Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Słuch. Dźwięki Zakres słyszalnych dźwięków u wybranych zwierząt.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Słuch. Dźwięki Zakres słyszalnych dźwięków u wybranych zwierząt."— Zapis prezentacji:

1 Słuch

2 Dźwięki Zakres słyszalnych dźwięków u wybranych zwierząt.

3 Ewolucja narządów słuchu 1.Zmysł słuchu i równowagi wywodzi się z organu linii bocznej. 2.U niektórych ryb receptory (elektroreceptory) są czułe na pole elektryczne. 3.Elektroreceptory mogą odbierać generowane i zewnętrznie zaburzane pole elektryczne (elektrolokacja) lub zewnętrznie generowane pole elektryczne. 4.Słuch najlepiej rozwinięty u ptaków i ssaków Electrophorus electricus

4 Ucho zewnętrzne, środkowe i wewnętrzne

5 Ucho środowe i wewnętrzne W uchu środkowym zachodzi transmisja mechaniczna. Młoteczek kowadełko i strzemiączko przekazuje drgania błony bębenkowej do ucha wewnętrznego.

6 (Nie)dopasowanie impedancji Woda – ucho wewnętrzne Amplitudowe współczynniki odbicia i załamania opór falowy (impedancja) gęstość ośrodka prędkość rozchodzenia się drgań w ośrodku Energetyczne współczynniki odbicia i załamania

7 Energetyczne współczynniki odbicia i załamania Przechodzi 1/1000 energii fali: strata 30 dB (Nie)dopasowanie impedancji cd.

8 Transformacja 1 Błona bębenkowa młoteczek kowadełko strzemiączko ~ 55 mm 2 ~ 3.2 mm 2 Stosunek powierzchni 17:1 Poziom ciśnienia dźwięku 20log 10 P/P ref Zyskujemy 20log 10 17/1 = 25dB Ciśnienie = siła/powierzchnia

9 Transformacja 2 młoteczek kowadełko Stosunek długości 9:7 Poziom ciśnienia dźwięku 20log 10 P/P ref Zyskujemy 20log 10 9/7 = 2 dB 9 mm 7 mm

10 Amplituda drgań powietrza dla progu słyszalności Akustyczna fala biegnąca Energia fali Natężenie fali Próg słyszalności 0 dB Amplituda fali Amplituda fali dźwiękowej o częstości 440 Hz A < średnica atomu (~ m)

11 Natężenie dźwięku i poziom ciśnienia dźwięku Natężenie dB CiśnieniePrzykłady 10 8 W/m *10 5 PaWybuch wulkanu 10 2 W/m *10 2 PaOdrzutowiec, 50 m 1 W/m *10 1 Pa Gwizdek, 1m W/m PaDisco, 1m od głośnika W/m *10 -1 PaRuchliwa ulica, 5 m W/m *10 -2 PaRozmowa, 1 m W/m *10 -3 PaZacisze biblioteki W/m *10 -4 PaTło w studiu TV W/m 2 0 2*10 -5 PaPróg słyszalności Próg dyskomfortu Próg bólu

12 Jak działa ucho?

13

14

15

16

17 Wysoka częstość Niska częstość

18 Ślimak i błona podstawna

19 Rezonansowa teoria Helmholtza Różne częstości dźwięku są zakodowane przez ich położenie wzdłuż błony podstawnej. Krótkie struny (u podstawy) będą odpowiadać wysokim częstościom, długie struny u wierzchołka będą odpowiadać niskim częstościom

20 Teoria fali biegnącej - Von Bekesy (1928). Nobel 1961 Georg von Békésy (1899 – 1972) Obwiednie fal biegnących dla 3 różnych częstości Ciśnienie wywierane na okienko owalne wywołuje falę biegnącą w ślimaku co powoduje oscylacje błony podstawnej w ślimaku

21 Problem: szeroka obwiednia fali biegnącej a słyszymy czyste tony Wniosek: musi istnieć dodatkowy mechanizm strojenia systemu słuchowego do częstości dźwięku. Ruch pasywny błony podstawnej Ruch błony w wyniku mechanizmów wzmocnienia w ślimaku Potwierdzenie: drgania błony podstawnej

22 Dwa typy komórek włoskowatych Przekrój poprzeczny przez ślimak, pokazujący narząd Cortiego.

23 Dwa typy komórek włoskowatych Mikrografie ze skaningowego mikroskopu elektronowego ukazujące ułożenie komórek włosowatych wewnętrznych i zewnętrznych oraz ich rzęsek. Komórki zewnętrzne ułożone są w trzy rzędy, a ich rzęski ułożone są w kształcie V. Komórki wewnętrzne leżą w jednym rzędzie.

