Fondamenti anatomo-fisiologici dell'attività psichica - sistema uditivo completo e dettagliato

Sistema uditivo

Energia rilevata dalla percezione acustica

Che tipo di energia rileviamo con la nostra percezione acustica? Quando sentiamo un suono, abbiamo una percezione che è la rappresentazione interna, e questa cosa corrisponde dal punto di vista della realtà fisica che ci circonda? Quello che noi percepiamo sono delle onde di precisione. Tutte le molecole che sono in aria sono disposte ad una certa densità, per esempio nell’aria compressa sono tutte compresse e molto dense oppure nello spazio sono poco dense, e in generale queste molecole possono andare incontro a delle onde di compressione e rarefazione.

Parametri delle onde sonore

Quindi se noi vedessimo come sono disposte le molecole nell’aria avremmo una zona ad alta densità (zona di compressione) e una a bassa densità (zona di rarefazione), che si susseguono. I parametri che caratterizzano questa oscillazione sono:

• Ampiezza: quanto è alta l’onda ovvero se c’è tanta compressione e tanta rarefazione, l’onda avrà picchi più alti (sia la parte alta che la parte bassa), quindi l’onda può essere più o meno ampia.
• Periodo: quanto spazio c’è tra un picco e l’altro. Quindi si può classificare l’onda in base al periodo e in base all’ampiezza.

Il periodo è l’inverso della frequenza perché ci dice quante di queste onde ci sono in un’unità di spazio. Ampiezza e frequenza sono due parametri indipendenti. Dal punto di vista percettivo l’ampiezza corrisponde al volume del suono, all’intensità; la frequenza ai bassi e agli alti, si misura in hertz (1 hertz = 1 periodo/sec), determina l’altezza del suono. Un’onda ad alta frequenza ci darà la percezione di un canto acuto per esempio, un’onda a bassa frequenza ci darà un suono basso.

Suoni complessi e timbro

Ogni suono non è una frequenza pura cioè un’onda sinusoidale perfetta, ma la voce, per esempio, è l’insieme di tante frequenze diverse e ciascuna frequenza ha un’ampiezza diversa. Quindi se dobbiamo vedere com’è un’onda sonora non pura, sarà un tracciato più complesso fatto di tante sinusoidali mescolate insieme. In realtà, questo suono complesso è scomponibile in tante singole oscillazioni mescolate insieme. L’insieme delle frequenze che compongono un suono complesso dà origine al timbro del suono.

Intensità del suono e decibel

L’intensità del suono è espressa in maniera relativa con i decibel: quello che determina l’ampiezza è quanto è ampia l’oscillazione della compressione e della rarefazione nell’aria. Quando arriva all’interno del nostro orecchio, c’è una membrana molto morbida che si chiama timpano. Se l’aria esercita una certa pressione si può deformare, così se c’è la rarefazione si deforma verso l’esterno (può ricevere una spinta ad entrare o ad uscire). Quindi queste onde di pressione determinano una maggiore o minore pressione sulla membrana del timpano che quindi si deforma. L’intensità di un suono dipende da quanto è forte la pressione dell’aria sui nostri timpani. Per misurare l’ampiezza di un suono dipenderà da quanto è forte la pressione esercitata. Si definisce 1 decibel quando la pressione è uguale alla pressione di riferimento, quella che dava il minimo suono udibile. I decibel sono un’unità logaritmica non lineare perché se raddoppio la pressione i decibel non raddoppiano. I decibel sono il logaritmo del rapporto tra la pressione di riferimento e quella minima udibile.

Meato acustico e timpano

Il meato acustico è un canale che convoglia l’onda di pressione nell’aria verso la membrana del timpano. Il timpano, quando riceve quest’onda sonora, riceverà la parte di pressione per cui si deforma verso l’interno e la parte di rarefazione in cui si deforma verso l’esterno, andando proprio in vibrazione tanto quanto ci sono le oscillazioni nell’onda. Questa vibrazione viene trasmessa a degli ossicini dell’orecchio: la staffa, l’incudine e il martello, che sono dei semplici elementi di trasmissione di questo movimento. Quando il timpano spinge dentro, l’ossicino viene a sua volta spinto dentro e trasmette questo movimento a tutta la catena. Questa catena sta in una zona separata dall’esterno (dal timpano) e questa parte si chiama orecchio medio (che contiene la catena di ossicini). La staffa va a premere sulla membrana ovale che è posta su una finestra, su un buchino, di una struttura ossea fatta a forma di chiocciola che si chiama coclea contenuta nell’orecchio interno.

