Α΄Λυκείου, Πειραματικό Λύκειο Πατρών AKOH Ιωάννα Ταούκη, 23/1/14

Λειτουργίες ωτός Αισθητήριο όργανο για: Ακοή Ισορροπία Το αυτί λειτουργεί σαν αισθητήριο όργανο για δύο αισθήσεις, την ακοή και την ισορροπία. Με την ακοή ανιχνεύουμε τους ήχους ενώ με την ισορροπία εντοπίζουμε την θέση της κεφαλής μας στο χώρο και διαπιστώνουμε την κίνηση μας ως προς τον κατακόρυφο άξονα (γραμμική επιτάχυνση) και τον οριζόντιο (περιστροφική κίνηση). Οι υποδοχείς είναι κοινοί και για τις δυο αισθήσεις, τα τριχοφόρα κύτταρα, τα οποία συγκαταλέγονται στους μηχανοϋποδοχείς.Οι περίπλοκες όμως δομές που τα πλαισιώνουν τα βοηθούν ώστε να ανταποκρίνονται και στις δυο αισθήσεις.

Τι συνιστά έναν ήχο; Ήχος = ηχητικό κύμα Χαρακτηριστικά του ήχου Συχνότητα (αρ. Δονήσεων/sec) Ένταση (εύρος/πλάτος κύματος) Η ηχητική ενέργεια μεταδίδεται εντός ενός αερίου, υγρού και στερεού μέσου, με τη μετάδοση δονήσεων στα μόρια του κάθε μέσου. Το πιο συνηθισμένο μέσο μετάδοσης του ήχου είναι ο αέρας. Όταν δεν υπάρχουν καθόλου μόρια αέρα όπως το κενό, οήχος δεν μπορεί να μεταδοθεί. Οτιδήποτε λοιπόν μπορεί να προκαλέσει διαταραχή μορίων μπορεί να λειτουργήσει ως ηχητική πηγή Η διαταραχή των μορίων του αέρα που προκαλεί τον ήχο αποτελείται από ζώνες συμπίεσης, στις οποίες τα μόρια είναι πολύ κοντά μεταξύ τους και η πίεση εκεί είναι αυξημένη. Ανάμεσά τους παρεμβάλλονται οι ζώνες αραίωσης του αέρα όπου τα μόρια απέχουν αρκετά μεταξύ τους και η πίεση είναι μικρή. Στο μέσο λοιπόν που συμβαίνει η δόνηση λέμε ότι διαδίδεται ένα ακουστικό κύμα. Ποιά είναι τα χαρακτηριστικά ενός κύματος; Το πλάτος του που εδώ μας δίνει την ένταση του ήχου και η περίοδός του, που αποτελεί το αντίθετο της συχνότητας. Η συχνότητα λοιπόν στο ηχητικό κύμα μας δίνει τον αριθμό των δονήσεων των μορίων ανά δευτερόλεπτο και καθορίζει τον ήχο που ακούμε Ήχος= Δόνηση των μορίων ενός μέσου Διάδοση ακουστικού κύματος στο μέσο που συμβαίνει η δόνηση Μεταβολές πίεσης (πυκνώματα και αραιώματα) που μεταδίδονται με μιά ορισμένη ταχύτητα Συχνότητα¨ Δονήσεις/sec (Hz) Ανθρώπινη ακοή (20-20000hz)- συχνότητες που ακούν τα άλλα ζώα (συχνότερες συχνότητες για τον άνθρωπο 1000-4000Hz) Καθορίζει τον τόνο που ακούμε (π.χ. Λα χαμηλή, λα ψηλή) Ένταση-ισχύς της δόνησης, καθορίζεται από το πλάτος της δόνησης- το αυτί αντέχει συγκεκριμένη ώρα ανά ένταση Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος ανάμεσα στην πίεση των μορίων στις ζώνες συμπίεσης και αραίωσης τόσο πιο έντονος θα είναι και ο ήχος. Μπορούμε να διακρίνουμε περισσότερο από 400.000 διαφορετικούς ήχους. Ονομάζουμε κύμα κάθε μηχανισμό διάδοσης μιας διαταραχής που μεταφέρει ενέργεια και ορμή με ορισμένη ταχύτητα.

Διακύμανση ακουστών συχνοτήτων Τα διάφορα ζώα έχουν διαφορετικό εύρος συχνοτήτων στο οποίο ακούν. Οι νυχτερίδες και ένα είδος ψαριού που ονομάζεται γουρουνόψαρο ακούν από τις πιο υψηλές συχνότητες, ενώ τα φίδια από τις χαμηλότερες.

