生理学-人耳的生理构造

关于人耳生理构造之外耳，介绍详细、描述全面、希望能对感兴趣的小伙伴学习提供帮助。

人耳的生理构造

• 耳朵结构分为外耳、中耳和内耳三部分

外耳

• 耳廓
  • 单耳对声源的定位可以通过耳廓和耳壳完成
    • 双耳声源定位还要通过双耳时间差、声压差实现
    • 耳廓的特殊形状使从不同角度入射的高频声波产生不同程度的反射、衍射和衰减
    • 耳廓的特殊形状使来自不同方向的同一种声音产生了音色差别（相当于为来自不同方向的声音加上不同的预设EQ，大脑通过EQ反推出声音的方位），
      • 实验
        • 戴上耳机，播放倍频程带宽的随机噪声，且噪声的中心频率可调整。当中心频率调整到7.2kHz,听起来像是来自水平方向，当中心频率调到8kHz,声音听起来像是来自上方。当中心频率调到6.3kHz,声音听上去像来自下方。
      • 耳廓和耳壳使来自前方和后方的声音听起来不同，也使来自上方和下方的声音听起来不同，但左右对称的位置声音音色是相同的，但可以根据左右耳的声压差和时间差来定位
  • 特点：人的耳廓形状凹凸不平
• 耳壳
  • 指连接外耳道入口和耳廓的凹陷结构
  • 还起着共鸣腔的作用
• 外耳道
  • 是从耳壳到鼓膜的一段通道
    • 长度25mm~35mm(因人而异)
    • 直径约8mm
  • 作用
    • 起到声音收集的作用
      • 增加了声音的响度
        • 外耳道通过共振使部分频段的声音增强，增益最高可达12dB
    • 辅助听觉定位声源
• 外耳道的共振最高峰频率约4kHz，第二共振峰的频率约9kHz
  • 由于共振使该频段的声音加强约10~12dB
  • 由于该频段的声音被加强导致耳蜗基底膜上面负责感应该频段的听毛细胞工作负荷远大于其它频段的听毛细胞，长期超负荷工作会使听毛细胞死亡，进而导致该频段的听力更容易损失

中耳

• 鼓膜
  • 或称“耳鼓”“耳膜”
  • 是外耳道与中耳之间的一层隔膜，像一张可以振动的鼓皮
    • 轻
    • 薄
    • 高弹性
  • 作用
    • 鼓膜能够将外耳捕获的声波能量聚集传递给听小骨，
      • 将声能转化为机械能
      • 再通过听小骨三块微小的骨头形成的机械联动装置传递给内耳
• 听小骨
  • 特点
    • 听小骨在婴儿时期已经完全形成，并且不会随着时间的增加有明显增大
      • 婴儿的听小骨的尺寸经计算是最佳尺寸，能够使声波从耳道中的空气到内耳中的液体传递的效率最高。
  • 包括锤骨、砧骨、镫骨三部分
  • 是人体最小的骨头
  • 三块听小骨形成了一个机械联动装置
  • 它还等效于一个杠杠
    • 锤骨和砧骨之间形成杠杆效应
    • 将鼓膜的大振幅运动机械能转化为镫骨底板的小振幅振动的能量
      • 镫骨底板连接着卵圆窗
• 咽鼓管
  • 咽鼓管上端与中耳连通，下端连通至喉咙上部
  • 作用
    • 保持中耳内气压与外部大气压平衡
      • 吞咽时咽鼓管会自动打开，释放掉中耳的压力
    • 当中耳感染时，咽鼓管可以排出感染的液体
• 作用
  • 利用杠杆原理起到阻抗匹配的作用，将外耳捕获的声波能量高效率传递给内耳中的液体
    • 如果没有中耳的阻抗匹配，声波直接从空气传给内耳，气体到液体的声波能量传递效率将会大大降低，听觉敏锐度会大大下降
    • 鼓膜和镫骨底板分别是杠杆的两端，前者的面积约是后者的27倍，杠杆的动力臂与阻力比长度比例为1.3~3.1:1，最终使镫骨底板对卵形窗产生的压强比鼓膜处的压强增大34~80倍。
  • 当外部声压过大时，可以起到一定的缓冲保护作用，

