جميع الكتب
حول المدرب تسجيل الدخول ابدأ القراءة

الأحياء · المسرد

ما معنى القوقعة؟

تعريف 18.5 الأحياء الجامعية — السنة الثالثة · الفصل 18 — الأجهزة الحسية

الصوت موجة ضغط؛ ومشكلة الأذن أن تكشف تغيّرات ضغط قدرها بضع عشرات من الميكروباسكالات في الهواء وأن تفرزها بحسب التردد. وتركّز طبلة الأذن وعُظيمات الأذن الوسطى الثلاثة القوةَ من 55mm255\,\mathrm{mm}^{2} من الطبلة على 3mm23\,\mathrm{mm}^{2} من النافذة البيضية، فترفع الضغط نحو عشرين ضعفًا — وهي مطابقة الممانعة بين الهواء وسائل الأذن الداخلية، ولولاها لانعكس معظم الصوت. وداخل القوقعة، وهي أنبوب ملفوف طوله 35mm35\,\mathrm{mm}، تسير موجة الضغط على امتداد الغشاء القاعدي، وهو ضيّق صُلب عند القاعدة وعريض رخو عند القمة؛ وكل تردد يجعل الغشاء يهتز أشد ما يهتز في موضع واحد — فالترددات العالية قرب القاعدة، والمنخفضة قرب القمة — أي خريطة ترددية يقرؤها الدماغ طبقةً صوتية. وعلى الغشاء تجلس الخلايا الشعرية: 35003500 خلية شعرية داخلية في صف واحد، كل واحدة متوَّجة بحزمة من الأهداب الصلبة موصولة قمةً بقمة بواسطة وصلات قمية دقيقة؛ وثني الحزمة نحو أطول أهدابها يمطّط الوصلات ويفتح قنوات كاتيونية في غضون ميكروثوانٍ، بلا أي رسول ثانٍ، فيتدفق البوتاسيوم داخلًا من اللمف الباطن، الذي يعطي تركيبه غير المعتاد وكمونه +80mV+80\,\mathrm{mV} قوة سوق قدرها 150mV150\,\mathrm{mV}. والخلايا الشعرية الداخلية تشير إلى العصب السمعي؛ وأما 1200012\,000 خلية شعرية خارجية، تسوقها الحركة نفسها، فتنقبض وتستطيل مع الصوت بفضل البروتين الحركي بريستين وتضخ طاقة راجعة إلى اهتزاز الغشاء — أي مضخّم يحدّ التنغيم مئة ضعف وهو ما يخفق في معظم حالات الصمم. وتُقاس الشدة بالديسيبل: L=10log10(I/I0)L = 10\log_{10} (I/I_{0})، حيث I0=1×1012W/m2I_{0} = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2} عتبة السمع؛ وتعمل الأذن على مدى 120dB120\,\mathrm{dB}، أي تريليون ضعف في الشدة.

يسارًا: القوقعة مبسوطة — الغشاء القاعدي يتدرج من الصلب إلى الرخو، وكل تردد يبلغ ذروته في موضعه هو. ويمينًا: حزمة شعرية، تفتح وصلاتها القمية قنوات التحويل ميكانيكيًا حين تُثنى الحزمة.
يسارًا: القوقعة مبسوطة — الغشاء القاعدي يتدرج من الصلب إلى الرخو، وكل تردد يبلغ ذروته في موضعه هو. ويمينًا: حزمة شعرية، تفتح وصلاتها القمية قنوات التحويل ميكانيكيًا حين تُثنى الحزمة.
عضو كورتي من فوق: ثلاثة صفوف من الخلايا الشعرية الخارجية بحزم على شكل V، وصف واحد من الخلايا الشعرية الداخلية. وتفتح الوصلات القمية في كل حزمة القنوات؛ فالخلايا الخارجية تضخّم، والداخلية تخبر.
عضو كورتي من فوق: ثلاثة صفوف من الخلايا الشعرية الخارجية بحزم على شكل V، وصف واحد من الخلايا الشعرية الداخلية. وتفتح الوصلات القمية في كل حزمة القنوات؛ فالخلايا الخارجية تضخّم، والداخلية تخبر.

أمثلة

مثال 18.6 (أرقام الأذن)

عند عتبة السمع يتحرك الغشاء القاعدي نحو 0.1nm0.1\,\mathrm{nm} وتكون سعة الضغط 20µPa20\,\text{µ}\mathrm{Pa}، أي جزءًا من ملياري جزء من الضغط الجوي؛ وعند 120dB120\,\mathrm{dB} يكون الضغط أكبر بمليون مرة وحركة الغشاء عشرات النانومترات. والأذن الفتية تسمع من 20Hz20\,\mathrm{Hz} إلى 20kHz20\,\mathrm{kHz} وتفصل نغمتين تتباعدان 0.3%0.3\,\%، وقد حدّت الخلايا الشعرية الخارجية تمييز شفرة الموضع. وتشتعل ألياف العصب السمعي البالغة 3000030\,000 على خطى موجة الضغط حتى نحو 4kHz4\,\mathrm{kHz} (القفل الطوري)، فتحمل توقيتًا بدقة عشرات الميكروثواني، يحسب منها الدماغ اتجاه الصوت من فرق الوصول إلى الأذنين — وهو لا يتجاوز 10µs10\,\text{µ}\mathrm{s}. وتستعمل أعضاء التوازن الخلايا الشعرية نفسها: ففي القنوات نصف الدائرية يثنيها قصور السائل الذاتي حين يستدير الرأس (تسارع زاوي)، وفي أعضاء الحصيات تحمّلها طبقة من بلورات كربونات الكالسيوم بالجاذبية وبالتسارع الخطي.

اقرأ في الفصل ←