Улитка

Информация о материале

Категория: Математическая модель улитки внутреннего уха

Опубликовано: 10.01.2015 11:47

Автор: Павел Варгин

Улитка представляет собой свернутую в два с половиной витка спирали костяную трубку, срез которой показан на рис.1.

Рис.1. Срез  улитки внутреннего уха: 1 – промежуточный канал с органом Корти и покровной мембраной, 2 – прямой канал, 3 – обратный канал. Стрелками показаны прямой и обратный путь звуковой волны 

 Трубка разделена внутри двумя перегородками (основной и рейснеровой мембранами) на три канала, по которым распространяется звуковая волна. В промежуточном канале находится орган Корти, прикрепленный к основной мембране и касающийся еще одной – покровной мембраны (лучше сказать - мантии), закрепленной только с одного, ближнего к оси улитки, края. Движение этих мембран под действием звука преобразуется в слуховые сигналы нервных волокон с помощью волосковых клеток органа Корти, поперечный срез которого приведен на рис. 7.

 Звуковой сигнал через систему косточек среднего уха поступает на гибкую мембрану овального окна прямого канала, изображенного на развертке улитки рис. 2. 

Рис.2. Развертка улитки (без органа Корти и покровной мембраны): 1 – звуковой сигнал, 2 – овальное окно, 3 – прямой канал, 4 – рейснерова мембрана, 5 – промежуточный канал, 6 – основная мембрана, 7 – одна из струн, 8 – костная оправа, 9 обратный канал, 10 – круглое окно, 11 – геликотрема.

Прямой канал заканчивается в вершине улитки отверстием (геликотремой) соединенным с началом обратного канала, ведущего к мембране круглого окна, выходящего в среднее ухо. Оба канала заполнены жидкостью – перилимфой, а находящийся между ними изолированный промежуточный канал заполнен жидкостью другого состава -  эндолимфой. Основная мембрана армирована множеством жестких поперечных коллагеновых  волокон – струн, натянутых на костную оправу поперек направления каналов. Число струн достигает 24 тысяч. Они настроены  на различные звуковые частоты, высокие до 20 килогерц у входа (выхода) прямого (обратного) канала и низкие до 20 герц у геликотремы. 

Звуковая волна определенной частоты, поступившая в прямой канал, доходит до зоны основной мембраны резонирующей на эту частоту и поглощается здесь органом Корти. Волны частот меньше 20 герц  проходят через геликотрему в обратный канал, заставляя колебаться мембрану круглого окна. Волны, не до конца поглощенные органом Корти, также доходят до круглого окна обратного канала  через основную мембрану или геликотрему. 

Тонкая и податливая мембрана Рейснера легко передает звук любой частоты из основного канала в промежуточный и поэтому может не учитываться при гидромеханических расчетах.Ширина основной мембраны изменяется, увеличиваясь по направлению к геликотреме. На рис.3 изображен небольшой по длине участок мембраны (условной струны),  величиной dх.

Рис.3. Элемент основной мембраны – условная струна.

Толщина  и длина   участка являются функциями его удаленности от начала узкого конца мембраны. Упругая часть участка основной мембраны толщиной  , состоящая из коллагеновых волокон и соединительной ткани на рисунке изображена нижним слоем, а верхний слой соответствует нагрузке, которую создает прикрепленный к мембране орган Корти. Под воздействием переменного давления основная мембрана и ее участок изгибаются, как показано на рисунке дугообразной пунктирной  линией в одну, а затем в другую сторону.