内耳

• 耳蜗
  • 耳蜗呈螺旋状
  • 大小接近一个豌豆
  • 外面是一层骨头包裹
  • 内部充满液体
    • 淋巴液
  • 内部空间被赖斯纳膜和基底膜纵向分隔成两个狭长的螺旋形空间
• 半规管
  • 与听力无关
  • 作用
    • 负责感知运动和维持身体平衡
  • 包括
    • 骨半规管
      • 上半规管
        • 位置最高
      • 后半规管
        • 位置靠后
      • 外侧半规管
        • 大致呈水平位
    • 膜半规管
      • 能感受头部旋转运动的刺激
    • 椭圆囊和球囊
      • 能感受头部直线变速运动的刺激
  • 特点
    • 三个半规管都呈C型
    • 三个半规管互相垂直
• 卵形窗与圆形窗
  • 都位于中耳与内耳的分界面
  • 卵形窗
    • 像一个卵形的窗户
  • 圆形窗
    • 像一个圆形的窗户
  • 圆形窗的振动方向与卵形窗的振动方向相反
    • 当卵形窗从中耳一侧向内耳一侧运动时，耳蜗内液体的压力会增大，此时圆形窗会在压力作用下向中耳一侧运动
      • 因为液体几乎不可压缩
• 基底膜
  • 在耳蜗内部
  • 作用是对输入的声音信号进行频谱分析
  • 基底膜会对声音产生响应（共振）
    • 不同频率的声音传入内耳后会在基底膜的不同位置产生驻波
      • 基底膜不同位置负责感知不同频率
        • 底部感知高频，顶部感知低频，中间感知中频
      • 在较低的声压下，驻波峰很尖锐
      • 较大声压下，驻波峰宽一些
  • 基底膜从耳蜗底部（卵形窗的一端）到耳蜗顶部（蜗孔的一端），宽度逐渐增加，厚度也逐渐增加
    • 薄而窄的位置响应高频，厚而宽的位置响应低频
  • 基底膜机械调谐曲线的锐度，能够与单个听觉神经的锐度相比
• 前庭膜
  • 前庭膜和基底膜把骨质的耳蜗螺旋管内部分隔成前庭阶、鼓阶和蜗管三个狭长的螺旋形
    • 前庭阶的末端是卵形窗
    • 鼓阶的末端是圆形窗
• 柯蒂氏器
  • 附着于基底膜
  • 上面有大量听毛细胞
    • 听毛细胞分布在基底膜周围
• 听毛细胞（静纤毛）
  • 在基底膜上附着的柯蒂氏器上
  • 分布在基底膜上
  • 每个听毛细胞是一束像毛发一样的神经末梢
  • 会随内耳液体中的声波而摇摆、弯曲
    • 听毛细胞发生弯曲时会产生神经脉冲信号
  • 听毛细胞的神经形成了螺旋束结构，即所谓听觉神经
  • 会通过听觉神经放电
    • 将声音信号转换成脉冲电信号传输给大脑
      • 内耳中的液体传导的声波是连续的模拟信号，但经过听毛细胞的声电转换变成了脉冲电信号
    • 音量越大放电电压越高
      • 音量越大，基底膜的驻波峰越宽，被激发放电的听毛细胞数量越多
      • 在80dB的范围内听觉神经的电位与声压是成正比的，即线性响应。
      • 音量超过80dB，听毛细胞放电电压与声压大小不是线性关系，这可能会导致听觉产生动态压缩或失真。
  • 内毛细胞大约3500个左右，只有1排，负责把声波振动转化为电信号
  • 外毛细胞大约12000个左右，共分3~5排，对声音信号有放大作用
  • 年轻人的听毛细胞排列整齐，老年人的则脱落大半
  • 研究表明，耳蜗在出生前2天停止生成新的毛细胞