İşitme

Kulağın üç fonksiyonel bölümü vardır Dış kulak: Kulak kepçesi sesi yakalar ve dış kulak yoluna odaklar. Timpan zarı ile sonlanır. Orta kulak: Farinkse östaki borusu ile bağlanır. Sesin oluşturduğu mekanik enerji üç kemiğin (malleus, incus, stapes) hareketi ile ilerler. Malleus timpan zarına, stapes oval pencereye bağlıdır. İç kulak: Kokleanın içi sıvı ile dolu üç kompartmanı vardır.

En üstte skala vestibuli  oval pencere Reissner’s membranı Ortada skala media diğer iki kompartmanı birbirinden ayırır. Basilar membran En allta skala timpani  yuvarlak pencere

Ses titreşen hava moleküllerinin oluşturduğu basınç dalgalarıdır. Ses sıkıştırılmış (yüksek basınçlı) ve seyreltilmiş (düşük basınçlı) alanların dizisini içeren sinüzoidal dalgalardan oluşur. Sesin genliği uyaranın araçlarla ölçülebilen objektif bir özelliğidir. “Loudness” subjektif bilinçli tarafıdır. Uyaranın genliğindeki her 10 katlık artış ile şiddette eşit artışlar algılarız. Sesin şiddetini algılanan loudness’a karşılık gelecek şekilde ifade etmek için logaritmik skala kullanılır (desibel ses basınç seviyesi). Diyapazonun titreşen kolları çevredeki moleküllerin yer değiştirmesine neden olur. Kol bir yönde hareket ettiğinde moleküller sıkıştırılır, diğer yönde hareket ettiğinde seyrelme olur.

Hava basıncındaki, sesin indüklediği artış ve azalmalar timpan zarı içeri veya dışarı doğru hareket ettirir  Zarın hareketleri malleusu oynatır  Malleus ve inkus birbirine bağlı iki kaldıraç gibi çalışır. Stapes skala vestibulideki sıvıyı iten ve çeken bir piston görevi görür  skala vestibulideki sıvıda basınç değişiklikleri oluşur  sıvı skala mediaya doğru hareket eder  bu hareket skala timpanideki basıncı arttırır  yuvarlak pencere dışarı doğru bombeleşir. Sesin herbir siklüsü iç kulağın kompartmanlarında az miktarda bir sıvının yukarı aşağı hareketinin tam bir siklüsünü uyarır.

Orta kulağın normal yapısındaki bozukluk ileti sağırlığına neden olur. 1. Ortakulak enfeksiyonuna bağlı skar dokusu timpan zarının veya kemikçiklerin hareketini engeller. 2. Kemikçiklerin ligamentöz bağlantılarında kemik proliferasyonu (otoskleroz) kemikçiklerin hareketini engeller.

Baziler membran ses frekansını mekanik olarak analiz eder Baziler membranın mekanik özellikleri koklea boyunca değişir. * Apikal uçta gevşektir, incedir ve tabana göre 5 kat daha geniştir. Baziler membranın uzunluğu boyunca mekanik özellikleri aynı olsaydı tüm noktalarından benzer güçle yukarı ve aşağı doğru hareket ederdi.

Sesin bir tam siklüsü baziler membranda tek bir vibrasyon siklüsü oluşturur. Membranın bazı kısımları yukarı diğerleri aşağı doğru hareket eder. Membranın hareket paterni ‘gezici dalga’dır (traveling wave). Her dalga maksimum genliğine uyarılma frekansına uygun yerleşimde ulaşır ve apekse doğru hızla küçülür. Baziler membranın apeksi düşük, tabanı yüksek frekanslara en iyi yanıt verir. Vibrasyon frekanslarının dizilimi tonotopik haritaya bir örnektir ve kabaca logaritmiktir. 20 Hz-200Hz, 200 Hz-2kHz, 2kHz-20kHz 1/3 lük bölümlerini oluşturur. Her bir gezici dalganın genliği ilgili frekans bileşeninin şiddeti ile orantılıdır. Baziler membran kompleks seslerin spektral analizini yapar.

