Egészségügy | Felsőoktatás » Dr. Eke András - Hallás

Hallás Dr. Eke András A hang fizikája: nyomáshullám □ □ Amphtud Q) "O :, e:, " " □ Longitudinális hullám Magasság – frekvencia [Hz] Intenzitás [dB] 0~ (/) e. Wave length , - ~- f[s-1] . l[m] = c[ms-1] 1 H1gh r p1tch - Low r pitch clevegő = 330 m/s Changeinfrequency Amplitude Chang in int nsity cvíz >> clevegő A hang fizikája: tiszta hang, zaj □ □ Pure tone □ Szinusz hullám komponensek Fourier-spektrum – X: szinusz h. frekvencia – Y: teljesítménysűrűség (Érdekesség: A zene fraktális struktúrájú) Fundamental- and overtone Harmo11ic content determlnes. the wavefo rm of th e sou!ld signal when dlspl yed as. a fu111ctlon of tim@. ? - Noise Beats / ✓--. Swirtch ing from a t irneto a / . ,/ ",, 1 ,·, . - ,J•, ,• -/ frequency plot ~------·· ,~ • can rnake the / 1,/ harmonic content more evident . Time ·-, . 1 1 /1 r, / A ~. / - j ) ·Z ? Th@ a mp

litud@s of th e lncividual armo les ca11 be d@t@rmi11ed by Fi:>urler ana lysl s a !ld dis.p layed as a fu tl tl:o n of frequency. 1~ ., Frequency 16 Hangintenzitás dB = 20 log (Phang/Pküszöb), ahol □ □ □ □ □ □ □ P a hangnyomás (Sound Pressure Level) Pküszöb egy adott frekvenciánál a hallásküszöb – 4 kHz-nél ez 0.0002 dyn/cm2 vagy 0 dB Tehát a hangintenzitást nem abszolút, hanem egy küszöbhöz viszonyított relatív skálán határozzuk meg Meghatározható bármely frekvenciájú hangra, melynek az amplitúdója ismert 140 dB hangnyomás fájdalmas és károsítja a hallószervet Az emberi hang kb. 1000-szeres hangnyomású mint a megfelelő küszöb (60 dB) Repülőgép -- 100 dB Izofóniás görbék (azonos hangosságú ingerek) A dB és phon skála 1000 Hz-nél azonos, egyéb frekvenciákon eltér (a hangosság frekvenciafüggő). 2 10 2 10 140 ,. 2 co 2 10 8 Q) . ~ ~ Cl) Cl) 2 10 a. 2 10 ue 52 10 0V 4v 2 Cl)

2 0 1""- "- 12 0 n , • 1:~o (phon) p " ~ --. ~1qo/ . ~ ". !II" 1" - -r"lll,,, B01 -::r." . ~ , ," ""Ipal conv - n ~,. r 1119 , ~!!. ; ~ -. -. "" -- 30 ~ ~ l ~ ~ ~ ~ ",,"""" """ -,. . 1-. -• ~ 11 ; · ~ ~ 1- 4°-7 . ~ -- · . ,., - ,. 4j . ,, 1 l ~~ / 2a. rJ 3 60 phon olyan hangos mint egy 60 db-es 1000 Hz-es hang. 250 ♦ phon dB t 1,000 Hz 120 on H avy tra f,c > 70· 0 hon u § Norm Is 0 Cl) > 0 Q) iS ::, Cl) 1 1,000 Pn umat,c drill Q) .:i 1 e 1 2031 .5 n 1 ,OOO 4,000 Fr qu ne (H ) 0-7 on ch A fül szerkezete Mechanical transmission Electrical transmission Air d Fluid conduction Középfül és belsőfül viszonya Semicircular canals rem ., , Scala vestlbuli ., , Scala med,a E rdrum ----- - Sca/a tympani I 1 1 Outer ear I Middle earl lnnerear •.• ,.

