Aktiver Verstärker im Innenohr

Los Angeles (USA) - Das menschliche Gehör ist ein erstaunliches Organ: Es nimmt Töne wahr, die sich sowohl in der Lautstärke wie in der Tonhöhe um viele Größenordnungen unterscheiden. Wissenschaftlern ist insbesondere ein Rätsel, wie die Ohren es schaffen, extrem leise Töne zu hören. Das Gehör ist in der Lage, Geräusche wahrzunehmen, die eigentlich unterhalb der Anregungsstärke liegen, die die mit Bündeln feiner Härchen besetzten Sinneszellen im Innenohr benötigen. Die Erklärung für dieses alte Rätsel der Sinnesphysiologie könnte in spontanen Schwingungen der Haarzellen liegen. Wie kalifornische Forscher im Fachblatt „Physical Review Letters“ berichten, können sich die Härchen auf die Frequenz von Geräuschen einstimmen. Bei höheren Lautstärken sind die Schallwellen stark genug, um die Haarzellen im Takt mitschwingen zu lassen. Bei sehr schwachen Signalen verliert sich diese Synchronisation zwar schnell, geschieht nach kurzer Einschwingungsphase aber wieder erneut. Das Wechselspiel von Eigenschwingung und periodischer Einstimmung auf schwache Schallwellen verstärkt diese bis über die Wahrnehmungsgrenze.

„Die Haarzellen im Innenohr besitzen damit einen aktiven Verstärker, der es ihnen erlaubt, extrem leise Signale zu erfassen“, berichtet Yuttana Roongthumskul von der University of California in Los Angeles. Im Innenohr sitzen Tausende solcher Haarzellen, von denen jedes wiederum ein Bündel von dreißig bis fünfzig Härchen besitzt, die in die mit Flüssigkeit gefüllte Gehörschnecke ragen. Die Haarzellen setzen die Schwingungen der Schallwellen in elektrische Signale um, die von Nervenzellen ans Gehirn gesendet werden.

Die Forscher untersuchten die Haarzellen von Ochsenfröschen, die sie auf einem Objektträger fixierten. Sie versetzten sie mit einer vibrierenden Glasfaser in Schwingung. Dann filmten sie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera die Bewegung der Härchen. Dabei stellten sie fest, dass bei sehr schwachen Signalen die Synchronisation zwischen Glasfaser und Härchen nur noch phasenweise stattfand. Das Überraschende war aber, dass die Haarzellen sich dank ihrer spontanen Eigenschwingung überhaupt mit den Schallwellen synchronisieren konnten.