Mekanoelektriksel transdüksiyon Korti organında yapılır 16 bin tüy hücresi 30 bin afferent sinir lifi ile innerve edilir (8. kafa çifti). Tonotopik olarak organize olmuşlardır. İki tip tüy hücresi vardır: inner (içteki) tüy hücreleri: tek bir sıra (3500 hücre). Outer (dıştaki) tüy hücreleri: üç sıralı (12 bin hücre). Dıştaki hücreler phalangeal (Deiters’), iç ve dıştaki tüy hücrelerinin arası pillar hücrelerle desteklenmiştir. Tektorial membran Korti organının üstünü örter. Dıştaki tüy hücrelerinin en uzun stereosiliaları alt yüzeyine sıkıca bağlıdır. 

Tüy hücreleri silindiriktir Tüy hücreleri silindiriktir. Hücrelerin apikal bölümleri endolenf adında özel bir tuz solüsyonu içindedir. Sıkı bağlantılar bu sıvıyı hücrelerin bazolateral yüzeyindeki sıradan ekstraselüler sıvıdan, perilenften ayırır. Tüy demeti mekanik uyaranlar için reseptördür. Koklear tüy demetleri stereosiliaları içerir. Stereosilialar aktin filamentlerini içeren rijid, bir silindirdir. Farklı uzunluktadırlar ve tabanları dardır. Tepe noktalarına mekanik bir güç uygulandığında bu dar bazal bölgeden eğilirler.

İçteki tüy hücrelerinin stereosiliaları lineer dıştakilerin ise V şeklinde dizilidir.

Tüy hücreleri mekanik enerjiyi nöral sinyallere dönüştürür Tüy demetinin defleksiyonu mekanoelektriksel transdüksiyonu başlatır. Tüy hücresinin yanıtı uyaranın doğrultusuna ve şiddetine bağlıdır. Uyarılmamış bir hücrede transdüksiyon kanallarının  %10’i açıktır (sükun potansiyeli  -60 mV). Pozitif bir uyaran (tüy demetinin sağa, uzun olduğu tarafa doğru yer değiştirmesi), ek kanalların açılmasına neden olarak membranı depolarize eder. Negatif bir uyaran, sükun durumundaki transdüksiyon kanallarının kapanmasına neden olarak hücreyi hiperpolarize eder. Yalnızca 100 nm’lik yer değişimi yanıt aralığının %90’ını oluşturur. Defleksiyon ile elektriksel yanıt arasındaki ilişki sigmoidaldir.

Duyma eşiği ± 0.3 nm’lik defleksiyona karşılık gelir  100V’luk reseptör potansiyeli oluşturur. Transdüksiyon kanalları nonselektif katyon kanallarıdır. Transdüksiyon akımının büyük bölümünü K+ (endolenfte ) sağlar. Kanalların geniş çapı ve kötü seçiciliği, streptomisin, gentamisin gibi aminoglikozid grubu antibiyotiklerin bu kanallardan geçip mitokondrial ribozomlardaki protein sentezini engelleyerek uzun dönemde ototoksik etki (tüy demetlerinde hasar oluştururlar ve tüy hücrelerini öldürürler) oluşturmalarına neden olur.

Mekanik güç transdüksiyon kanallarını doğrudan açar ve kapar Direkt mekanoelektriksel transdüksiyon hızlıdır. Transdüksiyona katılan iyon kanalları elastik yapılar (tip link) ile kapalıdır. “Tip link” kanalın kapısına bağlanır. Bir stereosiliumun distal sonlanımını en uzun yandaş stereosiliumun kenarına bağlar. Kanalların açılıp kapanması bunun gerimi ile kontrol edilir. Tüy demeti dinlenme durumunda iken kanallar büyük oranda kapalıdır. Pozitif yönde hareket “tip link’deki” gerimi arttırır  kanallar açılır  katyon girişi ile depolarize edici reseptör potansiyeli oluşur.