24 Organizacja i własności wewnętrznych i zewnętrznych komórek włoskowatych

25 Funkcjonalna organizacja wewnętrznych i zewnętrznych komórek włoskowatych Współdziałanie kanałów K + i Ca 2+ wytwarza oscylujący potencjał błonowy, który wzmacnia się dla wybranej częstości na zasadzie rezonansu. Każda komórka włoskowata ma charakterystyczną dla siebie częstość, na którą odpowiada najlepiej.

26 Taniec komórek Zewnętrzna komórka włoskowata podłączona do pipety patch clamp. Przy pomocy pipety regulowany jest potencjał błonowy, odpowiadający obwiedni niskich częstości melodii Rock around the Clock. Komórka włoskowata zmienia długość w zależności od napięcia, lecz zachowuje objętość. Za zmianę długości odpowiadają włókna kurczliwe ułożone w kratownice, umieszczone w błonie komórkowej. Film z:

27 Odkształcenie błony podstawnej ku górze powoduje depolaryzację i skurcz komórek Ruch komórek włoskowatych zewnętrznych

28 Odkształcenie błony podstawnej w kierunku przeciwnym (ku dołowi) powoduje hiperpolaryzację i wydłużenie komórek Ruchy komórek włoskowatych zewnętrznych

29 Wzmacniacz ślimakowy Komórki włoskowate zewnętrzne mechanicznie wzmacniają ruchy błony pokrywającej. Komórki włoskowate wewnętrzne odbierają wzajemne ruchy pomiędzy błoną podstawną i pokrywającą.

30 Funkcja wzmacniacza ślimakowego Funkcje: - Wysoka czułość - Precyzyjne dostrajanie Produkt uboczny: - Uszne emisje akustyczne (spowodowane emisją energii mechanicznej ze ślimaka) (emisje otoakustyczne, gr. otós: ucho; słuch)

31 Jak działa wzmacniacz? Trzy hipotezy działania wzmacniacza ślimakowego. A.Potencjał transdukcji w komórkach włosowatych zewnętrznych (OHC) uruchamia siłę motoryczną (ac), która wzmacnia lub osłabia wychylenia błony podstawnej i pokrywającej (BM- TM) B.Potencjał receptora aktywuje stały potencjał (dc) uruchamiający stałą siłę motoryczną która z zmienia punkt operacji układu (BM-TM). C.Aktywacja włókien wejściowych poprzez komórki włosowate wewnętrzne (IHC) stanowi dodatkową kontrolę ustawienia punktu operacji.

32 Mechanizmy dostrajania 2 – zależność od położenia Struktura i własności komórek włoskowatych zewnętrznych zmieniają się wzdłuż ślimaka. Zmiany te są skorelowane z różnymi częstościami odbieranymi wzdłuż ślimaka ale znaczenie wszystkich zmian nie jest zrozumiane.

33 Kontrola odśrodkowa (centrifugal fibers) Włókna odśrodkowe hamują komórki włoskowate zewnętrzne poprzez hyperpolaryzację błony komórkowej i zmniejszenie motorycznego wyjścia komórki. Neurotransmiterem w synapsach eferentnych jest acetylocholina (ACh). Zapis z komórek włoskowatych w ślimaku żółwia.

34 Krzywa strojenia Krzywe strojenia komórki włoskowatej ślimaka. Krzywa obrazuje próg pobudzenia dla przedziału częstości.

35 Left Auditory cortex Right Auditory cortex Cochlea Medial geniculate nucleus Inferior colliculus Superior Olivary nucleus Ipsilateral Cochlear nucleus Auditory nerve fiber Drogi słuchowe Droga słuchowa: - ślimak -jądro ślimakowe -jądra górne oliwki -wzgórki czworacze dolne -ciało kolankowate przyśrodkowe (wzgórze) -kora słuchowa

36 Neurony jądra ślimakowego Włókna słuchowe rozdzielają się w jądrze ślimakowym do różnych obszarów. W każdym obszarze zachowana jest organizacja tonotopowa. Komórki w CN mają różne własności odpowiedzi na czysty ton. Np. Komórki ON służą do przekazywania stymulacji o wysokiej częstości. Komórki typu Pauser informuja o rozpoczęciu i kontynuacji stymulacji, komórki Primary-like zachowują obwiednie.

