Incluso en una habitación llena de ruido de fondo, el oído humano es notablemente hábil para sintonizar una sola voz, una hazaña que ha resultado muy difícil de igualar para las computadoras. Un nuevo análisis de los mecanismos subyacentes, realizado por investigadores del MIT, ha proporcionado información que, en última instancia, podría conducir a una mejor audición de la máquina, y quizás también a mejores audífonos.

La selectividad de nuestros oídos, resulta, surge del ajuste preciso de la evolución de una pequeña membrana, dentro del oído interno, llamada membrana tectorial. La viscosidad de esta membrana, su firmeza, o falta de ella, depende del tamaño y la distribución de los poros diminutos, sólo unas pocas decenas de nanómetros de ancho. Esta, Sucesivamente, proporciona un filtrado mecánico que ayuda a clasificar sonidos específicos.

Los nuevos hallazgos se informan en el Revista biofísica por un equipo dirigido por el estudiante graduado del MIT Jonathan Sellon, e incluyendo al científico investigador Roozbeh Ghaffari, ex estudiante de posgrado Shirin Farrahi, y el profesor de ingeniería eléctrica Dennis Freeman. El equipo colaboró ​​con el biólogo Guy Richardson de la Universidad de Sussex.

Comprensión esquiva

Al discriminar entre sonidos en competencia, el oído humano es "extraordinario en comparación con las tecnologías convencionales de reconocimiento de voz y sonido, "Dice Freeman. Las razones exactas siguen siendo esquivas, pero la importancia de la membrana tectorial, ubicado dentro de la cóclea, o oído interno, ha quedado claro en los últimos años, en gran parte gracias al trabajo de Freeman y sus colegas. Ahora parece que una suposición errónea contribuyó a la dificultad de larga data para comprender la importancia de esta membrana.

Gran parte de nuestra capacidad para diferenciar los sonidos se basa en la frecuencia, Freeman dice, por lo que los investigadores habían "asumido que cuanto mejor pudiéramos resolver la frecuencia, mejor podríamos oír. "Pero esta suposición no siempre es cierta.

De hecho, Freeman y sus coautores descubrieron anteriormente que las membranas tectoriales con cierto defecto genético son en realidad muy sensibles a las variaciones de frecuencia, y el resultado es una audición peor. no mejor.

El equipo del MIT encontró "una compensación fundamental entre lo bien que se pueden resolver las diferentes frecuencias y el tiempo que se tarda en hacerlo, Freeman explica. Eso hace que la discriminación de frecuencia más fina sea demasiado lenta para ser útil en la selectividad de sonido del mundo real.

Demasiado rápido para las neuronas

Trabajos anteriores de Freeman y sus colegas han demostrado que la membrana tectorial juega un papel fundamental en la discriminación del sonido al transportar ondas que estimulan un tipo particular de receptor sensorial. Este proceso es esencial para descifrar los sonidos en competencia, pero tiene lugar demasiado rápido para que los procesos neuronales sigan el ritmo. Naturaleza , a lo largo de la evolución, parece haber producido un sistema electromecánico muy eficaz, Freeman dice:que puede seguir el ritmo de estas ondas sonoras.

El nuevo trabajo explica cómo la estructura de la membrana determina qué tan bien filtra el sonido. El equipo estudió dos variantes genéticas que hacen que los nanoporos dentro de la membrana tectorial sean más pequeños o más grandes de lo normal. El tamaño de los poros afecta la viscosidad de la membrana y su sensibilidad a diferentes frecuencias.

La membrana tectorial es esponjosa, plagado de poros diminutos. Al estudiar cómo varía su viscosidad con el tamaño de los poros, el equipo pudo determinar que el tamaño de poro típico observado en ratones (alrededor de 40 nanómetros de diámetro) representa un tamaño óptimo para combinar la discriminación de frecuencia con la sensibilidad general. Los poros que son más grandes o más pequeños afectan la audición.

"Realmente cambia la forma en que pensamos sobre esta estructura, "Dice Ghaffari. Los nuevos hallazgos muestran que la viscosidad del fluido y los poros son realmente esenciales para su desempeño. Cambiar los tamaños de los nanoporos de la membrana tectorial, mediante manipulación bioquímica u otros medios, puede proporcionar formas únicas de alterar la sensibilidad auditiva y la discriminación de frecuencia.

William Brownell, profesor de otorrinolaringología en Baylor College of Medicine, dice, "Este es el primer estudio que sugiere que la porosidad puede afectar la sintonía coclear". Este trabajo, él añade, "podría proporcionar información" sobre el desarrollo de problemas específicos de audición.

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.