וִידֵאוֹ: כיצד מעצמות הפטיש, הסדן והמדרגה מגבירים את הצליל לאוזן הפנימית?
2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33
דאגלס א. וטר, עוזר פרופסור למדעי המוח בבית הספר סאקלר מאוניברסיטת טאפטס למדעים ביו-רפואיים, משמיע תשובה לשאילתה זו..
הפטיש, הסדן והזבוב - המכונים גם מלולוס, פי הטבעת והמדרגות, בהתאמה, וביחד, כ"עצמות האוזן התיכונה "- הם העצמות הקטנות ביותר בגוף האדם. הם נמצאים באוזן התיכונה, והם מהווים חלק ממערכת השמיעה בין עור התוף לשבלול (הצינור בצורת ספירלה המאכלס תאי שיער המעורבים בהעברת קול למוח). כדי להבין את התפקיד של עצמות אלה בשמיעה נדרש הבנה של מנופים. הסיבה לכך היא כי עצמות האוזן התיכונה מסודרות ומתקשרות זו עם זו כמערכת מנוף.
כל המנופים מייצרים יתרון מכני. הם משמשים להפעלת כוח גדול על פני מרחק קטן בקצה אחד של המנוף על ידי הפעלת כוח קטן יותר על פני מרחק רב יותר בקצה הנגדי. יכולות המינוף של עצמות האוזן התיכונה נחוצות כדי לייצר את הכוחות הגדולים שמאפשרים לנו לשמוע.
כחיות יבשות אנו חיים בסביבה גזית. אבל, האוזן הפנימית שלנו מלאה בנוזל, וזה מייצג בעיה. כדוגמה, לרוב האנשים יש ידע ממקור ראשון על שמיעה מתחת למים. אם מישהו צועק עליך מעל פני המים, הצלילים מושתקים מאוד, ומקשים על הבנתם ואפילו לא שומעים. זה פשוט בגלל שרוב הצליל משתקף מעל פני המים.
אז איך נקבל צלילים מוטסים, שהם פשוט רעידות של מולקולות האוויר, ונעביר אותם מעבר לממשק נוזלי האוויר בין תעלת האוזן שלנו לאוזן הפנימית? אנו זקוקים למערכת שתשתמש בתנודות האוויר הללו כדי לדחוף את פני השטח של נוזל האוזן הפנימית.
כאשר עור התוף רוטט כשצליל פוגע במשטח הפנים שלו, הוא מכניס את העצמות לתנועה. העצמות מסודרות לפי סדר מיוחד לביצוע תפקידן. ישירות מאחור ומחובר לעור התוף - שהוא למעשה אספן צליל גדול - הוא הפטיש. הפטיש מסודר כך שקצה אחד מחובר לעור התוף, ואילו הקצה השני יוצר ציר דמוי מנוף עם הסדן. הקצה הנגדי של הסדן הוא התמזג עם הסטירלופ (לכן הסדן והזיפוק פועלים כעצם אחת). אז מתחבר הסטירלופ עם פתח מיוחד בשבלול הנקרא "חלון סגלגל". לוח הרגל של הסטירופ - החלק הסגלגל והעצם של העצם הדומה לחלק בו יניחו את רגלו ברגל הפועל בפועל - מחובר באופן רופף לחלון הסגלגל של השבלול, ומאפשר לו לנוע פנימה והחוצה כמו בוכנה.. הפעולה דמוית הבוכנה מחוללת רעידות באוזן הפנימית מלאת הנוזל המשמשת לאותת למוח על אירוע קול. ללא עצמות האוזן התיכונה, רק כ- 0.1 אחוז מאנרגיית הצליל תגיע לאוזן הפנימית.
התגברות על הבעיה בהכנסת צליל מוטס לאוזן הפנימית המלאה בנוזל נפתרת על ידי שני מנגנונים עיקריים: ריכוז האנרגיה מעור התוף הגדול אל רגל הרגל הקטנה הממוקמת בחלון הסגלגל; והפעולה דמוית המנוף בין הפטיש למתחם מדרגות הסדן. אצל חתולים, למשל, ריכוז הכוחות הפשוט מתוף עור התוף אל מערת החשמל מעלה את הלחץ בחלון הסגלגל לכ- 35 ממה שנמדד בעור התוף. פעולת המנוף של עצמות האוזן התיכונה מקנה יתרון מכני נוסף למערכת המתרחשת מכיוון שהסדן קצר יותר מהפטיש - ומגביר עוד יותר את הלחץ בכ- 35 אחוז. באופן זה אנו מתגברים על בעיית הכנסת התנודות באוויר לתוך האוזן הפנימית בלחץ מלא.
לא לכל בעלי החיים אותה תצורת עצם האוזן התיכונה. למעשה, לזוחלים, דו-חיים וציפורים, יש אוזן תיכונה המכילה עצם אחת בלבד, הנקראת קולומלה, המחברת את עור התוף ישירות לחלון הסגלגל של השבלול. כאשר אנו בוחנים את התדירות הרגישה ביותר לשמיעה אצל בעלי חיים אלה, הם מצליחים מאוד לצלילים בסביבות 1, 000 הרץ (1 קילוהרץ) אך מאבדים במהירות את יכולתם לשמוע היטב בתדרים גבוהים יותר. מצד שני, בעלי חיים עם שלוש עצמות אוזן תיכונה נוטים לשמוע בתדרים גבוהים בהרבה. עבור בני אדם, השמיעה שלנו יכולה להאריך עד 20 קילוהרץ, אם כי רוב חיינו מוקדשים לצלילים שבין 4 ל -8 קילוהרץ.