内耳研究发现有助于解释声波如何转化为大脑信号

洛克菲勒大学的科学家声称，他们已经找到了耳朵中一种充当分子守门员的蛋白质，有助于将声波转化为我们大脑将其解释为声音的电信号。这一发现虽然是渐进式的，但有助于更详细地理解听觉是如何工作的。

深入内耳的兔子洞

(图片来源：Svetlana Verbinskaya)

但首先，一些基础知识。在耳朵深处，穿过耳道，越过鼓膜，就是内耳。这里有一个重要的解剖结构叫做耳蜗。(它有点像蜗牛壳。这是恰当的，因为耳蜗来源于希腊语中的“蜗牛”或“螺旋”的意思kochlias。)

耳蜗也充满了叫做内淋巴的液体，是听觉真正发生的地方。在耳蜗内部盘绕的是专家称之为柯蒂氏器的结构，那里居住着数以万计所谓的毛细胞。这些毛细胞的顶部是立体纤毛；它们有不同的长度，并按高度递增的顺序排列，像楼梯一样。而在它们顶部 (请继续听我说) 是称为尖端连接的小细丝。顾名思义，这些尖端连接将立体纤毛连接起来，就像一块木板从一个台阶到另一个台阶充当小斜坡一样。

(图片来源：Designua/shutterstock)

尖端连接中的一种现象引起了洛克菲勒研究人员的注意。当声波进入耳朵并到达耳蜗时，声波会搅动内耳中的内淋巴液体，引起涟漪效应，从而移动毛细胞、立体纤毛和尖端连接。随后尖端连接中的张力会触发离子通道的打开。这些通道允许离子——基本上是任何带有电荷的分子（但通常是钾和/或钙）——通过耳蜗神经传递到大脑。

那么，是什么使得尖端连接能够实际打开这些离子通道呢？生命的构成要素：蛋白质。

锁定正确的蛋白质

在这种情况下，研究人员认为只有一个蛋白质充当守门员。为了实际打开这些离子通道，这种蛋白质就像一个分子弹簧。“你需要一个足够柔软的弹簧，才能使离子通道产生渐进式的变化，从而解释各种噪音，”洛克菲勒大学博士后研究员、参与这项研究的研究人员之一 Tobias Bartsch 在一份新闻稿中解释说。“如果弹簧太软，它就无法产生足够的力来打开离子通道并向大脑发出信号。(而且)如果弹簧太硬，小和大刺激都会产生足够大的力来打开所有通道，这意味着你无法区分大小声的幅度。”

然而，问题在于没有人能弄清楚哪个蛋白质适合这项工作。

Bartsch 表示，这是因为其他研究小组未能考虑到一个重要的细节。“以往试图确定负责拉伸打开离子通道的蛋白质的研究，都忽略了这种蛋白质生活在温暖潮湿的液体中的事实，”他在新闻稿中说。“温度和水性环境会影响蛋白质的性质。”

因此，他和他的团队决定研究一种名为粘连蛋白 15 (protocadherin 15) 的蛋白质；过去的研究表明它太硬，无法打开离子通道。然而，当 Bartsch 和他的团队建立了一个考虑到耳蜗内淋巴和高温的模型时，粘连蛋白 15 变得非常灵活，产生了所谓的“热弯”。Bartsch 在新闻稿中说：“一旦出现热弯，粘连蛋白 15 在低张力下就变成了一个柔软的弹簧。“随着我们增加张力，它变得更硬，并抵抗这种力量。”这种柔韧性的范围很可能使粘连蛋白能够帮助我们处理各种音量的声波。Bartsch 和他的团队 上周在第 63 届生物物理学会年会上展示了他们的研究成果。