Baziler membran bir sesle titreştiği zaman tektorial membran ve Korti organı birbiri üzerinden ileri geri hareket ederler. Tektorial membranın alt yüzeyine bağlı dıştaki tüy hücrelerinin tüy demetleri eğilir. Tektorial membrana bağlı olmayan içteki tüy hücrelerinin tüy demetleri bu yapının altındaki sıvının hareketi ile eğilir. Reseptör potansiyeli oluşur. Baziler membranın yukarı doğru hareketi depolarizasyona aşağı doğru hareketi hiperpolarizasyona neden olur. 

Tüy hücreleri devam eden uyaranlara adapte olur Tüy hücreleri devam eden uyaranlara adapte olur. Adaptasyon reseptör potansiyelinde progresif bir azalma ile kendini gösterir. Bu süreç duyarsızlaşma değildir, reseptörün duyarlılığı devam eder. Mekanik olarak duyarlı olduğu aralık dinlenme durumundan, uyaranın neden olduğu defleksiyon pozisyonuna kayar.

Tüy hücrelerinin adaptasyonu için önerilen bir modele göre uzun süren pozitif bir defleksiyonda tip link’in üst bağlantısı stereosiliumda aşağı doğru hareket eder ve kanal kapanır. Bu durum kalsiyumun stereosiliumun sitoplazmasına girmesi ile tetiklenir.

Tüy hücrelerinin tuning eğrileri Yandaş içteki tüy hücrelerinin karakteristik frekansları %0.2 farklıdır. Karakteristik frekansından daha yüksek ve düşük frekanslara (sınırlı bir aralıktaki) da duyarlıdır. Tuning eğrisi bir tüy hücresinin frekans duyarlılığını gösterir. Hücre karakteristik frekansında, bu frekansın üstünde ve altında saf tonlarla uyarılır. Her bir frekans için uyaran şiddeti, yanıt önceden belirlenmiş bir seviyeye (kriter yanıt) ulaşana kadar arttırılır. Örn: her frekansın o hücrede 1mV’luk reseptör potansiyeli oluşturması hedeflenir. Bir hücrenin karakteristik frekansından daha düşük frekanstaki bir uyarının traveling wave’i o hücreyi geçer ve koklear spiralde daha ilerde peak yapar. Tuning eğrisi uyaran frekansına karşı sesin şiddetinin grafiğidir. İçteki tüy hücresinin tuning eğrisi karakteristik olarak V şeklindedir.

Tüy hücreleri spesifik uyaran frekanslarına yanıt verirler Tüy demetlerinin mekanik özelliği. Düşük-frekanslara yanıt veren hücrelerin tüy demetleri uzun; yüksek-frekanslara yanıt verenlerin ise kısadır (20Hz,7m; 20kHz,4m). Tüy demetlerinin uzunluğu ile karakteristik frekans arasında ters ilişki vardır. Tüy hücrelerinin membran potansiyellerinin belirli bir frekansta salınım göstermesi. İnsanda ? Tüy demeti eğildiği zaman hücrenin reseptör potansiyeli 180 Hz’lik gittikçe sönen sinüzoidal osilasyon gösteriyor. Elektriksel akım uygulandığında membran potansiyelinin benzer frekansta salınması hücrenin spesifik bir uyaran frekansına yanıt verdiğini gösterir. Bu frekansta uyarılma en büyük reseptör potansiyelini oluşturur.

Tüy demetinin pozitif defleksiyonu K+ girişine neden olarak depolarizasyon oluşturur  Voltaja duyarlı Ca+2 kanallarından kalsiyum girişi ile depolarizasyon artar  Sitoplazmada kalsiyum birikmesi, Ca+2’a duyarlı K+ kanallarının açılmasına neden olur. Voltaja duyarlı K+ kanalları ile birlikte repolarizasyon oluşturur. Ca+2 dışarı pompalanır. Tüy hücresi dinlenme durumunda devamlı transmiter salar. Esas nörotransmiteri glutamattır.

