[BME] Cochlear implant – Physiology

Physiology

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Middle ear - Ossicles

  • malleus
  • incus
  • stapes

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Tympanic membrane and 3 ossicles that enhances the sound pressure before passing it on to the inner ear, by leverage

TM area : Stapes area = 10 : 1

Cochlea

: first system to perform analysis of sound

Von Bekesy's Place Theory

Traveling wave가 달팽이관의 기저막에 존재하는데 관찰 결과 기저막의 특정한 장소에서 특정 주파수의 소리가 강조된다는 것을 관찰하였다. (used intense sounds to elicit responses big enough to see under the light microscope)
밀한 부분은 기저막을 아래로 밀고, 소한 부분은 기저막을 위로 올린다(Compression waves drive the BM downward and rarefaction waves drive it upward : BM displacement // cochlea내의 lymph는 non-compressible).

Tonotopic arrangement(frequency analysis) of the BM

어떤 주파수는 어떤 특정한 장소에서 가장 큰 displacement를 일으킨다. 어떤 장소에서 어떤 주파수가 가장 강조된다.

  • High frequency stimuli cause maximal displacement of BM in the basal region of cochlea
  • Low frequency stimuli cause maximal displacement of BM in the apical region of cochlea

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공진주파수 영역
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Three components of basilar membrane

  1. Graded width
    The width of BM increases from base to apex
  2. Graded stiffness
    The stiffness of BM decreases from base to apex
  3. Graded mass
    The BM increases in mass from base to apex

결론 > base는 가장 좁고, 가장 견고하고, 가장 가볍다.

Frequency : location of maximum displacement of the BM
Intensity : amount of deflection of the BM

Depolarization (Excitation of hair cells)

BM이 upward로 이동해 Tectorial membrance에 의해 stereocilia가 굽어지면(shearing force) ion channel이 열리고, action potential이 생기고 이 신호가 hair cell 다음 세포로 전달이 된다. BM이 downward 되면 repolarization의 상황이 나타난다.

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Electromotility of OHCs (Autoacoustic emission)

OHC contracts whem BM moves upward(rarefaction, depolarization) and expands when BM moves downward(compression, hyperpolarization).
OHC는 협동을 통해서 작은 소리를 더욱 더 크게 하거나 큰 소리를 안들리게 할 수도 있다. 이러한 기능으로 인해 OHC를 cochlear amplifier라고 부른다.


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