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Cuáles son los “modos ocultos” en el oído humano que redefinen cómo escuchamos
Un grupo de físicos de la Universidad de Yale, en Estados Unidos, ha descubierto un conjunto inexplorado de modos mecánicos en la cóclea que afectan la forma en que el oído amplifica el sonido, maneja el ruido y distingue frecuencias.
Este revelador hallazgo, publicado en la revista PRX Life, tiene el potencial de mejorar la comprensión sobre la audición de baja frecuencia y de redefinir los mecanismos de la percepción auditiva humana.
La cóclea, un órgano en forma de espiral localizado en el oído interno, transforma el sonido en señales eléctricas que el cerebro puede interpretar. La audición humana es capaz de detectar sonidos con una increíble precisión, abarcando un rango de frecuencias de tres órdenes de magnitud y un rango de potencia que supera un billón de veces.
El sonido produce ondas en la membrana basilar, una estructura esencial para la transmisión de vibraciones en la cóclea. Para que el oído sea sensible a sonidos débiles, la energía que se disipa en la cóclea depende de procesos activos en las células ciliadas.
Estas células tienen un papel doble: detectan frecuencias sonoras y actúan como amplificadores mecánicos, contrarrestando la fricción para facilitar la propagación de ondas sonoras.
“Cada tono puro se escucha en un punto específico de este órgano en espiral. Las células ciliadas en ese lugar le informan al cerebro qué tono estás percibiendo”, explicó Asheesh Momi, investigador de Yale y primer autor del estudio.
Hasta ahora, solo se conocía un conjunto de modos de audición dentro de la cóclea, considerados responsables de la transmisión y amplificación del sonido. Sin embargo, el equipo de Yale ha identificado una segunda serie de modos mecánicos que poseen características diferentes.
De acuerdo con los investigadores, la membrana basilar permite dos tipos de modos auditivos:
- Modos localizados: se activan en puntos específicos y operan en gran medida de manera desacoplada entre sí. Estos pueden ser amplificados de forma independiente por las células ciliadas mediante un mecanismo de retroalimentación.
- Modos extendidos colectivos: en este caso, una gran área de la membrana basilar responde en conjunto a un sonido, lo que restringe cómo las células ciliadas reaccionan ante los estímulos y regulan la energía en el sistema auditivo.
Este descubrimiento plantea preguntas esenciales sobre el funcionamiento del oído interno. “Nos propusimos entender cómo el oído puede ajustarse por sí mismo para detectar sonidos débiles sin perder estabilidad y reaccionar incluso en ausencia de estímulos sonoros externos”, indicó Benjamin Machta, profesor asociado de física en Yale y coautor del estudio.
“Sin embargo, al profundizar en este tema, encontramos un nuevo conjunto de modos mecánicos de baja frecuencia que probablemente son admitidos por la cóclea”, agregó.
Este hallazgo podría ofrecer nuevos conocimientos sobre la audición de baja frecuencia, un área que todavía plantea interrogantes para la ciencia.
“Dado que estos nuevos modos descubiertos exhiben frecuencias bajas, consideramos que nuestros resultados también podrían ayudar a una claridad en la comprensión de la audición de baja frecuencia, que continúa siendo un campo activo de investigación”, afirmó Isabella Graf, exinvestigadora de Yale y coautora del estudio.
El equipo utilizó modelos matemáticos avanzados en un modelo genérico de la cóclea para investigar la dinámica de la membrana basilar. Se centraron específicamente en cómo las células ciliadas pueden amplificar sonidos sin provocar inestabilidad en el sistema auditivo.
La clave se encuentra en la interacción entre los modos localizados y los modos extendidos colectivos. Mientras que los primeros pueden amplificarse de forma independiente, los segundos requieren un balance preciso para evitar que el sistema se vuelva inestable.
Los modos localizados tienen un pico agudo en su posición resonante y están mayormente desacoplados. Por esta razón, pueden ser amplificados casi de manera independiente por las células ciliadas locales mediante un mecanismo de retroalimentación similar a la criticidad autoorganizada.
No obstante, esta amplificación puede desestabilizar los modos extendidos colectivos; prevenir estas inestabilidades limita los mecanismos moleculares de retroalimentación activa en las células ciliadas.
“Nuestro trabajo proporciona claridad sobre cómo y bajo qué condiciones las células ciliadas individuales pueden colaborar para crear una cóclea crítica”, concluyeron los investigadores.
El descubrimiento no solo amplía el conocimiento sobre la biología del oído humano, sino que también podría abrir nuevas puertas para mejorar tecnologías auditivas y para el desarrollo de tratamientos para trastornos de la audición. “Nuestro trabajo ilumina cómo y en qué circunstancias las células ciliadas individuales pueden crear colectivamente una cóclea crítica”, concluyeron los investigadores.
En años recientes, el equipo de Yale ha empleado modelos matemáticos para investigar diversos sistemas biológicos. Su investigación sobre la audición complementa trabajos anteriores sobre la sensibilidad de las víboras a cambios de temperatura y la interacción de fases de la materia dentro de las membranas celulares.
Michael Abbott, de Yale, y Julian Rubinfien, de Harvard, también son coautores del estudio, el cual fue respaldado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH), un premio de Simons Investigator y la Fundación Alemana de Investigación.
La identificación de estos “modos ocultos” en el oído humano podría marcar un avance significativo en la comprensión de los mecanismos de audición y sus aplicaciones futuras en el ámbito de la ciencia y la tecnología auditiva.
