我们出生后,有一类细胞就在不断死去不再重生。它们就是对听力很关键的毛细胞。
我们知道,太大的音量对耳朵有损伤。可是在摇和滚的时候,毛细胞会怎样呢?看完以后,相信你将在一段时间里不敢开最大音量了。
外耳,中耳和内耳
我们的外耳负责采集环境的声音,声音沿着耳道向内发送,使鼓膜振动。在鼓膜后面,有一些精巧的生理结构,它们把声音传输给内耳,内耳再传输给大脑。
耳膜后面的中耳有不少骨头,它们在人出生之后不久就停止生长了,所以你的中耳内的骨头大小和你婴儿时期是一样的。
其中一个骨头是人体内最小的,叫做镫骨,大概是一粒米这么大。镫骨长在内耳的开口处,并向内耳传输振动。
镫骨的大小
@wikipedia
在内耳里有一些神奇的结构。你看到的这个东西,是电子显微镜下的耳蜗,长得就像神奇海螺,它们能够采集声音。
把它放大,就会看到更有趣的东西。
这些一排排牙齿状的细胞结构,就是采集声音机械信号的终端——毛细胞的静纤毛(准确来说是外毛细胞的静纤毛)在电子显微镜下的照片。静纤毛只有毫米的千分之一那么高,它们会感受声音振动。
静纤毛是怎么感受声音的呢?
原来,毛细胞上方擦着耳蜗盖膜。声音传来的时候,毛细胞的小毛就这样被压在耳蜗盖膜上摩擦摩擦——
毛细胞的静纤毛摩擦耳蜗盖膜时,获得声音的机械信号。
被摩擦久了以后,静纤毛就被你的大音量蹂躏成了这样子——
这样子——
这种情况下,静纤毛和它所属的毛细胞其实已经没有什么用了,再大的音量也听不到声音。你还敢不敢音量全开?
再来看看一类奇特的毛细胞。毛细胞分两类,靠近耳蜗中心的一列叫做内毛细胞,远离耳蜗中心的三排叫做外毛细胞。
内毛细胞(一字头的一排)和外毛细胞(三角头的三排)
@DOI: 10.1053/j.nainr.2008.10.010
外毛细胞其实是一种信号放大器。由于一些频率声波的振幅比较小,在接收到信号时,毛细胞就会放大振幅,并向大脑发送电信号,让一些很轻的频率也能被听到。通过外毛细胞的放大,人类听力的音域就得到了扩张。
外毛细胞刷子状的静纤毛和下面的细胞本体
@BBC
但是你可能不知道,外毛细胞是靠跳舞放大信号的(内毛细胞不会跳舞),它们随音乐摇摆时超级可爱。
来看看,伦敦大学学院的生物学教授 Jonathan Ashmore 和 BBC 拍摄的豚鼠的外毛细胞听到 Rock around the clock 这首经典老歌的电信号后动感热舞的画面。
@BBC
话说回来,只有哺乳动物具有外毛细胞。而外毛细胞能跳舞,是一种马达蛋白 PRESTIN 的作用。所有哺乳动物都是靠这种蛋白质放大声音的。
遗憾的是,PRESTIN 蛋白质依赖氯离子通道起作用,而一种用来去除藻类和藤壶的有机杀虫剂——三丁锡(Tributyltin)会干扰氯离子通道。它进入海洋后在食物链中累积,最终导致鲸和海豚等海洋哺乳动物听力受损。
这么可爱的毛细胞,却从我们(以及其他哺乳动物)出生后开始逐渐死去,因为哺乳动物没有毛细胞再生的能力。
耳蜗基底的毛细胞负责高音,更早去逝;顶部的毛细胞负责低音。
其中,感受高频声波,也就是高音的细胞更早死。负责高音的毛细胞长在耳蜗的基底部,耳蜗顶部的毛细胞主要负责低音。这种结构叫做频率拓扑(tonotopic organizaion)。
耳蜗不同部分的毛细胞感知的声音频率
不过我们以前也介绍过(点我查看),12岁以前的儿童的听力实际上不如20-29岁这个年龄段的人,因为他们的耳道和神经系统还在发育。所以在12岁之前,人的听力是越来越好的。这也是小孩子尖叫时不觉得自己吵的部分原理。
实际上,在12岁左右,扩增高音的毛细胞的死亡数量,和耳道以及神经系统的发育的匹配达到最优,因此这个年龄的你能听到的音域是最广的。当然,这之后你的世界的音域就不会再如此丰富了。
到了老年,大多数毛细胞扑街,所以老年人只能听到非常响的声音,同时再也听不到高音了。
这是什么感受呢,想提前感受一下吗?来听听地铁到站的噪音,在年轻人和老年人耳朵里的差别吧。
年轻人的——
老年人的——
@BBC
所以地铁站刷卡器的尖音,在年轻人听起来很刺耳,但是老年人却不觉得。
哥伦比亚大学医学中心的耳鼻喉科主任 Lawrence Lustig 介绍,老年性失聪(presbycusis)是所有听力障碍中最常见的一种,毛细胞的凋亡是老年人听力不好的主要原因,但其中许多人的听神经实际上是完好的。
不过呢,现代科技也有补偿的方法。由于毛细胞不再向听神经发送信号,所以听神经一直处于待机状态,百无聊赖。对于这些丢失了太多毛细胞,但是听神经完好的人,可以植入人工耳蜗,这种植入内耳的装置可以直接刺激听神经,替代毛细胞的功能。
@John Robertson
所以你懂了吧,年纪大了不管怎样都是要秃的,不管是头顶的毛,还是耳朵里的毛。
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