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1、最神奇的刷卡機是什么

最神奇的刷卡機是什么

本文由《萬物》雜志官方微信

“把科學帶回家” 提供

作者 美圖君

我們出生后，有一類細胞就在不斷死去不再重生。它們就是對聽力很關鍵的毛細胞。

我們知道，太大的音量對耳朵有損傷。可是在搖和滾的時候，毛細胞會怎樣呢？看完以后，相信你將在一段時間里不敢開最大音量了。

外耳，中耳和內(nèi)耳

我們的外耳負責采集環(huán)境的聲音，聲音沿著耳道向內(nèi)發(fā)送，使鼓膜振動。在鼓膜后面，有一些精巧的生理結構，它們把聲音傳輸給內(nèi)耳，內(nèi)耳再傳輸給大腦。

耳膜后面的中耳有不少骨頭，它們在人出生之后不久就停止生長了，所以你的中耳內(nèi)的骨頭大小和你嬰兒時期是一樣的。

其中一個骨頭是人體內(nèi)最小的，叫做鐙骨，大概是一粒米這么大。鐙骨長在內(nèi)耳的開口處，并向內(nèi)耳傳輸振動。

鐙骨的大小 @wikipedia

在內(nèi)耳里有一些神奇的結構。你看到的這個東西，是電子顯微鏡下的耳蝸，長得就像神奇海螺，它們能夠采集聲音。

把它放大，就會看到更有趣的東西。

這些一排排牙齒狀的細胞結構，就是采集聲音機械信號的終端——毛細胞的靜纖毛（準確來說是外毛細胞的靜纖毛）在電子顯微鏡下的照片。靜纖毛只有毫米的千分之一那么高，它們會感受聲音振動。

靜纖毛是怎么感受聲音的呢？

原來，毛細胞上方擦著耳蝸蓋膜。聲音傳來的時候，毛細胞的小毛就這樣被壓在耳蝸蓋膜上摩擦摩擦——

毛細胞的靜纖毛摩擦耳蝸蓋膜時，獲得聲音的機械信號。

被摩擦久了以后，靜纖毛就被你的大音量蹂躪成了這樣子——

這樣子——

這種情況下，靜纖毛和它所屬的毛細胞其實已經(jīng)沒有什么用了，再大的音量也聽不到聲音。你還敢不敢音量全開？

再來看看一類奇特的毛細胞。毛細胞分兩類，靠近耳蝸中心的一列叫做內(nèi)毛細胞，遠離耳蝸中心的三排叫做外毛細胞。

內(nèi)毛細胞（一字頭的一排）和外毛細胞（三角頭的三排） @DOI: 10.1053/j.nainr.2008.10.010

外毛細胞其實是一種信號放大器。由于一些頻率聲波的振幅比較小，在接收到信號時，毛細胞就會放大振幅，并向大腦發(fā)送電信號，讓一些很輕的頻率也能被聽到。通過外毛細胞的放大，人類聽力的音域就得到了擴張。

外毛細胞刷子狀的靜纖毛和下面的細胞本體 @BBC

但是你可能不知道，外毛細胞是靠跳舞放大信號的（內(nèi)毛細胞不會跳舞），它們隨音樂搖擺時超級可愛。

來看看，倫敦大學學院的生物學教授 Jonathan Ashmore 和 BBC 拍攝的豚鼠的外毛細胞聽到 Rock around the clock 這首經(jīng)典老歌的電信號后動感熱舞的畫面。

毛細胞在合適的培養(yǎng)條件下可以在實驗室里生存幾個小時。在這段期間可以對它們進行實驗。

@BBC

話說回來，只有哺乳動物具有外毛細胞。而外毛細胞能跳舞，是一種馬達蛋白 PRESTIN 的作用。所有哺乳動物都是靠這種蛋白質(zhì)放大聲音的。

遺憾的是，PRESTIN 蛋白質(zhì)依賴氯離子通道起作用，而一種用來去除藻類和藤壺的有機殺蟲劑——三丁錫（Tributyltin）會干擾氯離子通道。它進入海洋后在食物鏈中累積，最終導致鯨和海豚等海洋哺乳動物聽力受損。

這么可愛的毛細胞，卻從我們（以及其他哺乳動物）出生后開始逐漸死去，因為哺乳動物沒有毛細胞再生的能力。

耳蝸基底的毛細胞負責高音，更早去逝；頂部的毛細胞負責低音。

其中，感受高頻聲波，也就是高音的細胞更早死。負責高音的毛細胞長在耳蝸的基底部，耳蝸頂部的毛細胞主要負責低音。這種結構叫做頻率拓撲（tonotopic organizaion）。

耳蝸不同部分的毛細胞感知的聲音頻率

不過我們以前也介紹過（點我查看），12歲以前的兒童的聽力實際上不如20-29歲這個年齡段的人，因為他們的耳道和神經(jīng)系統(tǒng)還在發(fā)育。所以在12歲之前，人的聽力是越來越好的。這也是小孩子尖叫時不覺得自己吵的部分原理。

實際上，在12歲左右，擴增高音的毛細胞的死亡數(shù)量，和耳道以及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育的匹配達到最優(yōu)，因此這個年齡的你能聽到的音域是最廣的。當然，這之后你的世界的音域就不會再如此豐富了。

到了老年，大多數(shù)毛細胞撲街，所以老年人只能聽到非常響的聲音，同時再也聽不到高音了。

這是什么感受呢，想提前感受一下嗎？來聽聽地鐵到站的噪音，在年輕人和老年人耳朵里的差別吧。

年輕人的——

請到微信公眾號 把科學帶回家 觀看，這么麻煩是因為頭條只允許傳一個視頻。

老年人的——

請到微信公眾號 把科學帶回家 觀看，這么麻煩是因為頭條只允許傳一個視頻。

所以地鐵站刷卡器的尖音，在年輕人聽起來很刺耳，但是老年人卻不覺得。

哥倫比亞大學醫(yī)學中心的耳鼻喉科主任 Lawrence Lustig 介紹，老年性失聰（presbycusis）是所有聽力障礙中最常見的一種，毛細胞的凋亡是老年人聽力不好的主要原因，但其中許多人的聽神經(jīng)實際上是完好的。

不過呢，現(xiàn)代科技也有補償?shù)姆椒āＳ捎诿毎辉傧蚵犐窠?jīng)發(fā)送信號，所以聽神經(jīng)一直處于待機狀態(tài)，百無聊賴。對于這些丟失了太多毛細胞，但是聽神經(jīng)完好的人，可以植入人工耳蝸，這種植入內(nèi)耳的裝置可以直接刺激聽神經(jīng)，替代毛細胞的功能。

@John Robertson

所以你懂了吧，年紀大了不管怎樣都是要禿的，不管是頭頂?shù)拿€是耳朵里的毛。

無標注圖片來源網(wǎng)絡。

動圖來源和參考資料儲存于石墨：

https://shimo.im/docs/dWTQjcdjYrdhjKxc/

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