente maravilloso, "dice John S. Oghalai, un profesor y presidente

del departamento de otorrinolaringología de la Universidad del Sur de California, que no estuvo asociado con la investigación. "La naturaleza mecánica de las estructuras a nanoescala del oído interno es extremadamente difícil de estudiar pero de vital importancia para la audición. En este estudio, los autores muestran que las proteínas dentro de la membrana tectorial y el fluido intercalado entre ellas están "sintonizadas". Esto finalmente puede explicar cómo se estimula cada célula pilosa en su frecuencia correcta ".

Oghalai agrega:"esta investigación es de la más alta calidad. No solo se realizaron experimentos exquisitos, los datos fueron modelados matemáticamente para desarrollar una comprensión profunda de sus implicaciones. "Una cosa que queda por hacer, él dice, es que dado que estas pruebas se realizaron en tejido extirpado, "Queda por ver si estos hallazgos son relevantes en el oído interno normal de los animales vivos".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.