Давно известно, что внутреннее ухо активно усиливает звуки, которые оно принимает, и что это усиление может быть связано с силами, создаваемыми внешними волосковыми клетками в улитке. Однако как ухо на самом деле это делает, остается загадкой. Теперь, Джонатан А. N. Фишер, доктор философии, и его коллеги из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке описывают, как улитка активно самоусиливается звук, который она получает, чтобы помочь увеличить диапазон звуков, которые можно услышать.
Результаты их исследования были опубликованы в выпуске Neuron от 6 декабря 2012 г. На обложке изображено животное, которое исследователи использовали для исследования усиления во внутреннем ухе, – шиншиллу. Это животное часто используется для исследований слуха из-за его сходства с людьми с точки зрения слуха и строения внутреннего уха.
Доктор. Фишер получил грант на это исследование от Американского фонда исследований слуха в 2011 году.
Фишер и его коллеги использовали новую оптическую технику, которая инактивирует престин, моторный белок, участвующий в движении наружных волосковых клеток. Наружные волосковые клетки являются частью пучков волосковых клеток (которые также включают внутренние волосковые клетки) – настоящих сенсорных клеток внутреннего уха. Основная часть волосковых клеток находится в базилярной мембране – ткани, выстилающей внутреннюю часть костной улитки. В "волосы" часть этих клеток, называемая стереоцилиями, торчит в заполненном жидкостью пространстве улитки, где они выталкиваются жидкостью по мере того, как через нее проходят звуковые волны.
Звуковые волны, распространяющиеся по улитке, создают настоящие волны, которые можно наблюдать вдоль базилярной мембраны, как показано на анимации ниже (из Медицинского института Говарда Хьюза). Улитка улавливает разные звуковые частоты по всей своей длине, при этом более высокочастотные звуки улавливаются в центре улитки "улитка" а низкочастотные звуки улавливаются в части улитки, ближайшей к барабанной перепонке.
Известно, что внешние волосковые клетки обеспечивают усиление звуковых волн, улавливаемых внутренними волосковыми клетками, путем активного изменения их формы для увеличения амплитуды звуковых волн. Эти внешние волосковые клетки могут делать это, потому что мембранный белок может сокращаться и вызывать отклонение стереоциллий вышележащей текториальной мембраной.
Фишер и его коллеги разработали светочувствительный препарат, который при облучении ультрафиолетовым лазером может инактивировать престин в некоторых местах внутри улитки. Используя эту новую технику, исследователи смогли воздействовать на престин в очень определенных местах вдоль базилярной мембраны.
Исследователи обнаружили, что, инактивируя престин в очень определенных местах, вызванные звуком волны, которые передают механические сигналы чувствительным волосковым клеткам, изменили форму и приобрели меньшую амплитуду, что указывает на то, что без престина усиление ослаблено по сравнению с тем, что исследователи видели, когда престин разрешили нормально функционировать. Их результаты показывают, как молекулярные силы престина перекачивают энергию в волны внутри улитки и как эта энергия продвигается вперед по мере распространения волны. Исследование также демонстрирует важность prestin в локальном усилении этих вызванных звуком бегущих волн.