Korti organının innervasyonu Spiral (koklear) gangliyondaki bipolar nöronlar koklear tüy hücrelerini innerve eder. Vestibulokoklear sinirin (8. kafa çifti) koklear bölümünü oluştururlar. Tüy hücrelerini bir kulakta  30 bin koklear gangliyon hücresi innerve eder. %90’ı içteki tüy hücrelerinde sonlanır. Her bir akson yalnız bir tüy hücresini innerve eder ama her bir tüy hücresi çıktısını  10 sinir lifine gönderir. Böylece her bir içteki tüy hücresinin çıktısı, sesin frekansı ve şiddeti hakkındaki bilgiyi bağımsız olarak kodlayan afarent lifler ile örneklenir. İşitsel yolların tonotopik organizasyonu içteki tüy hücrelerinden hemen sonra başlar.

Koklear sinir lifi uyaranın frekansını ve şiddetini kodlar: Koklear sinirdeki her aksonun en iyi yanıt verdiği karakteristik frekans vardır. Daha düşük veya yüksek frekanstaki uyaranlar ancak yüksek şiddette uygulandıklarında yanıt oluştururlar. Aynı karakteristik frekansa sahip sinir lifleri arasında dahi yanıt eşiği aksondan aksona değişir. En duyarlı olanların 0 dB’e kadar düşer ama orta seviyedeki uyaran şiddetlerinde satüre olurlar (40 dB civarı), diğer uçtakilerin eşiği yüksektir ama 100 dB’e kadar kademeli yanıt verirler. Bir tüy hücresinin çıktısı farklı duyarlılıktaki çeşitli paralel kanallarla taşınır.

Uyaran frekansı bilgisi iki yolla taşınır Yer kodu; Lifler tonotopik olarak dizilmiştir. Frekans kodu; Liflerin ateşleme oranı uyaranın frekansını yansıtır. Ateşleme uyaranın belirli fazında oluşur. Nöral ateşlemedeki periyodisite uyaran frekansı hakkındaki bilginin taşınmasını güçlendirir. Saf tonda bir uyaran yeterli şiddette uygulandığında çok sayıda koklear sinir lifi uyarılır, karakteristik frekansı, uyaran frekansı ile aynı olan ve olmayan tüm yanıt veren lifler faz kilitlenmesi gösterirler; her biri uyaran siklüsünün belirli bir döneminde ateşleme yapar. Frekans kodlaması ses ateşleme oranını satüre edecek kadar şiddetli olduğu zaman özellikle önemlidir (farklı karakteristik frekanslara sahip lifler bu tip uyarana yanıt verseler de herbiri ateşleme paterni ile uyaran frekansı hakkında bilgi sağlar).

Duyusal-sinirsel işitme kaybı Sağırlık primer olarak koklear tüy hücrelerinin kaybı ile oluşur. - İşitme yardımcıları sesleri amplifiye eder. - Modern işitme yardımcıları kişinin en az duyarlı olduğu frekansları en fazla yükseltir. Tüy hücrelerinin çoğu veya tümü dejenere olmuş ise koklea protezleri ile koklea by-pass edilir.

Koklea protezleri skala timpaninin içine implante edilen bir dizi küçük elektroddan oluşur ve kokleanın spiral yapısı boyunca yerleşmiş olan sinir liflerini elektriksel olarak uyarır. Bir ses işleyicisi sesleri yakalar, frekans bileşenlerine ayırır ve elektriksel sinyalleri bileşenlerine göre ayrı kablolara yönlendirir. Sinyaller küçük antenlere ilerlerler. (kulak kepçesinin arkasında). Sinyaller sonra temporal kemiğe implante edilmiş olan alıcı antenlere transdermal olarak iletilir. Buradan ince kablolar sinyalleri intrakoklear elektrod dizisindeki uygun elektrodlara taşır ve komşu aksonda ap’i oluşturur. Yirmi kadar elektrod çeşitli nöron gruplarını uyararak kompleks bir sesi taklit edebilir.