Ljudfrekvenskarta för innerörat skapad med avancerad röntgenteknik

Forskare vid Uppsala universitet har skapat den första 3D-kartan över var i innerörats hörselnerv de olika ljudfrekvenserna fångas upp. Med hjälp av så kallad synkrotronröntgen kunde de följa de fina nervtrådarna och det svängande hörselorganet i hörselsnäckan och ta reda på exakt hur det inkommande ljudets frekvenser fördelas. Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Scientific Reports.

 Peer review/Experimental study/Cells

– Det här kan göra behandlingen med cochleaimplantat (CI) till hörselskadade mer effektiv, säger Helge Rask-Andersen som är professor i experimentell otologi vid Uppsala universitet.

Ljudvågor har olika frekvenser, det vill säga antalet svängningar de gör per sekund varierar beroende på om det är ett ljust ljud, vilket ger fler svängningar per sekund eller ett basljud, vilket ger färre svängningar per sekund. Frekvensen mäts i hertz (Hz) och det mänskliga örat kan uppfatta frekvenser mellan 20 och 20 000 Hz.

När ljudvågorna fångas upp av innerörats hörselsnäcka separerar bindvävstrådar och sinnesceller ut de olika frekvenserna. Högfrekventa ljud når de ljudkänsliga hårcellerna i hörselsnäckans nedre del medan lågfrekventa ljud tas upp på motsvarande sätt i övre delarna av hörselsnäckan.

Hur det här går till i detalj, nästan ner på cellnivå, har nu forskarna studerat med hjälp av synkrotronröntgen som är en avancerad och kraftfull form av skiktröntgen. Eftersom strålningen är för stark för att användas på levande människor har istället donerade öron från avlidna personer undersökts. Utifrån detta kunde placeringen för de olika frekvenserna i hörselsnäckan räknas ut och en tredimensionell så kallad ”tonotopisk” frekvenskarta i hörselnerven skapas.

– En sådan karta kan jämföras med ett piano där alla frekvenser kodas ungefär som tangenterna. Till skillnad mot pianot som har 88 tangenter har vi cirka 3 400 inre hårceller som alla kodar för distinkta frekvenser. Hårcellerna sitter på ett 34 millimeter långt så kallat basilarmembran och stäms även upp av 12 000 yttre hårceller så att vi kan höra alla ljudstyrkor. Denna information leds sedan över till 30 000 nervtrådar som också är stämda för olika frekvenser, förklarar Helge Rask-Andersen.

Eftersom utseendet på människors hörselsnäckor inte riktigt ser likadana ut menar forskarna att den nya kunskapen kan få stor betydelse för personer som på grund av grava hörselnedsättningar får cochleaimplantat (CI) inopererade. Det är ett hörselhjälpmedel där en komponent placeras i hörselsnäckan för att elektriskt stimulerar hörselnerven direkt. En annan del fästs på utsidan av skallbenet. Genom att veta exakt hur patientens hörselsnäcka ser ut kan tekniken bättre anpassas efter individen och varje område stimuleras med rätt frekvens.

Studien är ett samarbete mellan Uppsala universitet och kanadensiska forskare vid Western University, University of Saskatchewan samt Canadian Light Source Inc.

För mer information, kontakta: Helge Rask-Andersen, seniorprofessor i experimentell otologi vid institutionen för kirurgiska vetenskaper, öron-, näs- och halssjukdomar, Uppsala universitet, Tel: 070-611 02 67, e-post: helge.rask-andersen@surgsci.uu.se

Referens: Hao Li et al. (2021), Three‑dimensional tonotopic mapping of the human cochlea based on synchrotron radiation phase‑contrast imaging, Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-021-83225-w