ΥΠΕΡΗΧΟΙ ΚΑΙ ΥΠΟΗΧΟΙ Με τον όρο υπόηχος περιγράφεται κάθε ήχος του οποίου η συχνότητα είναι χαμηλότερη από το κατώτατο όριο συχνοτήτων που μπορούν να γίνουν αντιληπτές από την ανθρώπινη ακοή. Υποηχητική μελετά τους ήχους αυτούς και χρησιμοποιείται πολύ από τους σεισμολόγους για την ανίχνευση σεισμών. Τα ζώα είναι γνωστό ότι αντιλαμβάνονται τους υπόηχους που μεταδίδονται μέσα στη γη ή στο νερό και υποστηρίζεται ότι αυτή τους η ικανότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προειδοποίηση για φυσικές καταστροφές που γεννούν υπόηχους. Κατά τη διάρκεια του Σεισμού στην Ινδονησία και του τσουνάμι που ακολούθησε το 2004, παρατηρήθηκε ότι τα ζώα απομακρύνθηκαν από τις ακτές πολύ πριν το τσουναμι φτάσει σε αυτές.[1] Από άλλους όμως ερευνητές υποστηρίζεται ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα προειδοποίησαν τα ζώα και όχι οι υπόηχοι.[9] Στις 31 Μαΐου 2003, μια ομάδα Βρετανών ερευνητών διεξήγαγαν ένα πείραμα όπου συνολικά περίπου 700 άνθρωποι άκουσαν μουσική στο υπόβαθρο της οποίας παρεμβάλλονταν ημιτονικά κύματα υπόηχων συχνότητας 17 Hz, που παράγονταν από ένα subwoofer που βρισκόταν στα δυο τρίτα της απόστασης από το άκρο ενός επτάμετρου πλαστικού σωλήνα. Το πειραματικό κονσέρτο (με την ονομασία Υποηχητικό) έγινε στην αίθουσα συναυλιών Purcell Room και αποτελούνταν από τέσσερα μουσικά κομμάτια. Δυο από τα κομμάτια περιείχαν στο υπόβαθρο υπόηχους. Στο δεύτερο κονσέρτο, οι υπόηχοι έπαιζαν στο υπόβαθρο των άλλων δυο κομματιών, έτσι ώστε το τελικό αποτέλεσμα να μην εξαρτάται από κάποιο συγκεκριμένο κομμάτι. Η παρουσία του τόνου υποήχων προκάλεσε μια αύξηση περίπου 22% των συμμετεχόντων που ένιωσαν άγχος, ανησυχία, έντονη θλίψη, αισθήματα αποστροφής ή φόβου, ανατριχίλες και βάρος στο στήθος σε σχέση με όσα κομμάτια δεν περιείχαν υποήχους, και επιπλέον αύξησε την ένταση των συναισθημάτων.[11][12] Το συμπέρασμα του πειράματος κατά τον επιστήμονα που το διοργάνωσε ήταν ότι οι ήχοι χαμηλής συχνότητας μπορούν να προκαλέσουν ασυνήθιστα ή δυσάρεστα αισθήματα στους ανθρώπους παρά το γεγονός ότι δεν μπορούν να γίνουν αντιληπτοί. Κατά την ίδια έρευνα, οι υπόηχοι μπορεί να είναι υπεύθυνοι για τα περίεργα φαινόμενα που παρουσιάζονται σε μέρη που θεωρούνται στοιχειωμένα. Υπέρηχος ονομάζεται το μηχανικό κύμα με συχνότητα μεγαλύτερη από αυτήν που μπορεί να ακούσει ο άνθρωπος (περίπου 20.000 Hz).   Μέσα στο σώμα ο υπέρηχος ανακλάται στις περιοχές όπου υπάρχει μεγάλη αλλαγή στην πυκνότητα.

