L’orecchio interno

La coclea: il funzionamento nel dettaglio

Lo scopo di avere gruppi di cellule eccitate selettivamente in funzione della frequenza del suono è ottenuto tramite la conformazione fisica della membrana basilare.
La membrana basilare è una membrana elastica formata da fibre tese fra creste ossee sporgenti verso l’interno del condotto. Esse sono fitte e corte nella zona periferica e diventano più lunghe man mano che il condotto si avvolge strettamente verso l’interno.
Nelle immagini sono visibili una schematizzazione della sezione longitudinale della coclea che rappresenta l’andamento delle fibre e la coseguente larghezza della membrana stessa e una sezione trasversale in cui è schematizzata la variazione di spessore della membrana.

Grazie a questa particolare struttura la rigidità elastica della membrana non è costante, ma risulta circa 50000 volte più grande alla base rispetto all’apice diminuendo con legge approssimativamente esponenziale.

Come abbiamo già detto le onde entrano nella coclea attraverso la finestrella ovale, cui si appoggia la staffa. Un’onda di pressione produrrà una flessione delle membrane verso la scala timpanica e viceversa.
A causa della sua struttura però, la membrana basilare non reagirà allo stesso modo per tutta la sua lunghezza alle varie sollecitazioni. La variazione di massa e di rigidezza lungo la membrana fa sì che in ogni punto la frequenza di risonanza sarà diversa. In particolare le frequenze alte faranno vibrare maggiormente la porzione di membrana più vicina alla finetrella ovale, mentre le frequenze più basse faranno vibrare la porzione più lontana, vicina all’elicotrema.

Nell’immagine seguente si può vedere lo schema delle frequenze di risonanza come ipotizzato da Hermann von Helmholtz che è lo studioso che per primo a proposto questo modello.

Quando nella coclea entra un suono complesso, composto da diverse frequenze, il risultato sarà che punti diversi della membrana basilare vibreranno con ampiezze diverse in funzione della composizione spettrale del segnale in ingresso, sollecitando in maniera differente le cellule ciliate che sono distribuite lungo la membrana.
Il fatto che le cellule sensibili sono eccitate da toni diversi in punti diversi fa si che la loro distribuzione sia detta tonotopica.
Questa organizzazione delle fibre nervose viene conservata per tutto il tragitto che esse compiono fino al cervello e anche la corteccia uditiva primaria conserva una struttura tonotopica.