2025年1月24日
イェール大学物理学マクタ研究室のメンバーは、人間の耳の中に、これまで知られていなかった高度な「モード」のセットを発見しました。このモードは、耳が微弱な音を増幅し、騒々しい爆音に耐え、その間の驚弱な音が、どのようにして私たちが聞き取れる程度に増幅されるかについて重要な洞察を提供します。
研究者たちは、内耳にある螺旋状の器官である蝸牛の一般的な模型に既存の数学モデルを適用することで、蝸牛の複雑さの新たな一面を明らかにした。この発見は、人間の聴覚の驚くべき能力と正確さについて新たな洞察を与えている。
「私たちは、耳がどのようにして不安定にならずに微かな音を感知し、外部の音がなくても反応するように自らを調整できるのかを理解しようとしました」と、イェール大学文学部物理学助教授で、 PRX Life誌の新研究論文の共同筆頭著者であるベンジャミン・マクタ氏は述べた。「しかし、この真相を解明する過程で、蝸牛がサポートしていると思われる一連の低周波機械モードに偶然たどり着いたのです。」
人間の音は蝸牛で電気信号に変換されます。人間は、空気の微細な振動に至るまで、3桁の周波数と1兆倍以上のパワー範囲の音を感知することができます。
音波が蝸牛に入ると、毛で覆われた基底膜に沿って伝わる表面波になります。
「それぞれの純音は、この螺旋器官に沿った一点で鳴ります」と、エール大学人文科学大学院の物理学専攻の院生で、この研究の筆頭著者であるアシーシュ・モミ氏は言う。「その場所にある有毛細胞が、どんな音が聞こえているかを脳に伝えます。」
”「一連の研究で、研究者らは数学モデルと統計物理学の概念を用いて、マムシの温度変化に対する感受性などの生物学的システムをより深く理解した。」”
これらの毛は他にも役割を果たしている。機械的な増幅器として働き、音波にエネルギーを送り込んで摩擦を打ち消し、音波が目的の目的地に到達するのを助けるのだ。研究者らは、正確な聴覚には、適切な量のエネルギーを送り込み、常に調整することが極めて重要だと述べている。
しかし、これは蝸牛内の聴覚モードの 1 セットに過ぎず、十分に文書化されています。イェール大学のチームは、蝸牛内に 2 つ目の拡張されたモード セットを発見しました。
これらの拡張モードでは、単一の音に対しても、基底膜の大部分が反応し、一緒に動きます。この集合的な反応により、有毛細胞が入来する音に反応する方法と、有毛細胞が基底膜にエネルギーを送り込む方法が制限されます。
「新たに発見されたこれらのモードは低周波を示すため、私たちの研究結果は、現在も活発に研究が行われている低周波聴覚の理解を深めることにも役立つと考えています」と、現在ドイツのハイデルベルクにある欧州分子生物学研究所に所属する元イェール大学のポスドク研究員イザベラ・グラフ氏は述べた。
グラフ氏とマクタ氏は近年、マムシの温度変化に対する感受性や細胞膜内で接触する物質の相間の相互作用など、生物学的システムをより深く理解するために数学モデルと統計物理学の概念を用いた一連の研究で協力してきた。
イェール大学のマイケル・アボット氏と、数学と物理学を専攻し、現在はハーバード大学の大学院生である元学部生のジュリアン・ルビンファイン氏（YC'2024）が、この新しい研究の共著者である。マクタ氏、モミ氏、アボット氏はイェール大学の定量生物学研究所に所属している。
この研究は、国立衛生研究所、シモンズ研究員賞、ドイツ研究財団の支援を受けて行われた。
この記事は、ジム・シェルトンによる2025年1月23日のイェールニュースの記事を改変したものです。元の記事とその他の関連リンクについては以下をご覧ください。
外部リンク:
https://news.yale.edu/2025/01/23/hear-ye-hear-ye-yale-researchers-uncover-new-co...
https://journals.aps.org/prxlife/abstract/10.1103/PRXLife.3.013001
リンク先はYale Universityというサイトの記事になります。（原文：英語）
↓↓↓記事原文はこちら↓↓↓