物理学家解开人耳听见窃窃私语的秘密

　　物理学家解开人耳听见窃窃私语的秘密
　　

　　国外媒体报道，科学家并不完全理解为什么我们能够听到微弱的声音，因为嘈杂的背景声肯定会完全淹没耳朵自身产生的微弱声音。然而，近日美国加州大学洛杉矶分校的研究学者发现了使得我们能够听到大头针落在地上或者理解窃窃私语的过程的线索。
　　
　　美国加州大学洛杉矶分校的研究小组利用光学显微镜和一个高速相机检测昏暗声音和青蛙耳朵毛发束发出的信号之间的关系，与响亮的声音与毛发束之间信号关系的差异。
　　
　　研究人员发现头发细胞与强烈声音信号会发生同步，它们与即将到来的声音会发生同步震动；声音越大，同步的程度越大。但当声音是非常微弱时，研究小组发现细胞的同步会发生间歇性的丢失随后再同步，这个过程被称为“相滑”。
　　
　　这些相滑使得细胞能够检测环境噪声中的微弱声音。“我们发现相滑的确会发生，”带领这项研究的美国加州大学洛杉矶分校的物理学和天文学副教授德洛丽丝·博若维奇（DoloresBozovic）这样说道。“令人惊讶的是这种间歇性的发生。如果它们一直保持同步的话，它们潜在的会更强大。”
　　
　　为什么研究小组选择牛蛙的毛发细胞，而非人类或者其他哺乳动物的毛发细胞呢？“我们需要开放器官接入探测器，在不伤害头发细胞本身精良的构造的前提下，进行精确的测量。”博若维奇解释道。“牛蛙细胞是非常强健的器官，哺乳动物的细胞则相对更加脆弱。”
　　
　　在人类和其它哺乳动物身上，声音处理系统存在于耳蜗内耳处螺旋形状的洞，它包含浸在液体里的毛发细胞。耳朵里上千根纤细的头发细胞会改变即将到来的声波的震动，将其转化为电信号供大脑处理。
　　
　　声音震动会与其他内部温度引起的震动相竞争。“室温条件下，‘热振动’意味着头发束将发生震动，而这种震动堪比即将到来的信号产生的震动。”博若维奇说道。
　　
　　牛蛙并没有耳蜗，相反，它拥有一个名为球囊的器官代替耳蜗的功能，它也包含头发细胞。即便如此，牛蛙的听力系统与哺乳动物的非常相似，它对微弱的声音也非常敏感。球囊是“研究听力机制最常见的器官之一，”博若维奇说道。但目前还不能在牛蛙耳内研究这些头发细胞，因为目前的技术无法实现以必需的精确性获得它们的成像。
　　
　　因此博若维奇和其他人一样将一束细胞放在容器里培养，后者类似于改良版的显微镜载片，这种过程从技术角度被称为在试管内。由于研究人员将头发从牛蛙身上移除，因此研究小组无法利用声音刺激它们。“我们采用了一种机械刺激，它使用了依附在头发束末端的灵活的玻璃纤维，”这些纤维依附在机器上以产生必须的震动。
　　
　　“我们通过光学显微镜拍摄下头发细胞并用高速摄像机记录它们的运动。”这些图片显示相滑发生在一个名为分歧点的动态不稳定区域附近，分歧点是指系统发生变化行为的节点——在这个例子里是指头发细胞与强烈声音之间的同步。
　　
　　研究小组发现相滑的发生取决于信号的强度或者振幅。当信号的振幅增加时相滑的速率会减少。然而，研究小组尚未发现任何确定性的刺激分界线，也即当低于这一分界线时，相滑会取代刺激物和头发细胞震动之间的全同步。“相滑的速率会随着信号振幅的增加而减少，但并没有明确的分界线。”博若维奇说道。
　　
　　博若维奇的研究小组包括物理学教授罗宾金·布鲁因斯玛（RobijnBruinsma）和研究生犹他那（YuttanaRoongthumskul）。犹他那进行了大部分的细节研究，他正在准备将这项研究发表在期刊《物理评论快报》上。
　　
　　“这篇报告提供了大量文献研究，显示了内耳的敏感接收器毛发细胞会同时处理一个以上的授予听力特殊性的动态分支。”美国纽约洛克菲勒大学的神经系统科学教授A.杰姆斯·赫兹佩思（A.JamesHudspeth）说道。“我认为这项研究非常有意义。”
　　
　　这项研究的目前结果为未来研究提供了机会。“我们正在努力查明细胞与彼此之间是如何结合并对信号做出反应的。”博若维奇说道。“我们目前的研究问题是，细胞之间的同步是如何发生的？”