Belsőfül (kompartmentek) R ssner·s membrane ~ torial memtxane . ". . !• :•. . ,·. , .,:: . . .~-~,· ~ Spiral anglion Bas1I r membrane . A hanginger energiájának terjedése a középfülben B Round window □ □ Levegő-folyadék: impedancia csatolási probléma A középfül impediancia illesztést végez – Hangnyomás erősítés • hangnyomás 22x (27 dB) • dobhártya és ovális ablak területének aránya = 17 • a középfül csontjai emelőt képeznek – Hangnyomás csökkentés • m. tensor tympani (n V) és m stapedius (n VII) • túlságosan késői a reakció • de, beszéd és evés előtt is, ami logikus mert csökkenti a zavaró hangeffektusokat Belsőfül: folyadék -terek és összetételük □ □ “EC” . . • Scola vestibuli Reissners “IC” membrane “EC” Scala tympani Scalae tympani et vestibuli mint az EC-folyadék ([Na+] magas) Scala media mint az IC-folyadék ([K+] magas) – A stria vascularis

termeli Belsőfül potenciálok Endocochlearis potenciál. A stria vascularis aktív transzportja tartja fenn. 150 mV = 80mV -(-70mV) hatja be a K+-at! □ 0 Ezt a membrana basilaris felöli + + Na /K pumpa tartja fenn Mikorfonpotenciál – kerek ablakról vezethető el – mechanizmusa ismeretlen – felerősítve a hanginger reprodukálható Belsőfül (Corti-szerv) ic: lor lomino D Coon •SW ron ,., Homog n ous s.ib1 or,,ce 1 ln - pholongeol Out r pholong al ~ Belső fül (Corti-szerv) BELSŐ SZŐRSEJTEK KÜLSŐ SZŐRSEJTEK Belsőfül (receptorsejtek) □ □ Belső szőrsejtek – tónusos receptorok – a rostok 90%-a innen ered – finom hallási diszkrimináció Külső szőrsejtek – fázisos receptorok – a fennmaradó 10% – hanginger jelenlétét detektálja – előerősítési funkció és a frekvenciahangolás élesítése kétirányú transzdukcióval (mechanoelektromos majd elektromechanikus „szőrsejtkontrakció”)

l(inociliUffl +SOmV neuron ~ Afferent axon ~-------- Efferent axon Perilymph A hanginger energiájának transzdukciója (a Corti-szerv mozgása) Relssners membrane Endolymph Basilar membrane Hyperpolarizál Scala media Scala vestibuli Scala tympani ======> < Depolarizál . ,, ,:- Tectorial membrane ,-.;:::::::::::::~--Basilar membrane K+/csatornák nyílnak POSITIVE MECHANICAL DEFOAMATION NEGATIVE MECHANICAL DEFORMATION - Ca . Low [K ] e f tr n mitt r. A hallószerv érzékenysége 1he ear has mcrediible se ns11tw1ity• Threshold of hearing l0 less than one billionth of atmospheric pressur,e. a nd a111 incredi b le power rang e of operation ! 1 Threshold 10t 3 /~ of pain .0 e O o e 0 = 10 OOO OOO OOO 000/o A hanginger energiájának transzdukciója (receptor potenciál a belső szőrsejtekben) □ □ □ □ □ K+ beáramlás (gating) depolarizáció (receptor potenciál) Ca2+-csatornák nyílnak transzmitter felszabadulás

(glutamát?) AP a ganglion spirale dendriteken ill. a n vestibulocochlearison A n. cochlearis egy axonjának aktivitásmintázata 256ms t lés A hanginger energiájának terjedése a belsőfülben Distortion of endolymph waJls Bounding curve 1 3 2 Distance from stapes (cm) 7oo Hz Ova/ wlndow Round wfndow Oval window e ( ft r Tonn o 3.000Hz Helicotrema Cochlea (unrolled) Cochlea (unroHed) A m. basilaris lengése hanginger hatására Base apes 100 0 p dt pi e m t of b I r ne lre ponse i h cochlear amp ifie ,n ct Akt v o. n Georg von Békésy (1899 - 1972) Q Q1 0.00 Passz v 0 20 A n. cochlearis és a membrana basilaris karekterisztikus frekvenciája ( o. ( 1.0 n. cochleari 1nembrana ba ·ilari · A cochleáris tonotópia alapja (összefoglalás) □ □ □ a cochlea passzív analizátor funkciója, a vándorló hullám keletkezése a külső szőrsejtek aktív hangolása (bidirekcionális transzdukciós mechanizmus) a szőrsejtek