ΘΟΡΥΒΟΣ ή ΜΟΥΣΙΚΗ; Θόρυβος=ακανόνιστα πρότυπα ηχητικών κυμάτων Μουσική=κανονικά πρότυπα ηχητικών κυμάτων Μουσική=αλληλουχία τόνων. Τα ηχητικά κύματα με αλληλουχίες τόνων γίνονται αντιληπτά ως μουσική Η μουσική είναι δύσκολο να οριστεί ακριβώς, όμωςσ τα χαρακτηριστικά των μουσικών νότων εξαρτώνται από την πηγή του ήχου-ένα μουσικό όργανο- και από τον τρόπο με τον οποίο αυτό παίζεται. Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο στη μουσική είναι ο τόνος ή η ποιότητα ενός ήχου. Ο τόνος εξαρτάται από το πόσες διαφορετικές συχνότητες της νότας ακούγονται ταυτόχρονα. Ο ακουστικός φλοιός ανταποκρίνεται σε διαφορετικά μουσικά χαρακτηριστικά. Πρωτογενής φλοιός συχνότητες Δευτερογενής αρμονία και ρυθμό

Χρονικά όρια έκθεσης για το θόρυβο

Ανάπτυξη ακοής πριν και μετά τη γέννηση Μέσα στη μήτρα 2μηνών: αρχίζουν να σχηματίζονται τα ώτα 4-5 μηνών: Αρχίζει να ακούει ήχους 5-6 μηνών: Το σύστημα ακοής είναι πλέον πλήρως σχηματισμένο 6 μηνών: Μπορεί να ακούει φωνές 6-7 μηνών: Μπορεί να αναγνωρίζει φωνές Μετά τη γέννηση 0-1 μηνός: Μπορεί να αναγνωρίζει οικείους και ξένους ήχους 4-5 μηνών: Μπορεί να διακρίνει μεταξύ της ομιλίας και άλλων ήχων 9-16 μηνών: Αρχίζει να αρθρώνει λόγο Το ανθρώπινο έμβρυο έχει κάποια βασική ικανότητα ακοής από την ηλικία των 18 εβδομάδων. Αυτή η ικανότητα ωριμάζει και αναπτύσσεται. Ακούει καλύτερα τους ήχους χαμηλής συχνότητας από ότι υψηλής. Από γέννηση ως 4 μηνών αρχίζει να αντιδρά στους απότομους ήχους. Από τους 6 αρχίζει να αναγνωρίζει και να παράγει ήχους. 6-12 αρχίζει να λέει ασυνάρτητες κουβέντες και να λέει μερικές βασικές λέξεις. Η πολύ βραδεία ανάπτυξη μπορεί να δηλώνει πρόβλημα ακοής.

Αντιπροσώπευση των αισθήσεων στο φλοιό του εγκεφάλου Όλες οι αισθήσεις αντιπροσωπεύονται στον εγκέφαλο. Έτσι και η ακοή. Γι αυτό καμιά φορά λέμε ότι ακούμε με τον εγκέφαλο στην πραγματικότητα και όχι με τα αυτιά μας. Πώς και ως τι όμως φτάνει ο ήχος στον εγκέφαλό μας;

Πώς όμως αντιλαμβανόμαστε τον ήχο; Η αίσθηση της ακοής έχει τρεις κύριες συνιστώσες: 1. Το μηχανικό σύστημα που συλλέγει και μεταδίδει τις ηχητικές πληροφορίες ώστε να διεγερθούν τα τριχωτά κύτταρα στον κοχλία 2. Τα αισθητήρια κύτταρα που μετατρέπουν τον μηχανικό παλμό σε ηλεκτρικό, δηλαδή παράγουν νευρικό παλμό, ο οποίος μεταδίδεται μέσω των κοχλιακών νεύρων στον εγκέφαλο, 3. Tον ακουστικό φλοιό, το τμήμα δηλαδή του εγκεφάλου που αποκωδικοποιεί και μεταφράζει τα ηλεκτρικά σήματα των κοχλιακών νεύρων. (Οι ηχητικές δονήσεις που αναφέραμε μετατρέπονται σε ηλεκτρικές ώσεις στον κοχλία. Από εκεί μεταβιβάζονται στον ακουστικό φλοιό και στις συνειρμικές περιοχές του μέσω προμήκη μυελού και του θαλάμου.) Ακοή είναι η αντίδραση του οργανισμού στη δόνηση των ηχητικών κυμάτων που μεταφέρονται μέσω του αέρα. Η διαδικασία αυτή χωρίζεται σε τρία στάδια. Αρχικά συλλέγονται τα ηχητικά κύματα στο εξωτερικό αυτί, διαπερνούν το μεσαίο και μεταβιβάζονται στο εσωτερικό όπου βρίσκονται οι υποδοχείς του ήχου.

