我們出生后,有一類細胞就在不斷死去不再重生。它們就是對聽力很關鍵的毛細胞。 我們知道,太大的音量對耳朵有損傷。可是在搖和滾的時候,毛細胞會怎樣呢?看完以后,相信你將在一段時間里不敢開最大音量了。 外耳,中耳和內耳 我們的外耳負責采集環境的聲音,聲音沿著耳道向內發送,使鼓膜振動。在鼓膜后面,有一些精巧的生理結構,它們把聲音傳輸給內耳,內耳再傳輸給大腦。 耳膜后面的中耳有不少骨頭,它們在人出生之后不久就停止生長了,所以你的中耳內的骨頭大小和你嬰兒時期是一樣的。 其中一個骨頭是人體內最小的,叫做鐙骨,大概是一粒米這么大。鐙骨長在內耳的開口處,并向內耳傳輸振動。 鐙骨的大小 @wikipedia 在內耳里有一些神奇的結構。你看到的這個東西,是電子顯微鏡下的耳蝸,長得就像神奇海螺,它們能夠采集聲音。 把它放大,就會看到更有趣的東西。 這些一排排牙齒狀的細胞結構,就是采集聲音機械信號的終端——毛細胞的靜纖毛(準確來說是外毛細胞的靜纖毛)在電子顯微鏡下的照片。靜纖毛只有毫米的千分之一那么高,它們會感受聲音振動。 靜纖毛是怎么感受聲音的呢? 原來,毛細胞上方擦著耳蝸蓋膜。聲音傳來的時候,毛細胞的小毛就這樣被壓在耳蝸蓋膜上摩擦摩擦—— 毛細胞的靜纖毛摩擦耳蝸蓋膜時,獲得聲音的機械信號。 被摩擦久了以后,靜纖毛就被你的大音量蹂躪成了這樣子—— 這樣子—— 這種情況下,靜纖毛和它所屬的毛細胞其實已經沒有什么用了,再大的音量也聽不到聲音。你還敢不敢音量全開? 再來看看一類奇特的毛細胞。毛細胞分兩類,靠近耳蝸中心的一列叫做內毛細胞,遠離耳蝸中心的三排叫做外毛細胞。 內毛細胞(一字頭的一排)和外毛細胞(三角頭的三排) @DOI: 10.1053/j.nainr.2008.10.010 外毛細胞其實是一種信號放大器。由于一些頻率聲波的振幅比較小,在接收到信號時,毛細胞就會放大振幅,并向大腦發送電信號,讓一些很輕的頻率也能被聽到。通過外毛細胞的放大,人類聽力的音域就得到了擴張。 外毛細胞刷子狀的靜纖毛和下面的細胞本體 @BBC 但是你可能不知道,外毛細胞是靠跳舞放大信號的(內毛細胞不會跳舞),它們隨音樂搖擺時超級可愛。 來看看,倫敦大學學院的生物學教授 Jonathan Ashmore 和 BBC 拍攝的豚鼠的外毛細胞聽到 Rock around the clock 這首經典老歌的電信號后動感熱舞的畫面。
@BBC 話說回來,只有哺乳動物具有外毛細胞。而外毛細胞能跳舞,是一種馬達蛋白 PRESTIN 的作用。所有哺乳動物都是靠這種蛋白質放大聲音的。 遺憾的是,PRESTIN 蛋白質依賴氯離子通道起作用,而一種用來去除藻類和藤壺的有機殺蟲劑——三丁錫(Tributyltin)會干擾氯離子通道。它進入海洋后在食物鏈中累積,最終導致鯨和海豚等海洋哺乳動物聽力受損。 這么可愛的毛細胞,卻從我們(以及其他哺乳動物)出生后開始逐漸死去,因為哺乳動物沒有毛細胞再生的能力。 耳蝸基底的毛細胞負責高音,更早去逝;頂部的毛細胞負責低音。 其中,感受高頻聲波,也就是高音的細胞更早死。負責高音的毛細胞長在耳蝸的基底部,耳蝸頂部的毛細胞主要負責低音。這種結構叫做頻率拓撲(tonotopic organizaion)。 耳蝸不同部分的毛細胞感知的聲音頻率 不過我們以前也介紹過(點我查看),12歲以前的兒童的聽力實際上不如20-29歲這個年齡段的人,因為他們的耳道和神經系統還在發育。所以在12歲之前,人的聽力是越來越好的。這也是小孩子尖叫時不覺得自己吵的部分原理。 實際上,在12歲左右,擴增高音的毛細胞的死亡數量,和耳道以及神經系統的發育的匹配達到最優,因此這個年齡的你能聽到的音域是最廣的。當然,這之后你的世界的音域就不會再如此豐富了。 到了老年,大多數毛細胞撲街,所以老年人只能聽到非常響的聲音,同時再也聽不到高音了。 這是什么感受呢,想提前感受一下嗎?來聽聽地鐵到站的噪音,在年輕人和老年人耳朵里的差別吧。 年輕人的—— 老年人的—— @BBC 所以地鐵站刷卡器的尖音,在年輕人聽起來很刺耳,但是老年人卻不覺得。 哥倫比亞大學醫學中心的耳鼻喉科主任 Lawrence Lustig 介紹,老年性失聰(presbycusis)是所有聽力障礙中最常見的一種,毛細胞的凋亡是老年人聽力不好的主要原因,但其中許多人的聽神經實際上是完好的。 不過呢,現代科技也有補償的方法。由于毛細胞不再向聽神經發送信號,所以聽神經一直處于待機狀態,百無聊賴。對于這些丟失了太多毛細胞,但是聽神經完好的人,可以植入人工耳蝸,這種植入內耳的裝置可以直接刺激聽神經,替代毛細胞的功能。 @John Robertson 所以你懂了吧,年紀大了不管怎樣都是要禿的,不管是頭頂的毛,還是耳朵里的毛。 |
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