Бiофiзика рецепцii органiв зору та слуху
Информация - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие материалы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
тiльки один вид йодопсина, а типiв колбочок всього три. Йодопсини людини мають максимуми поглинання при 445, 535 i 570 нм. Поглинання свiтла йодопсинами приводить до появи РРП у колбочках. Для вимiру спектрiв дii РРП у колбочки сiткiвки вводять мiкроелектроди i реСФструють РРП, якi викликаються короткими яскравими спалахами монохроматичного свiтла. У сiткiвцi коропа таким способом виявлено три типи колбочок з максимумами спектрiв дii (а отже, i спектрiв поглинання пiгментiв) при 462, 529 i 611 нм.
При деяких генетичних захворюваннях порушуСФться синтез бiлкiв-йодопсинiв, у результатi чого не утвориться той чи iнший пiгмент колiрного зору. Людина втрачаСФ здатнiсть розрiзняти кольори. Ця хвороба називаСФться дальтонiзмом.
Бiофiзика слуху
Розглянемо послiдовнiсть подiй при сприйняттi звуку. Звукова хвиля, пройшовши на зовнiшнСФ вухо, наштовхуСФться на туго натягнуту барабанну перетинку, приводячи ii в рух. Барабанна перетинка звязана iз системою слухових кiсточок середнього вуха, що передають звуковi коливання на внутрiшнСФ вухо равлика. Слуховi кiсточки надають руху овальному вiкну, що вiдокремлюСФ перилiмфу внутрiшнього вуха вiд повiтряного простору середнього вуха. Рух рiдини у вестибулярному i базилярному каналах внутрiшнього вуха змушуСФ коливатися базилярну мембрану, за частотою i силою звуку. Рух базилярноi мембрани стимулюСФ рецепторнi клiтки, розташованi в кортiСФвому органi, у результатi зявляються потенцiали дii, переданi звуковими слуховими нервами в кору головного мозку.
зiр слух звук сприйняття
Рис.6. Схема будiвлi органа слуху людини.
1-зовнiшнiй слуховой прохiд; 2 барабанна перетинка; 3 мяз, що натягаСФ барабанну перетинку; 4 молоточек; 5 звязування; 6 ковадло; 7 стремiнце, що давить на овальне вiкно; 8 вестибулярна частина внутрiшнього вуха; 9 мембрана Рейснера; 10,11 вестибулярний i барабанний канали (вiдповiдно), заповненi перелiмфою; 12 геликотерма; 13 равликовий канал, заповнений эндолимфой; 14 базилярная мембрана; 15 равлик (розгорнутий); 16 кругле вiкно внутрiшнього вуха; 17 евстахиева труба; 18 середнСФ вухо; 19 овальне вiкно внутрiшнього вуха.
Розглянемо деякi поняття, використовуванi в биоакустике. РЖнтенсивнiстю звуку називають кiлькiсть енергii, що проходить через одиницю площi поверхнi, перпендикулярно до напрямку поширення звуковоi хвилi.
При рiшеннi практичних задач простiше вимiрити не енергiю коливань, а звуковий тиск, за допомогою мiкрофона i вило в Паскалях. Звуковий тиск лiнiйно звязаний з амплiтудою звукових коливань, i тому його квадрат пропорцiйний енергii звуку.
Рис.7. Кривi рiвноi голосностi. Нижня крива вiдповiдаСФ пороговi слуху чистого тону, верхня пороговi тактильного вiдчуття.
Порiг чутностi чистого тону при частотi 1 кгц прийнято вважати рiвним 2 10-5 Па, хоча можуть спостерiгатися багаторазовi iндивiдуальнi коливання порога чутностi (у межах 30 дБ). Крiм того, порiг чутностi значно мiняСФться з частотою (мал. 7). Може також сильно розрiзнятися i найвища сприймана частота (вiд 8 до 25 кгц).
За законом Вебера Фехнера вiдчуття голосностi [так само як i зорове вiдчуття] звязане з його фiзичним роздратуванням, що створюСФ, логарифмiчною залежнiстю. Це стимулювало введення одиниць голосностi, що виражаються в децибелах. Тодi нульова крапка шкали голосностi вiдповiдаСФ 0 дб при 1 кгц. При iнших частотах порiг слуху вiдрiзняСФться вiд 0 дб (див. мал. 7).
ЗовнiшнСФ вухо людини складаСФться з вушноi раковини i зовнiшнього слухового проходу, що маСФ довжину 2,7 див i напоминающего органну трубу, закриту з одного кiнця барабанною перетинкою. Резонанс спостерiгаСФться, якщо довжина резонатора складаСФ 1/4 довжини хвилi. Зовнiшнiй слуховой прохiд маСФ тому резонансну частоту близько 3 кгц, що вiдповiдаСФ максимальноi чутливостi слуху (див. мал. 7). Таким чином, прослiджуСФться звязок мiж геометрiСФю зовнiшнього вуха i максимальною чутливiстю слуху в областi 1- 4 кгц.
СереднСФ вухо СФ пристроСФм, призначеним для трансформацii звукових коливань повiтря в звуковi коливання рiдкого середовища внутрiшнього вуха, тобто середовища, що маСФ значно велику iнерцiю, чим повiтря. Щоб надати руху iнерцiйнiй рiдинi, потрiбно одержати виграш у тиску. Це досягаСФться за рахунок двох факторiв. По-перше, кiсточки середнього вуха (молоточек, ковадло i стремiнце) працюють як важiль, що забезпечуСФ виграш у силi в 1,3 рази. По-друге, площа барабанноi перетинки людини (0,7 див2) значно бiльше площi овального вiкна внутрiшнього вуха (0,032 див2) тому обидвi мембрани i СФднальнi iхнi кiсточки виконують функцiю трансформатора тиску. Очевидно, що сила, що дiСФ на молоточек i обумовлена звуковою хвилею, дорiвнюСФ добутку тиску на перетинку на площу контакту перетинки з молоточком (приблизно 5,5 10-5м2), вiдкiля Fc = 5,5 10-5 р0. Сила, прикладена до стремiнця пiд час вiдсутностi тертя, дорiвнюСФ: Fс = 1,3 Fм. Тиск р00, що робиться стремiнцем на овальне вiкно при площi контакту 3,2 10-6м2, може бути знайдене зi спiввiдношення: р00 = Fc/3,2 10-6. Тепер легко обчислити посилення тиску пiд час вiдсутностi сил тертя: р00/р0 = 22. Бекешi експериментально вимiрив цю величину й одержав посилення тиску в 17 разiв (чи на 25 дб).
РЖншою важливою функцiСФю середнього вуха СФ захист внутрiшнього вуха вiд надмiрних механiчних навантажень при впливi дуже голосних звукiв. Це досягаСФться за рахунок змiни характеру коливань стремiнця в залежностi вiд сили звуку. При граничних значеннях звукового тиску стремiнце коливаСФться як поршень. Абсолютнi значення зсуву д