Чому равлик вашого вуха закручений
Дослідження вчених з Пекінського університету (КНР) показує, що спіралеподібна форма равлика внутрішнього вуха, яка тривалий час залишалася загадковою, все ж має практичний сенс. Згідно з проведеним моделюванням, саме у закрученому равлику звук поширюється з варіаціями залежно від висоти його джерела.
Равлик - це заповнений рідиною перетинчастий канал, що утворює два з половиною витки спіралі; всередині вона ділиться на три паралельні канали. Це частина перетинчастого лабіринту, що відповідає за слух, проте тривалий час зміст її спіралеподібної форми залишався загадкою. Багаторазово відбиваючись від стінок у звивистому каналі, звук гаситься, і теоретично така форма трохи погіршує слух людини.
У 1980-ті у спробі пояснити дивну форму равлика внутрішнього вуха вчені припускали, що вона закручена для економії місця всередині черепа. На що тут же був наведений контраргумент: а навіщо равлик взагалі повинен бути довгим? Тим більше, що багато тварин з дуже хорошим слухом мають набагато меншу довжину равлика.
Дослідження китайських вчених демонструє, що проблемою при попередньому моделюванні равлика було те, що для спрощення обчислень її форму «розгортали» в пряму, оскільки, як показували попередні розрахунки, прямий і спіралеподібний равлики мають дуже близьку амплітуду механічних коливань, які є вхідним звуком.
Попередні роботи приходили до невірних висновків, бо зосереджувалися на «низькорівневій», механічній реакції равлика на звук. Дослідники звернули увагу на те, що людські вуха дозволяють носію зрозуміти, звідки йде звук — ліворуч, праворуч, зверху чи знизу. І це дуже дивно. Зрозуміло, що коли звук йдеу горизонтальній площині, він спочатку надходить до одного вуха, а потім до іншого. Тимчасовий розрив дозволяє виявити бік, з якого прийшов звук.
Але як бути з ідентифікацією джерела звуку у сенсі верха-низу? Вуха знаходяться в одній площині, і звук прямо зверху або прямо знизу має бути однаковим. Вважається, що цю проблему вирішують козелок, протикозелок та вушна раковина ссавців. Однак проведені експерименти з кажаном Eptesicus fuscus показали, що цей механізм є сумнівним. Після видалення у тваринного козелка (у кажанів він розвинений більш, ніж у будь-кого) воно спочатку знизило свою здатність до вертикальної локалізації джерела звуку, але незабаром знову спокійнісінько розуміло, звідки він виходить - знизу або зверху (і навіть з якою висоти), ніби козелок був на місці.
Але як? На думку китайських дослідників, равлик використовує техніку, подібну до застосовуваної у фазованих антенних ґратах (ФАР) і дозволяє вловити напрямок сигналу. У моделі тисячі волоскових сенсорних клітин внутрішнього вуха всередині 3,5-сантиметрового равлика розцінювалися як масив датчиків у ФАР. Потім розглядалося, як цей масив сприймає звуковий тиск у прямому (теоретичному) і спіральному (людському) равлику.
Виявилося, що діаграми спрямованості у прямому та спіральному варіанті равлика формуються різні. У прямій равлику вертикальне звукове тиск поширювалося вільно, а спіралеподібної кожному витку слабшало і давало різко різняться величини, що має забезпечувати досить ефективну вертикальну локалізацію джерела звуку.