O ouvido humano, como os de outros mamíferos, é tão extraordinariamente sensível que pode detectar vibrações induzidas por ondas sonoras do tímpano que se movem menos do que a largura de um átomo. Agora, pesquisadores do MIT descobriram novos detalhes importantes de como o ouvido atinge essa incrível capacidade de captar sons fracos.

As novas descobertas ajudam a explicar como nossos ouvidos podem detectar vibrações um milhão de vezes menos intensas do que aquelas que podemos detectar por meio do tato, por exemplo. Os resultados aparecem no jornal Cartas de revisão física , em um artigo do cientista visitante e autor principal Jonathan Sellon, professor de engenharia elétrica e autor sênior Dennis Freeman, visitando o cientista Roozbeh Ghaffari, e membros do grupo Grodzinsky no MIT.

Tanto a sensibilidade do ouvido quanto sua seletividade - sua capacidade de distinguir diferentes frequências de som - dependem crucialmente do comportamento de uma estrutura gelatinosa minúscula no ouvido interno, chamada de membrana tectorial, que Freeman e seus alunos estudam há mais de uma década. Agora, eles descobriram que a forma como a membrana de gel dá à nossa audição sua extrema sensibilidade tem a ver com o tamanho, rigidez, e distribuição de poros em nanoescala nessa membrana, e a forma como esses nanoporos controlam o movimento da água dentro do gel.

A membrana tectorial encontra-se no topo dos minúsculos pêlos que revestem o ouvido interno, ou cóclea. Esses receptores sensoriais estão dispostos em tufos, cada um sensível a diferentes frequências de som, em uma progressão ao longo do comprimento da estrutura fortemente enrolada. O fato de as pontas desses fios estarem embutidas na membrana tectorial significa que seu comportamento afeta fortemente a forma como esses fios respondem ao som.

"Mecanicamente, é gelatina, "Freeman diz, descrevendo a minúscula membrana tectorial, que é mais fino que um cabelo. Embora seja essencialmente uma estrutura semelhante a uma esponja saturada feita principalmente de água, "se você apertar o mais forte que puder, você não pode tirar a água. É mantido unido por forças eletrostáticas, "ele explica. Mas embora existam muitos materiais à base de gel no corpo, incluindo cartilagem, elastina e tendões, a membrana tectorial se desenvolve a partir de um conjunto diferente de instruções genéticas.

O propósito da estrutura era inicialmente um quebra-cabeça. "Porque você iria querer aquilo?" Sellon diz. Bem em cima da estrutura sensível de captação de som, "é o tipo de coisa que abafa a maioria dos microfones, "ele diz." No entanto, é essencial para ouvir, "e quaisquer defeitos em sua estrutura causados ​​por variações genéticas podem degradar significativamente a audição de uma pessoa.

Após testes detalhados da estrutura microscópica, a equipe descobriu que o tamanho e a disposição dos poros dentro dele, e a forma como essas propriedades afetam como a água dentro do gel se move para frente e para trás entre os poros em resposta à vibração, torna a resposta de todo o sistema altamente seletiva. Os tons mais altos e mais baixos que chegam ao ouvido são menos afetados pela amplificação fornecida pela membrana tectorial, enquanto as frequências médias são mais fortemente amplificadas.

"Ele está ajustado na medida certa para obter o sinal de que você precisa, "Sellon diz, para amplificar os sons mais úteis.

A equipe descobriu que a estrutura da membrana tectorial "parecia um sólido, mas se comportava como um líquido, "Freeman diz - o que faz sentido, uma vez que é composto principalmente de líquido." O que estamos descobrindo é que a membrana tectorial é menos sólida do que pensávamos. "A principal descoberta, que ele diz que a equipe não havia previsto, foi que "para frequências médias, a estrutura se move como um líquido, mas para frequências altas e baixas, ele apenas se comporta como um sólido. "

Geral, os pesquisadores esperam que uma melhor compreensão desses mecanismos possa ajudar a desenvolver maneiras de neutralizar vários tipos de deficiência auditiva - seja por meio de ajudas mecânicas, como implantes cocleares aprimorados, ou intervenções médicas, como drogas que podem alterar os nanoporos ou as propriedades do fluido na membrana tectorial. “Se o tamanho dos poros é importante para o funcionamento da audição, há coisas que você pode fazer, "Freeman diz.

"Este é um trabalho realmente maravilhoso, "diz John S. Oghalai, um professor e cadeira

do departamento de otorrinolaringologia da University of Southern California, que não se associou à pesquisa. "A natureza mecânica das estruturas em nanoescala do ouvido interno é extremamente difícil de estudar, mas extremamente importante para a audição. Neste estudo, os autores mostram que as proteínas dentro da membrana tectorial e o fluido intercalado entre elas estão 'sintonizados'. Isso pode finalmente explicar como cada célula ciliada é estimulada em sua freqüência correta. "

Oghalai acrescenta, "esta pesquisa é da mais alta qualidade. Não só foram realizados experimentos requintados, os dados foram modelados matematicamente para desenvolver uma compreensão profunda de suas implicações. "Uma coisa que ainda precisa ser feita, ele diz, é que, uma vez que esses testes foram feitos em tecido excisado, "Resta saber se essas descobertas são relevantes no ouvido interno normal de animais vivos."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.