Τα οστάρια μεταφέρουν την συνολική ισχύ που εφαρμόζεται στον ΜΕΣΟ ΟΥΣ ΈΣΩ ΟΥΣ Τα οστάρια μεταφέρουν την συνολική ισχύ που εφαρμόζεται στον Τυμπανικό (ΤΥ) στην ωοειδή θυρίδα (ΩΘ). Αυξάνεται η δύναμη στην επιφάνεια της ΩΘ 15-20 φορές. Μυς: Ο τείνων το τύμπανο και ο μυς του αναβολέα. ΈΞΩ ΟΥΣ Περιλαμβάνει τα αισθητήρια όργανα του ήχου (κοχλίας) και της Ισορροπίας (ημικύκλιοι πόροι) Το πρώτο βήμα στη δημιουργία της ακοής είναι η είσοδος του ηχητικού κύματος στον έξω ακουστικό πόρο. Τα διάφορα σχήματα του έξω ωτός και του έξω ακουστικού πόρου βοηθούν στην ενίσχυση και την κατεύθυνση του ήχου. Τα ηχητικά κύματα αντηχούν στις διάφορες πλευρές και στο πέρας του έξω ακουστικού πόρου γεμίζοντας το έξω ους με συνεχείς δονήσεις κυμάτων. Ο τυμπανικός υμένας εκτείνεται στο τέλος του έξω ακουστικού πόρου τον οποίο αποφράσσει. Έτσι, τα μόρια του αέρα πέφτουν πάνω στην τυμπανική μεμβράνη δονώντας την με την ίδια συχνότητα με εκείνη των ηχητικών κυμάτων. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ήχου τόσο πιο πολύ εισέρχεται προς τα μέσα η τυμπανική μεμβράνη. Κατά τις ζώνες αραίωσης ο υμένας επανέρχεται στην αρχική του θέση. Ανάλογα με τη συχνότητα του ήχου μεταβάλλεται η δόνηση του υμένα. Εκτός αυτού ο υμένας χωρίζει τον έξω ακουστικό πόρο από την κοιλότητα του μέσου ωτός που είναι γεμάτη αέρα. Οι πιέσεις στον έξω ακουστικό πόρο και την κοιλότητα του μέσου ωτόςείναι φυσιολογικά ίσες με την ατμοσφαιρική πίεση Βοηθά στην ενίσχυση και την κατεύθυνση του ήχου. Ο τυμπανικός υμένας δονείται με συχνότητα ίδια με αυτή των ηχητικών κυμάτων.

Έξω ους Πτερύγιο  Αγωγή ηχητικών κυμάτων Έξω ακουστικός πόρος (2,5cm) Καταλήγει στο τύμπανο Τυμπανικός υμένας Χωρίζει έξω με μέσο αυτί Το πτερύγιο του αυτιού είναι μία κατασκευή από χόνδρο που καλύπτεται από δέρμα, στο κάτω άκρο του υπάρχει μόνο λίπος που ονομάζεται λοβίο του αυτιού.

Μέσο ους Αεροφόρος κοιλότητα Σφύρα, άκμονας, αναβολέας: ενίσχυση του ήχου Ευσταχιανή σάλπιγγα: επικοινωνία με ρινοφάρυγγα, εξίσωση πιέσεων με ατμόσφαιρα Είναι μία αεροφόρος κοιλότητα στην οποία βρίσκονται τα τρία ακουστικά οστάρια που είναι η σφύρα, ο άκμονας και ο αναβολέας. Ο χώρος μεταξύ του τυμπανικού υμένα και του έσω ωτός ονομάζεται το κοίλο του τυμπάνου. Μέρος του μέσου αυτιού είναι και η ευσταχιανή σάλπιγγα, η οποία αποτελεί αεραγωγό σωλήνα μήκους 3,5 περίπου εκατοστών, μέσω της οποίας το μέσο αυτί επικοινωνεί με τον ρινοφάρυγγα. Το μηχανικό ερέθισμα (ηχητικό κύμα) μέσω των οσταρίων φθάνει στον κοχλία, όπου μετατρέπεται σε παλμό ηλεκτρικού δυναμικού. Ο κοχλίας και το εσωτερικό αυτί περιέχουν υγρό (λέμφο) και η μετάδοση των πιέσεων στην περιοχή αυτή γίνεται με υδραυλικά κύματα πίεσης. Η σφύρα βρίσκεται σε επαφή με τον τυμπανικό υμένα και μεταδίδει τη δόνηση μέσω του άκμονα στον αναβολέα. Ο αναβολέας συνδέεται με την ωοειδή μεμβράνη που καλύπτει την ωοειδή θυρίδα στη βάση του κοχλία.