helyfüggően eltérő mechanikai hangolása Az akusztikus inger kódólása □ Frekvencia (karakterisztikus frekvencia) – basiláris membran (receptorsejt) tonotópiája – n. acusticus analóg topológiája (30000 rost) □ □ Intenzitás Hallópályák és kérgi feldolgozás – tonotópia – a hangforrás térbeli lokaliációja – feature detection A frekvencia kódolása (tonotópia) 7oo Hz Oval window Round wíndow Oval 3.000Hz window Helicotrema. Cochlea Cochlea (unrolled) (unrolled) A hangintezitás kódolása au· t Louder I Cochle8 □ □ Acoustlc nerve flbers Action potentials Toborzás (recruitment) A kódolás egyrészt frekvenciakódban, másrészt populációkódban történik – Intenzitásdiszkrimináció 120 dB-ig – 40 dB-ig az alacsony igerküszöbű rostokkal (szaturáció) – 40 dB felett a magas igerküszöbű rostokkal A hanginger lokalizációja (vertikális) Pinna Auditory e nal A hanginger lokalizációja

(horizontális: 2 kHz - 20 kHz) A hanginger lokalizációja (horizontális: 2 kHz alatt) A hanginger lokalizációja (horizontális: 2 kHz alatt) ht Cochlea Hallópályák Cortex □ □ □ □ Cochleáris magvak (2,3) Cto – tonotópia – kontrasztkiemelés, zajcsökkentés – monoaurális Felső olivacomplex (4,5) – biaurális – hangforrás lokalizáció Lemniscus lateralis és colliculus inferior (6,7) – a cochleáris szenzoros és az oliva lokalizációs analízisének eredménye kerül összehasonlításra Thalamus (corpus geniculare med., 8) – projekció a primér hallókéregbe (9) – kolumnák (fekvenciaspecifikusak is és mások is, stb.) – feature detection, adaptív rezonancia teória alapján, stb. Kiváltott válaszok ~ ror tal co.-1 @--- Prlr •1-e---- lation and r as - - - - - - - , ry aud ory cotl x- - - ~ Medlal g nacul I body - - - ~ + r ucl u Organ of e r t u dítor respon 5 okcd potcntiaJ au 1il le ·li k: to t N

E rly ccrtical Brain t t :potJS 10 20 50 ime (ms) 100 200 500 1000 A beszéd megértésének alapja: Fourier analízis Harmoni e Content Di ff erences 1n Vowel Sounds Male voice :=::: 100 Hz 00 :.:::: Q) . :.:::: 1 OOO Hz 2000 Hz 3000 Hz 1 OOO Hz 2000 Hz 3000 Hz 1 OOO Hz 2000 Hz 3000 Hz Q) ::- . 0 ·L (0 0) 0 J Köszönöm a figyelmet! Belsőfül (receptorsejtek) □ , Belső sejtek (A) – tónusos receptorok – a rostok 90%-a innen ered – finom hallási diszkrimináció □ Külső sejtek (B) – fázisos receptorok – a fennmaradó 10% – hanginger jelenlétét detektálja – előerősítési funkció és a frekvenciahangolás élesítése kétirányú transzdukcióval (mechanoelektromos majd elektromechanikus „szőrsejtkontrakció”) n ul r hu r , 11 Direction of wave travel Basilar membrane displaced by sound at two points in time Helicotrema sound wave - Oval window Stapes 1 Round window : BASE Envelope of

ensemble of waves Basilar membrane at rest APEX 200Hz A hanginger lokalizációja Soundvek>dty Sound pressure Centr excitation □ A két fül közötti eltérések – időeltolódás – fáziseltolódás – intenzitáscsökkenés •••••••••• :·•·······•·: ······. he ear has iricred ible sensirtivirty Threshold of hearing lo less than one billionth of atmospheric pressure. and ari iricredible power ra nge of operation! Threshold of pain 10 13 / 0 = 10 OOO OOO 000,000/0 TO HIG R CE ifERS Belső fül (Corti-szerv) Hallópályák állomásain történő feldolgozás főbb jellemzői ucleus cochlearis anteroventrahs □ □ □ lzofrelcvenciás laminák Tonotópia – minden szinten megtartott Mono- és biaurális kapcsolatok – az első átkapcsolódásig (ncl. cochlearis) monoaurális – ezt követően már biaurális Kérgi feldolgozás – kolumnáris organizáció – kiemelés/elnyomás – a

hangforrás térbeli lokaliációja – feature detection