37 Lokalizacja dźwięku w jądrach górnych przyśrodkowych oliwki (medial superior olive) Komórki MSO określają pozycje dźwięku poprzez różnice czasowe dochodzenia sygnałów z obu uszu. Dana komórka MSO odpowiada najmocniej gdy wejścia z obu uszu przychodzą równocześnie. Następuje to w wyniku kompensacji (poprzez różną długość aksonów) opóźnienia spowodowanego różnicą w czasie docierania dźwięku do obu uszu. Systematyczna (i odwrotna) zależność w opóźnieniu obu wejść tworzy mapę źródła dźwięku. Na rysunku, komórka E byłaby najbardziej czuła na dźwięki z lewej strony, A – na dźwięki z prawej. Komórka C odpowiada na dźwięki z przodu. Rozdzielczość czasowa komórek ~ 10 s

38 Lokalizacja dźwięku w jądrach górnych bocznych oliwki (lateral superior olive) Komórki LSO kodują położenie źródła dźwięku poprzez różnice w intensywności. LSO otrzymują wejście pobudzające z ipsilateralnego jądra ślimakowego. Wejście z jądra kontralateralnego jest hamujące. Układ wejść pobudzających i hamujących powoduje, że komórki LSO odpalają najmocniej w odpowiedzi na bodziec znajdujący się z boku, z tej strony co LSO (najmocniejsze pobudzenie, najsłabsze hamowanie). Dźwięki z przodu powodują najsłabsze pobudzenie LSO (pobudzenie równoważy hamowanie).

39 Organizacja tonotopowa Przekrój przez jądro ślimakowe kota ukazujący przestrzenną reprezentację charakterystycznych częstości ślimaka. Mapowanie tonotopowe czyli odwzorowanie częstości na lokalizację przestrzenną na błonie podstawnej ślimaka. Mapowanie tonotopowe jest zachowane wzdłuż całej ośrodkowej drogi słuchowej i występuje w pierwszorzędowej korze słuchowej.

40 Organizacja funkcjonalna Izoczęstościowe pasy w pierwszorzędowej korze słuchowej. Każda komórka korowa jest pobudzana (EE) lub pobudzana przez kontralateralne ucho i hamowana przez ucho ipsilateralne (EI). Komórki EE i EI tworzą pasy prostopadłe do pasów izoczęstości.

41 Echolokacja u nietoperza Poszczególne obszary kory słuchowej nietoperza specjalizują się w odbiorze rożnych składowych informacji. Znaczny obszar kory słuchowej odpowiada częstościom 60 – 62 kHz (Doppler shift area) i zawiera mapy częstościowo - amplitudowe z neuronami kodującymi periodyczność uderzeń skrzydeł owada. Obszar (CF1/CF2 i CF1/CF3 ) zawiera neurony kodujące przesunięcie Dopplera pomiędzy pulsem i echem 2 i 3 harmonicznej, generujące odpowiedź na określoną prędkość obiektu. Obszary FM1-FM2, FM1- FM3 i FM1-FM4 analizują opóźnienia pomiędzy impulsem a echem 2, 3 i 4 harmonicznej – trzy mapy odległości przedmiotu.. Nietoperz wąsaty (moustache bat) emituje dźwięk o stałej częstości (constant frequency, CF) a następnie przemiata obszar malejącymi częstościami (frequency modulated, FM). FM służy do lokalizacji obiektu, CF do określenia prędkości i szczegółów (np. ruchu skrzydeł obiektu). W impulsie CF-FM znajdują się wyższe harmoniczne, które również służą echolokacji. Echo drugiej harmonicznej ( KHz) jest podstawą do określenia przesunięcia Dopplerowskiego wytworzonego przez obiekt. Kora słuchowa zawiera wiele map slimakotopowych – np. prędkości i położenia ofiary

42 Sprawność 99%….

43 Trzaski czy muzyka? Poziom aktywności mózgu człowieka obrazowany techniką fMRI. Umiarkowany poziom aktywności występuje w obszarach kory słuchowej człowieka podczas słuchania nie znaczących dźwięków (obraz lewy). Podczas słuchania muzyki, obszary te stają się bardziej aktywne. Dodatkowo aktywowane są nowe obszary, co związane jest z bogatszym znaczeniem dźwięków (obraz prawy).


Pobierz ppt "Słuch. Dźwięki Zakres słyszalnych dźwięków u wybranych zwierząt."

Podobne prezentacje


Reklamy Google