堵车会让司机感到极度烦躁，同时也会接触到各种频率的声音。嗡嗡作响的发动机通常发出低频声音，而汽车喇叭则发出高频鸣响。紧急车辆的警报器音调很高，大型卡车的轰鸣声则较低。
对大多数人来说，他们的耳朵能够处理这些范围广泛的声音并理解它们。然而，科学家们并不完全清楚为什么会这样，因为他们仍在努力了解内耳的机制。
一个物理学家团队最近采取了一种新颖的方法来理解耳蜗如何处理不同的频率。他们发现了新的复杂性，这可能解释了耳朵如何能够听到最微弱的声音。
耳朵的奥秘
谈到人类听力，科学家们仍然有许多未解之谜。
耶鲁大学物理学助理教授本杰明·马查说：“听力相当神秘。”
尽管物理学家对耳朵如何运作以及与大脑交流有一个大致的路线图，但研究人员仍然没有一个完整的图像。
相比之下，物理学家更好地理解了人眼的内部工作原理，特别是在光线如何进入眼睛、弯曲，然后转化为电脉冲，从而向大脑提供信息方面。
马查说：“与视觉相比，听觉的物理学实际上了解得相当少。”“视觉中有很多生物化学很复杂，我们不了解，但物理学部分理解得很好。”
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听觉物理学
就听觉物理学而言，研究人员知道当声音到达耳蜗时，它会转化为电信号。耳蜗中的听毛细胞将信号传递出去，并向大脑传达耳朵听到的内容。
对于嘈杂的交通声音，例如有人因为前面的车没有意识到红绿灯不会变绿而按喇叭，听毛细胞被迫弯曲以作出反应，电信号被发送到大脑。
但内耳是如何捕捉到最微弱的声音的呢？耳蜗是如何捕捉到那些几乎不存在的声音并向大脑提供信息的呢？马查和他的研究团队将此视为一个物理学问题。
“物理学对于理解听力在基本层面很有用，因为耳蜗有一种将声音分解成不同频率的方法，这与物理学中的许多概念有关，”欧洲分子生物学实验室海德堡分部的主要研究员、耶鲁大学前博士后研究员伊莎贝拉·格拉夫说。
低频
在发表于《PRX Life》杂志的2025年研究中，研究团队将一个数学模型应用于耳蜗的渲染图。尽管该数学模型以前就存在，但这种新颖的应用使研究团队能够揭示耳蜗内部更深层次的复杂性。
研究团队希望通过这项研究了解耳朵如何检测微弱、几乎不存在的声音。但是，他们的结果让他们走向了一个令人惊讶的方向，他们发现了耳蜗基底膜中存在一组低频机械模式的可能性。这些“扩展模式集”会随着声音一起移动。而第一组“局部”模式能够解耦并独立移动，第二组则协同工作。
这个结果让研究团队感到惊讶，主要是因为他们最初打算将一个先前使用的原理应用于整个耳蜗。而当他们确实发现了基底膜中可能存在的低频机械模式时，他们惊讶于它以前从未被识别出来。
格拉夫说：“从某种意义上说，这是一个有点令人惊讶的发现，因为我们试图理解一些不同的东西。”“人们已经研究过各种耳朵模型，为什么以前没有人见过这些其他类型的模式？”
低频机械模式的可能性适用于听力正常的人。一些听力损失的人可能无法听到汽车发动机怠速等安静的低频声音。
研究团队希望他们的发现有助于加深对耳朵如何处理低频声音的理解，并且这项工作可能有助于未来的研究人员更好地理解为什么有些人不能很好地听到不同频率的声音。
耶鲁大学物理系博士生、该研究的第一作者阿希什·莫米说：“这是一项基础科学研究，它有助于我们更好地理解健康的耳朵是如何工作的。这有助于理解如何帮助改善听力障碍。”
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PRX Life. 耳蜗中的毛细胞必须将共振模式调整到不稳定边缘，而不破坏集体模式的稳定性
