Schall: Longitudinalwelle periodischer Verdichtungen und Verdünnungen des Mediums

Transkript

1 Gehör

2 Schall: Longitudinalwelle periodischer Verdichtungen und Verdünnungen des Mediums

3 Schall Parameter von Schall Frequenz f Anzahl Schwingungen/sec [Hz] Schalldruck P (Pascal) Kraft /Fläche [N/m 2 ] Schalldruckpegel Schallschnelle Schallgeschwindigkeit db SPL = 20 logp/p 0 (P 0 =20µP) v (Partikelgeschwindigkeit) [m/s] c [m/s] in Luft: 330 m/s H2O: 1500 m/sec Holz 3800 m/s

4 Hörbereich des Menschen Schmerzschwelle Unbehaglichkeit Hauptsprachbereich Normale Hörschwelle

5 Fisch Hörbereiche der Wirbeltiere Amphib Reptil Vögel Mammalia Tieffrequenzspezialisten: Elefant, Mensch, Graumull Generalisten: Katze, Gerbil Bild M.Vater Mammalia Frequenz (khz) Hochfrequenzspezialisten: Fledermäuse; Zahnwale

6 Aussenohr

7 Ohren als Richtantennen und Verstärker

8 Mensch: monaurale Lokalisation mit den Ohrmuscheln Hofmann et al. (1998) Nature Neuroscience 1,p418

9 Säuger Gehör Mittelohr

10 Hammer, Amboß, Steigbügel Ovales Fenster Hörnerv Trommelfell Rundes Fenster Cochlea Tuba eustachii

11 Mittelohrmechanik (Säuger) Impedanzanpassung Umwandlung von Luftschall in Flüssigkeitsschall AF AF Wichtige Faktoren: Hornform des Trommelfells Hebelwirkung der Knöchelchen Trommelfellfläche sehr viel größer als Fläche des ovalen Fensters

12 Säuger Gehör Innenohr

13 Cochlea quer Apex Cortisches Organ Hörnerv Bild M.Vater Basis

14 Scala vestibuli Reissner membrane Scala media Tectorial membrane Corti Organ outer hair cell inner hair cell Basilar membrane Scala tympani Albert-Roussel Bildatlas Innenohr

15 Cortiorgan IHC (innere Haarzellen) OHC (äußere Haarzellen) Afferente Nervenfasern Efferente Nervenfasern

16 Wanderwelle

17 Basis Apex Frequenzabbildung Steigbügel Basilarmembran 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz 8 khz 16 khz

18 Tonotopie Cochlea Haarzellen Basilarmembran Apex Frequenzabstimmung Spiralganglion Hörnerv Hörzentrum Im Gehirn

19 Haarzellen

20 Haarzellen reagieren auf Stereozilienauslenkung S. Frings, Univ.Heidelberg

21 Haarzellen reagieren auf Stereozilienauslenkung S. Frings, Univ.Heidelberg

22 Haarzellen reagieren auf Stereozilienauslenkung 20 mm threshold: 0.1 mv 0.3 nm o Russell & Kössl S. Frings, Univ.Heidelberg

23 Wo sitzen die Transduktionskanäle? Die Richtung ist entscheidend! S. Frings, Univ.Heidelberg

24 Tip Links kontrollieren Transduktionskanäle S. Frings, Univ.Heidelberg

25 Rolle innerer und äußerer Haarzellen in der Säugercochlea

26 Schädigung der äußeren Haarzellen führt zu Verlust der Hörempfindlichkeit und Abstimmschärfe. Faktoren: Akustisches Trauma Aminoglykosidantibiotika Alter Frequenz (khz)

27 Die äußeren Haarzellen können ihre Länge verändern ca 5 % -60 mv -30 mv Quelle:

28 Prestin schnelle, spannungsabhängige Änderung der Zelllänge -60 mv S. Frings, Univ.Heidelberg

29 Prestin schnelle, spannungsabhängige Änderung der Zelllänge -30 mv S. Frings, Univ.Heidelberg

30 Motorprotein Prestin Dallos & Fackler 2002 Nature Review Molecular Cell Biology 3:104

31 Motorprotein Prestin Dallos & Fackler 2002 Nature Review Molecular Cell Biology 3:104

32 Cochleärer Verstärker Verstärkung arbeit auf cycle-by-cycle Basis OHC Motilität muss genauso schnell sein wie die Frequenz des gehörten Schalls Prestin ist das schnellste bekannte Motorprotein Krafterzeugung bis zu höchsten Frequenzen Meerschweinchen: 70 khz (Frank et al.) Einige echoortende Säuger: wahrscheinlich >200 khz Dallos 2006

33 Spontane otoakustische Emissionen: Produkt des cochleären Verstärkers Säugetiere: aktive Motilität der Zellkörper der äußeren Haarzellen

34 Efferente Innervation der Cochlea Laterales efferentes System Oberer Olivenkomplex IHC OHC mediales efferentes System Typ I afferent Typ II afferent

35 Zentrales Hörsystem

36 Aufsteigende Hörbahn Auditorischer Cortex Geniculatum mediale Colliculus inferior N. cochlearis Lateraler Lemniscus Cochlea Hörnerv Obere Olive Zigmond

37 Verschaltung von Sinnessystemen Zigmond

38 Oberer Olivenkomplex (SOC) Koinzidenz-Detektoren Schallrichtung aus Laufzeitunterschieden errechnet Pegeldifferenz-Detektoren Schallrichtung aus Lautstärkeunterschieden errechnet Zigmond

39 Richtungshören Klangquelle gerade vor mir Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr S. Frings, Univ.Heidelberg linkes Ohr

40 Richtungshören Klangquelle rechts von mir Koinzidenz- Detektoren rechtes Ohr S. Frings, Univ.Heidelberg linkes Ohr

41 Schleiereule: Vogel mit Ohrmuscheln

42 Raumabbild im colliculus inferior (ICX) Elevation Azimuth Elevation ILDs ITDs Azimuth ITDs

43 Auditorisches und visuelles Raumbild vereinen sich im Colliculus superior (optisches Tectum) Colliculus inferior Zigmond

44 Neuronale Plastizität in Eulen mit verschobener visueller Karte vor nach visuelles rezeptives Feld auditorisches rezeptives Feld neuronales ITD Tuning nach 8 Wochen Prismen, gemessen an derselben Stelle im optischen Tectum Nach Entfernen der Prismen ist ITD gegen visuelle rez. Felder verschoben Zigmond

45 Sensitive Periode für Eulenplastizität 23 Verschiebung für Dauer von 60 Tagen Zigmond