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19.7: Die Cochlea
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The Cochlea
 
PROTOKOLLE

19.7: The Cochlea

19.7: Die Cochlea

The cochlea is a coiled structure in the inner ear that contains hair cells—the sensory receptors of the auditory system. Sound waves are transmitted to the cochlea by small bones attached to the eardrum called the ossicles, which vibrate the oval window that leads to the inner ear. This causes fluid in the chambers of the cochlea to move, vibrating the basilar membrane.

The basilar membrane extends from the basal end of the cochlea near the oval window to the apical end at its tip. Although the cochlea itself narrows towards the apical end, the basilar membrane has the opposite geometry—becoming wider and more flexible towards the apical end.

Primarily because of these physical characteristics, the apical end of the basilar membrane maximally vibrates when exposed to low-frequency sounds, while the narrower, stiffer basal end maximally vibrates when exposed to high frequencies. This gradient of frequency response creates tonotopy—a topographic map of pitch—in the cochlea.

The hair cells are stimulated by the shearing force created by the vibration of the basilar membrane below them, relative to the stiffer tectorial membrane above them. Because of the tonotopy of the basilar membrane, hair cells are maximally stimulated by different frequencies depending on where they are in the cochlea. Those at the basal end respond best to high frequencies, and those at the apical end respond best to low frequencies. Consequently, their postsynaptic cells—the auditory nerve cells—have the same tonotopic pattern of responses.

This tonotopy is maintained throughout the auditory pathway, with information from different regions of the cochlea traveling in organized, parallel pathways through the brain. Ultimately, the primary auditory cortex contains a “map” of inputs from the basal to the apical end of the cochlea. The neurons that are stimulated within this map correlate with the frequencies that were heard, aiding in pitch discrimination.

Therefore, the cochlea plays a vital role both in the transduction of sound information into neural signals and the initial encoding of the pitch.

Die Cochlea ist eine gewundene Struktur im Innenohr, welche die Haarzellen enthält. Dabei handelt es sich um die Sinnesrezeptoren des Hörsystems. Die Schallwellen werden von kleinen Gehörknöchelchen, die am Trommelfell befestigt, sind an die Cochlea übertragen. Sie versetzt das ovale Fenster, das zum Innenohr führt, in Schwingungen. Dadurch wird die Flüssigkeit in den Kammern der Cochlea in Bewegung versetzt, wodurch die Basilarmembran in Schwingung gebracht wird.

Die Basilarmembran erstreckt sich vom basalen Ende der Cochlea in der Nähe des ovalen Fensters bis zum apikalen Ende an ihrer Spitze. Obwohl sich die Cochlea selbst zum apikalen Ende hin verengt, weist die Basilarmembran einen entgegengesetzten Aufbau auf. Sie wird zum apikalen Ende hin breiter und flexibler.

Vor allem aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften schwingt das apikale Ende der Basilarmembran maximal, wenn es niederfrequenten Tönen ausgesetzt ist. Dagegen schwingt das schmalere, steifere basale Ende maximal, wenn es höheren Frequenzen ausgesetzt ist. Dieser Gradient des Frequenzgangs erzeugt eine Tonotopie der Cochlea. Das ist eine topographische Karte der Tonhöhen.

Die Haarzellen werden durch die Scherkräfte stimuliert, die durch die Vibration der Basilarmembran unter ihnen im Verhältnis zur steiferen Sektormembran über ihnen entstehen. Aufgrund der Tonotopie der Basilarmembran werden die Haarzellen je nach dem Ort, an dem sie sich in der Cochlea befinden, mit unterschiedlichen Frequenzen maximal stimuliert. Die am basalen Ende liegenden Haarzellen reagieren am besten auf hohe Frequenzen. Die am apikalen Ende liegenden Haarzellen sprechen dagegen tiefe Frequenzen an. Folglich weisen ihre postsynaptischen Hörnervenzellen ein gleiches tonotopische Muster auf, welches denen der Membranen entspricht.

Diese Tonotopie wird über die gesamte Hörbahn aufrechterhalten. Dabei wandern Informationen aus verschiedenen Regionen der Cochlea in organisierten, parallelen Bahnen durch das Gehirn. Letztendlich enthält der primäre auditorische Kortex eine Karte von Eingängen vom basalen bis zum apikalen Ende der Cochlea. Die Neuronen, die innerhalb dieser Karte stimuliert werden, korrelieren mit den gehörten Frequenzen und helfen so bei der Tonhöhenunterscheidung.

Die Cochlea spielt daher sowohl bei der Umwandlung von Schallinformationen in neuronale Signale als auch bei der anfänglichen Kodierung der Tonhöhe eine wichtige Rolle.


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