A Audição – Princípio de Funcionamento

por: Projeto Ciência Viva
(Ministério da Ciência e da Tecnologia – Portugal)

Vamos então tentar entender como funciona este mecanismo fantástico. Vimos já que o som não é mais do que uma agitação das partículas em nosso redor. Essa agitação propaga-se desde a fonte sonora até aos nossos ouvidos. Na Figura 1 podemos ver em mais pormenor aquilo que se passa. O pavilhão auricular recebe as ondas sonoras, encaminhando-as através do canal auditivo até ao ouvido interno. O tímpano, a pequena membrana que separa o ouvido externo do interno, vai então vibrar, solidário com as moléculas do ar em redor.

Figura 1 – Ilustração do princípio de funcionamento do ouvido humano.

Essas vibrações vão então ser transmitidas para o interior da cóclea através dos três ossículos: o martelo, a bigorna e o estribo, ligados em cadeia, entre o tímpano e a janela oval. Repare-se na ilustração deste mecanismo feita na animação da Figura 2. Estes três ossículos são muito importantes, podendo ser vistos como uma espécie de amplificadores. De fato, eles atuam como uma alavanca, aumentando a pressão das ondas sonoras cerca de 1,3 vezes. O terceiro ossículo, o estribo, transmite a sua vibração a uma membrana 17 vezes mais pequena (a janela oval à entrada da cóclea), tendo por isso que aumentar a pressão de 17 vezes. Resulta assim um aumento de pressão global de 22 vezes. Desta forma, é possível obter a agitação necessária no interior da cóclea (hidrodinâmica) para que células ciliadas do ouvido interno possam identificar as frequências que compõem um certo som, e transmitir essa informação ao cérebro. A referida transmissão é efetuada por intermédio do nervo auditivo, na forma de impulsos elétricos.

Vimos então que a energia das ondas sonoras começa por ser de origem mecânica, como onda de pressão que se propaga primeiro no ar e depois num fluído, acabando na forma de impulsos elétricos que o cérebro utiliza para construir a imagem sonora correspondente.

autores: Stephan Blatrix, Rémy Pujol

Figura 2 – Ilustração do princípio de funcionamento do ouvido humano, focando o pormenor dos ossículos e da cóclea.

Mas retomemos o nosso estudo da hidromecânica coclear. Verificamos já que as vibrações das partículas do meio ambiente são transmitidas para o interior da cóclea pela atuação do tímpano e dos três ossículos. Mas o que é que se passa depois disso? A cóclea tem a forma de um caracol, possuindo duas cavidades (scala tympani e scala vestibuli), unidas apenas no extremo e separadas pelo chamado ducto coclear (Figura 3). As vibrações são então transmitidas à cóclea pela janela oval, viajam até ao helicotrema pela scala vestibuli, e retornam pela scala tympani até à base, sendo depois absorvidas pela janela redonda. Repare-se novamente na Figura 2.

Cortesia do Dr. Stephen Neely do Boys Town N. R. H.

Figura 3 – Pormenor de um corte transversal ao longo da cóclea.

Ao percorrerem o interior da cóclea, essas vibrações irão fazer com que a membrana basilar oscile. Para melhor percebermos essas oscilações vamos "desenrolar" o "caracol" e olhar para a Figura 4. As linhas brancas sobre o fundo azul pretendem representar a membrana basilar "desenrolada" que, como sabemos, suporta o órgão de Corti, no qual se encontram as células ciliadas. A excitação sonora, transmitida ao interior da cóclea através da janela oval, provocará a oscilação da membrana basilar. Contudo, a "forma" dessa oscilação vai depender do tipo de som produzido! Experimente reproduzir uma das seguintes três gravações. Em simultâneo poderá observar o comportamento da membrana basilar.

250Hz
1000Hz
4000Hz

Cortesia do Dr. Stephen Neely do Boys Town N. R. H.

Figura 4 – Movimento da membrana basilar para três frequências puras diferentes (250Hz, 1000Hz e 4000Hz).

Reparou certamente que os movimentos da membrana basilar têm formas muito características para sons com uma única frequência. Para além disso, existe sempre uma zona em que a amplitude dos movimentos é maior. Nessa zona os cílios serão mais excitados, dando uma indicação ao cérebro do conteúdo frequencial do som escutado. Repare-se também que, à medida que a frequência aumenta, as zonas da membrana basilar onde a excitação é maior estão cada vez mais próximas da base da cóclea. Na figura seguinte é possível observar as zonas onde se localizam os máximos da excitação ao longo da membrana basilar, para as diversas frequências. É interessante notar que os limites correspondem aos da gama audível, notando-se também um aumento da espessura da membrana basilar desde o seu início até ao helicotrema.

autores: Stephan Blatrix, Rémy Pujol

Figura 5 – Identificação das frequências de ressonância e das zonas onde estas ocorrem, ao longo da membrana basilar.

Diagrama de Funcionamento do Órgão de Corti

OBS – caso a animação não inicie automaticamente, clique com o botão direito e selecione "Reproduzir" (ou "Play")

O funcionamento básico do órgão de Corti pode ser resumido esquematicamente em 5 estágios:

  1. As ondas sonoras movem a Membrana Basilar para cima e para baixo.
  2. Os cílios das Células Ciliadas Externas (CCE), implantados na Membrana Tectorial (em azul claro) se curvam e a célula é despolarizada.
  3. As CCE despolarizadas reagem através de uma contração (eletromotilidade): isto é um mecanismo ativo.
  4. Devido à firme junção entre as CCE com a Membrana Basilar e a Membrana Reticular, este mecanismo ativo gera energia de volta para o Órgão de Corti e assim as Células Ciliadas Interiores (CCI) são excitadas, provavelmente através da ativação de seus cílios pela Membrana Tectorial.
  5. as sinapses nervosas das CCI são ativadas e a mensagem é enviada ao Sistema Nervoso Central.

Fonte: http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/principio_aaudicao.html