들으세요! 들으세요! 연구자들이 인간 청력의 새로운 복잡성을 발견하다

예일 대학의 물리학자들은 인간의 귀에서 이전에는 알려지지 않았던 정교한 일련의 "모드"를 발견했는데, 이는 귀가 희미한 소리를 증폭하고, 시끄러운 폭발음을 허용하고, 그 사이의 놀라운 범위의 소리 주파수를 구별하는 방식에 중요한 제약을 가합니다.

연구자들은 기존의 수학적 모델을 내이의 나선형 기관인 달팽이관의 일반 모형에 적용하여 달팽이관 복잡성의 새로운 층을 밝혀냈습니다. 이 발견은 인간 청력의 놀라운 용량과 정확성에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

"우리는 귀가 불안정해지지 않고 외부 소리가 없어도 반응하는 방식으로 희미한 소리를 감지하도록 스스로를 조정하는 방법을 이해하기 위해 나섰습니다."라고 예일대 예술과학부 물리학 조교수이자 저널 PRX Life 에 실린 새로운 연구의 공동 수석 저자인 Benjamin Machta가 말했습니다 . "하지만 이 문제의 핵심을 파악하면서 달팽이관이 지원할 가능성이 높은 새로운 저주파 기계적 모드 세트를 우연히 발견했습니다."

인간의 경우 소리는 달팽이관에서 전기 신호로 변환됩니다. 사람들은 3배의 주파수와 1조 배 이상의 전력 범위를 가진 소리를 감지할 수 있으며, 공기의 미세한 진동까지도 감지할 수 있습니다.

음파가 달팽이관에 들어가면, 달팽이관의 털로 둘러싸인 기저막을 따라 전달되는 표면파가 됩니다.

"각 순수 음은 이 나선형 기관을 따라 한 지점에서 울립니다." 예일대 예술과학대학원의 물리학 대학원생이자 이 연구의 첫 번째 저자인 애쉬시 모미가 말했다. "그러면 그 위치의 털세포가 뇌에 어떤 음을 듣고 있는지 알려줍니다."

그 털은 다른 일도 합니다. 기계적 증폭기 역할을 하여 에너지를 음파로 펌핑하여 마찰을 상쇄하고 의도한 목적지에 도달하도록 돕습니다. 연구자들은 정확한 청력을 위해서는 적절한 양의 에너지를 펌핑하고 지속적으로 조정하는 것이 중요하다고 말했습니다.

하지만 그것은 단지 달팽이관 내의 한 세트의 청각 모드일 뿐이며, 잘 문서화되어 있습니다. 예일 팀은 기관 내에서 두 번째, 확장된 모드 세트를 발견했습니다.

이러한 확장 모드에서 기저막의 많은 부분이 반응하고 함께 움직이며, 심지어 단일 톤에 대해서도 마찬가지입니다. 이러한 집단적 반응은 유모세포가 들어오는 소리에 어떻게 반응하는지, 그리고 유모세포가 기저막으로 에너지를 펌핑하는 방식에 제약을 가합니다.

"새로 발견된 이 모드는 저주파를 나타내기 때문에, 우리의 연구 결과는 여전히 활발한 연구 분야인 저주파 청력에 대한 더 나은 이해에도 기여할 수 있을 것으로 믿습니다."라고 현재 독일 하이델베르크에 있는 유럽 분자생물학 연구실에 있는 예일대 박사후 연구원 출신 이사벨라 그래프가 말했습니다.

그래프와 마흐타는 최근 몇 년 동안 수학적 모델과 통계 물리학 개념을 사용한 일련의 연구에 협력하여 생물학적 시스템(예: 구덩이 살무사의 온도 변화에 대한 민감성 및 세포막 내에서 접촉하는 물질 상 간의 상호 작용)을 더 잘 이해했습니다.

Yale의 Michael Abbott과 Harvard의 Julian Rubinfien이 새로운 연구의 공동 저자입니다. Machta, Momi, Abbott은 Yale의 Quantitative Biology Institute의 일원입니다.

이 연구는 미국 국립보건원, Simons Investigator 상, 독일 연구 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250127161925.htm