Μέσο ους Όταν καταπίνουμε ή χασμουριόμαστε η ευσταχιανή σάλπιγγα ανοίγει και αφού επικοινωνεί με τον εξωτερικό αέρα εξισώνει την πίεση στις δύο πλευρές του τυμπάνου. Με αλλαγές τις ατμοσφςαιρικής πίεσης προκαλείται πόνος στο τύμπανο λόγω της διαφοράς πίεσης στις δύο πλευρές του. Γι΄αυτό όταν πονάνε τα αυτιά μας πρέπει να καταπίνουμε..ή να χασμουριόμαστε!

Έσω ους (λαβύρινθος) Κοχλίας: υδατοβρίθες (λέμφος) ελικοειδές πέρασμα του κροταφικού οστού Ημικύκλιοι πόροι ισορροπία Όργανο του Corti αισθητήριο όργανο της ακοής Μετάδοση ηχητικής ενέργειας από τον τυμπανικό υμένα διαμέσου της κοιλότητας του μέσου ωτός στο έσω ους. Στο τοίχωμα του κοίλου του τυμπάνου που αντιστοιχεί στην αίθουσα υπάρχουν 2 οπές, η ωοειδής και η στρογγύλη θυρίδα. Ο κοχλίας είναι ένας ελικοειδής σωλήνας και μέσα σε αυτόν βρίσκεται το αισθητήριο όργανο της ακοής ή όργανο του Corti. Από το έσω αυτί ξεκινά το ακουστικό νεύρο (όγδοη εγκεφαλική συζυγία) που καταλήγει στα αντίστοιχα εγκεφαλικά κέντρα του ακουστικού φλοιού του εγκεφάλου.

Ο κοχλίας διαχωρίζεται σε όλο το μήκος από ένα μεμβρανώδη σωλήνα που ονομάζεται κοχλιακός πόρος (ΚΠ). Από την μια πλευρά του ΚΠ υπάρχει η αιθουσαία κλίμακα και από την άλλη η τυμπανική ή ακουστική κλίμακα. Η αιθουσαία και ακουστική κλίμακα συναντώνται στο ελικότρημα.

ΚΟΧΛΙΑΣ κοχλιακό νεύρο ωοειδής θυρίδα ελικότρημα στρογγυλή θυρίδα αναβολέας αιθουσαία κλίμακα αιθουσαία μεμβράνη καλυπτήρια μεμβράνη βασική μεμβράνη τυμπανική κλίμακα κοχλιακός πόρος

καλυπτήρια μεμβράνη στερεοκροσσοί εξωτερικά τριχοφόρα κύτταρα φυγόκεντροι νευράξονες δίαυλος του Corti εσωτερικά τριχοφόρακύτταρα βασική μεμβράνη κεντρομόλοι νευράξονες False-colour scanning electron micrograph of hair cells (yellow v-shaped structures) which are part of the organ of Corti in the inner ear. This organ is situated inside the cochlea and converts the mechanical energy of sound waves into electrical stimuli. The hair cells are immersed in a fluid called endolymph and react to the pressure of sound waves with an undulatory motion. This motion stimulates a nerve ending in each group of hair cells which carries a signal to various parts of the brain through the Cochlear nerve. Epithelial cells are covered here by microvilli (purple spheres). Magnification: x3900 at 6x7cm size.

ηχητικά κύματα βασική μεμβράνη αιθουσαία μεμβράνη καλυπτήρια μεμβράνη τυμπανικός υμένας σφύρα άκμονας αναβολέας περιλέμφος στην αιθουσαία κλίμακα βασική μεμβράνη ενδολέμφος στον κοχλιακό πόρο περιλέμφος στην τυμπανική κλίμακα στρογγυλή θυρίδα αιθουσαία μεμβράνη καλυπτήρια μεμβράνη κοχλιακό νεύρο τριχοφόρο κύτταρο στερεοβλεφαρίδες κοχλιακός πόρος

Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΑΚΟΗΣ Κοχλιακό νεύρο Άκμονας Αναβολέας Έξω Ωοειδής ακουστικός πόρος Ωοειδής Θυρίδα Σφύρα Αιθουσαία Κλίμακα (perilymph) Αιθουσαία Μεμβράνη SOUND WAVES Ηχητικά Κύμματα membrane Κοχλιακός Πόρος (ενδολέμφο) Τυμπανική Κλίμακα (έξω λέμφο) Βασική Μεμβράνη/ Υμένας Τυμπανική Μεμβράνη Στριγγυλή Θυρίδα