耳蜗放大器的工作过程

耳蜗放大器的理论是在“行波学说”和“电池学说”的基础上，引入了外毛细胞电致运动的机制而形成的。目前一般认为，耳蜗放大器的工作过程如下：声音通过鼓膜和听骨链的振动引发了基底膜行波，使蜗隔的上下振动从蜗底向蜗顶方向传至对声音频率反应最大的部位。由于基底膜和盖膜上下振动的支点不同，在Corti器网状板与盖膜之间就出现了剪切运动，使外毛细胞纤毛发生内外方向的摆动而产生感受器电位，后者引起外毛细胞侧壁胞膜的快动蛋白分子构型变化，从而使外毛细胞发生沿胞体纵轴的伸缩运动，这种运动跟随声音的周期，能够产生足够的机械力作用在基底膜上，使与刺激声频率相应的基底膜上最佳反应部位附近的振动得到加强，这样就相当于将声音放大；同时，基底膜振动的调谐也能变得非常尖锐。耳蜗放大器的这种工作原理在蜗隔上形成了一个“机械→电→机械”的正反馈环路，能够有效地克服基底膜振动的阻尼并使振动增强（图7－8）。耳蜗放大器的工作有明显的频率和强度特性，即仅放大与刺激声频率相应的最佳反应部位附近的基底膜振动，而且主要对低强度声有放大作用（可放大40dB以上），随刺激声强度增高，放大作用逐渐减弱。这样，耳蜗放大器不仅大大提高了耳蜗对阈值附近声音的感受能力，提高了耳蜗的频率分辨能力，也扩大了耳蜗对声音强度的感受范围。从上述的描述，我们看到耳蜗放大器对不同强度的声音其放大系数不同，是一个非线性系统，因此，耳蜗的反应必然具有非线性系统的特性，如输入－输出函数曲线的非线性、两音抑制现象、两音或多音的相互调制畸变等。Liberman等（2002）发现prestin基因敲除小鼠的外毛细胞没有了prestin的表达，其离体外毛细胞失去电致运动能力，尽管纤毛的机械敏感通道功能正常，但代表耳蜗主动机制的耳声发射消失，听力损失40dB以上，证实了prestin对活体耳蜗听觉的重要作用。

图7－8　耳蜗放大器的工作原理

“机械→电→机械”正反馈环路对耳蜗机械振动的放大作用

外毛细胞电致运动所产生的机械力要传递给支持细胞和基底膜，就要求外毛细胞必须具有一定的劲度。何志洲等的研究发现外毛细胞的劲度与膜电位和prestin的构型变化紧密相关，去极化时外毛细胞的劲度下降，而超极化时外毛细胞的劲度增大，这种电压依赖性劲度变化源自prestin的构型变化（He and　Dallos，1999；He et　al，2003）。其意义可能在于使外毛细胞的电致运动有更精细的调节。

有人提出外毛细胞顶端的纤毛可能也参与耳蜗主动机制。在两栖类和鸟类等动物，外毛细胞的胞体不具备能动性，而其纤毛束在电刺激时具有快速摆动的能力，因此其耳蜗主动机制是由纤毛束的主动运动完成的。在哺乳类动物，在相当长的时间里未发现外毛细胞纤毛束的电能动性。近些年的研究表明由钙离子介导的纤毛机械敏感性离子通道的电活动使哺乳类动物外毛细胞纤毛束也具备电能动性（Kennedy，2005），这些纤毛的快速摆动速率有可能达到数万赫兹，而且纤毛运动所产生的机械力可达500pN以上。因此，外毛细胞纤毛束的能动性可能是耳蜗放大器的另一个动力源。