Mesmo em uma sala lotada e cheia de ruído de fundo, o ouvido humano é notavelmente hábil em sintonizar uma única voz - um feito que se provou extremamente difícil para os computadores igualarem. Uma nova análise dos mecanismos subjacentes, conduzido por pesquisadores do MIT, forneceu insights que podem levar a uma melhor audição da máquina, e talvez para melhores aparelhos auditivos também.

A seletividade de nossos ouvidos, acontece que, surge da sintonia precisa da evolução de uma pequena membrana, dentro do ouvido interno, chamada de membrana tectorial. A viscosidade desta membrana - sua firmeza, ou a falta dela - depende do tamanho e distribuição dos minúsculos poros, apenas algumas dezenas de nanômetros de largura. Esse, por sua vez, fornece filtragem mecânica que ajuda a classificar sons específicos.

As novas descobertas são relatadas no Biophysical Journal por uma equipe liderada pelo estudante de pós-graduação do MIT Jonathan Sellon, e incluindo o cientista pesquisador Roozbeh Ghaffari, ex-estudante de graduação Shirin Farrahi, e o professor de engenharia elétrica Dennis Freeman. A equipe colaborou com o biólogo Guy Richardson, da Universidade de Sussex.

Compreensão evasiva

Ao discriminar sons concorrentes, o ouvido humano é "extraordinário em comparação com as tecnologias convencionais de reconhecimento de voz e som, "Freeman diz. As razões exatas permaneceram elusivas - mas a importância da membrana tectorial, localizado dentro da cóclea, ou ouvido interno, tornou-se claro nos últimos anos, em grande parte por meio do trabalho de Freeman e seus colegas. Agora, parece que uma suposição errada contribuiu para a dificuldade de longa data em compreender a importância desta membrana.

Grande parte da nossa capacidade de diferenciar os sons é baseada na frequência, Freeman diz - então os pesquisadores "presumiram que quanto melhor poderíamos resolver a frequência, melhor poderíamos ouvir. "Mas essa suposição nem sempre é verdadeira.

Na verdade, Freeman e seus co-autores descobriram anteriormente que as membranas tetoriais com um certo defeito genético são, na verdade, altamente sensíveis às variações de frequência - e o resultado é piorar a audição, não é melhor.

A equipe do MIT encontrou "uma troca fundamental entre quão bem você pode resolver diferentes frequências e quanto tempo leva para fazê-lo, "Freeman explica. Isso torna a discriminação de frequência mais precisa muito lenta para ser útil na seletividade de som do mundo real.

Muito rápido para os neurônios

Trabalhos anteriores de Freeman e colegas mostraram que a membrana tectorial desempenha um papel fundamental na discriminação do som, transportando ondas que estimulam um tipo específico de receptor sensorial. Este processo é essencial para decifrar sons concorrentes, mas ocorre rápido demais para que os processos neurais acompanhem o ritmo. Natureza , ao longo da evolução, parece ter produzido um sistema eletromecânico muito eficaz, Freeman diz, que pode acompanhar a velocidade dessas ondas sonoras.

O novo trabalho explica como a estrutura da membrana determina o quão bem ela filtra o som. A equipe estudou duas variantes genéticas que fazem com que os nanoporos dentro da membrana tectorial sejam menores ou maiores do que o normal. O tamanho dos poros afeta a viscosidade da membrana e sua sensibilidade a diferentes frequências.

A membrana tectorial é semelhante a uma esponja, crivado de poros minúsculos. Ao estudar como sua viscosidade varia com o tamanho dos poros, a equipe foi capaz de determinar que o tamanho de poro típico observado em camundongos - cerca de 40 nanômetros de diâmetro - representa um tamanho ideal para combinar a discriminação de frequência com a sensibilidade geral. Poros maiores ou menores prejudicam a audição.

"Isso realmente muda a maneira como pensamos sobre essa estrutura, "Ghaffari diz. As novas descobertas mostram que a viscosidade do fluido e os poros são realmente essenciais para seu desempenho. Mudando os tamanhos dos nanoporos da membrana tectorial, via manipulação bioquímica ou outros meios, pode fornecer maneiras exclusivas de alterar a sensibilidade auditiva e a discriminação de frequência.

William Brownell, um professor de otorrinolaringologia na Baylor College of Medicine, diz, "Este é o primeiro estudo a sugerir que a porosidade pode afetar o ajuste coclear." Este trabalho, ele adiciona, "poderia fornecer uma visão" sobre o desenvolvimento de problemas auditivos específicos.

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.