راز شنود ضعیف‌ترین صداها توسط گوش
http://media.isna.ir/content/hearing-top-image.jpg/2
محققان در مطالعاتشان به راز چگونگی شنود نجواها توسط انسان‌ها و دیگر پستانداران پی بردند. دانشمندان به طور کامل نمی‌دانند که انسان‌ها چگونه صداهای ضعیف را شناسایی می‌کنند زیرا این صداها باید در نویز پس‌زمینه‌ای که خود گوش تولید می‌کنند، غرق شوند. تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا سرنخ‌هایی را در خصوص این فرایند بدست آورده‌اند که چگونگی امکان شنود افتادن یک سنجاق یا درک یک صحبت نجواگونه را توضیح می‌دهد. این دانشمندان با استفاده از سلول‌های موی گرفته‌شده از قورباغه‌ها و مطالعه آنها در شیشه‌های آزمایشگاهی، به نتایج فوق دست یافته‌اند. تیم حاضر از یک میکروسکوپ نوری و یک دوربین با سرعت بالا استفاده کرد. آنها از این ابزار برای درک این نکته که چگونه رابطه بین سیگنال‌های حاصل از اصوات ضعیف و خوشه‌های موی گوش قورباغه‌ها متفاوت از رابطه بین سیگنال‌های صداهای بلندتر و خوشه‌های مو است، بهره بردند.
محققان این حوزه از پیش می‌دانستند که سلول‌های مو با سیگنال‌های صدای قوی همگام می‌شوند. آنها در فاز با صداهای ورودی نوسان می‌کنند و هر چه قدر صدا بلندتر باشد، درجه این همزمانی و همگامی بیشتر است. اما تیم تحقیقاتی دریافت که در حالت نرم‌ترین صداها، سلول‌ها به طور متناوبی همزمانی را در فرایندی به نام "لغزش فاز" (phase slip) از دست می‌دهند و دوباره آن را به دست می‌آورند. در واقع، این لغزش‌هاست که به سلول‌ها اجازه کشف ضعیف‌ترین صداها را از خلال سر و صدای محیط می‌دهند.
اما چرا دانشمندان از سلول‌های موی قورباغه‌ها به جای سلول‌های موی انسان یا دیگر پستانداران استفاده کردند؟ آنها باید سلول‌های مو را برای انجام تحقیقات و دریافت اندازه‌گیری‌های دقیق بشکافند اما به خود سیستم آنها آسیبی نرسانند. سلول‌های قورباغه ارگان‌های بسیار محکم اما سلول‌های پستانداران بسیار شکستنی‌تر هستند. در انسان‌ها و سایر پستانداران، سیستم پردازش صدا در درون حلزون گوش قرار دارد. این حفره مارپیچی شکل واقع در گوش درونی، حاوی سلول‌های موی شناور در مایع است.
هزاران سلول ریز موی گوش ارتعاشات امواج صوتی ورودی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که مغر آنها را پردازش می‌کند. ارتعاشات صوتی با دیگر ارتعاشات ناشی از دما در گوش درونی رقابت می‌کنند. قورباغه‌ها فاقد حلزون هستند و به جای آن ارگانی به نام sacculus وظایف این عضو را انجام می‌دهد، این اندام نیز دارای سلول‌های مو است. با این حال، سیستم شنوایی قورباغه‌ها به سیستم شنوایی پستانداران شباهت دارد و به همان اندازه هم به صداهای ضعیف حساس است.
علی رغم قوی بودن، سلول‌های موی قورباغه‌ها را نمی‌توان در درون گوش مطالعه کرد و تکنیک‌های کنونی امکان تصویربرداری از این سلول‌ها را با دقت لازم نمی‌دهد. بنابراین تیم تحقیقاتی از خوشه‌های سلول‌های مو در یک ظرف استفاده کردند که به یک اسلاید شیشه‌ای میکروسکوپی اصلاح شده شباهت داشت. به این دلیل که محققان موها را از قورباغه‌ها جدا کرده بودند، نتوانستند از اصوات برای تحریک آنها استفاده کنند. آنها با استفاده از فیبرهای شیشه‌ای ارتجاع‌پذیر که به نوک‌های خوشه‌های مو متصل بودند، محرک مکانیکی را اعمال کردند. این فیبرها به ماشینی متصل بودند که ارتعاشات لازم را خلق می‌کرد.
دانشمندان از سلول‌های مو بر روی میکروسکوپ نوری تصویربرداری کردند و حرکات آنها را با یک دوربین سرعت بالا ضبط کردند. این تصاویر نشان دادند که لغزش‌های فازی نزدیک ناحیه دارای بی‌ثباتی پویا موسوم به شکافگاه (bifurcation) رخ دادند. شکافگاه‌ها نقاطی هستند که در آنها رفتار سیستم تغییر می‌کند. در این حالت رفتار از همزمانی بین سلول‌های مو و اصوات قوی تغییر کرد.
تیم تحقیقاتی دریافت که رخداد لغزش‌های فازی به قوی‌بودن یا بزرگی سیگنال بستگی دارد و نرخ لغزش فازی با افزایش بزرگی سیگنال کاهش می‌یابد. با این حال، این محققان هیچ سطح محرک تعریف شده‌ای را که پایین‌تر از آن همزمانی کامل بین محرک و ارتعاشات سلول‌های مو جای خود را به لغزش فازی دهند، نیافتند. میزان لغزش فازی با افزایش دامنه کاهش می‌یابد اما هیچ آستانه‌ای وجود ندارد. نتایج این تحقیق فرصت‌هایی را برای مطالعات بیشتر در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. جزئیات این مطالعه در Physical Review Letters انتشار یافته است.
منبع: ایسنا