Coclea e trasduzione

All’interno della coclea ci sono le cellule che trasformano l’onda di pressione in un’attivazione neuronale e quindi la trasmettono a degli assoni che entrano nel cervello. Dalla coclea il messaggio esce sotto forma di potenziale d’azione: dentro la coclea avviene la trasduzione, ovvero la trasformazione da energia fisica a segnale neuronale. La coclea è una struttura ossea rigida che ha questa finestrella che è la finestra ovale chiusa da una membrana e sulla finestra ovale c’è la staffa. Quando riceve l’onda di pressione il timpano, va a muovere tutta la catena di ossicini e alla fine la staffa. Quando il timpano è spinto verso l’interno, permette la spinta verso l’interno anche della staffa che va a sollecitare la finestra ovale, la quale è chiusa da una membrana che si piegherà anche lei verso l’interno (stesso procedimento quando il procedimento accade verso l’esterno). Quindi la membrana della finestra ovale si muove parallelamente e con gli stessi ritmi del timpano.

Canali della coclea e movimento del liquido

All’interno della coclea ci sono due grandi canali chiamati scale, separati da un setto su cui c'è un altro canale più piccolo. Questi canali, proprio come nella chiocciola, si avvolgono a spirale fino alla cima della coclea che si chiama elicotrema. Uno di questi canali, la scala vestibolare, entra in connessione con la finestra ovale; l’altra scala, la scala timpanica, termina su un’altra finestra che si chiama finestra rotonda, chiusa anche lei da una membrana. Questi canali sono pieni di liquido detto linfa. Quando arriva un suono, la finestra ovale muove la sua membrana verso l’interno, premendo sul liquido posto nella scala che verrà spinto a fare tutta la spirale fino ad arrivare all’elicotrema. A livello dell’elicotrema, la scala vestibolare e la scala timpanica sono collegate, quindi il liquido farà tutta la spirale in salita e poi a livello dell’elicotrema continuerà a subire una spinta verso l’altra scala, quella timpanica. Lì avremo un flusso nel senso opposto, quindi ritorna, si fa tutta la spirale in senso opposto fino ad arrivare alla finestra rotonda su cui esercita una spinta.

Membrane della coclea e trasmissione sonora

Quando la membrana della finestra ovale si spinge verso l’interno, quella della finestra rotonda si spinge verso l’esterno perché il liquido che è spinto verso l’interno fa prima la spirale in salita verso l’elicotrema poi in discesa e spinge verso la finestra rotonda. Alla fine, l’onda di pressione diventa uno scorrimento di questo liquido che scorre continuamente in funzione delle oscillazioni del timpano attraverso gli ossicini, poi della membrana della finestra ovale. Quindi continuamente nell’orecchio vi è questo liquido che si muove leggermente, con frequenza e forza proporzionale all’onda sonora, quindi l’informazione frequenza-ampiezza a questo livello è dell’endolinfa.

Cellule ciliate e meccanotrasduzione

La parete della coclea è fatta di osso quindi è rigida e per quello la spinta del liquido non può espandersi. L’unico modo che ha di espandersi è premere sulle membrane: ecco perché l’unica cosa che cambia sono le due membrane (della finestra ovale e della finestra rotonda), la superficie rigida non può fare nessuna oscillazione. La scala media è separata da una membrana che si chiama membrana del Reisner che è capace di deformarsi in quanto tale. Quando questo liquido scorre perché è stato spinto dalla membrana della finestra ovale, esso cercherebbe di allargare il condotto in cui è posizionato. La scala vestibolare ha tutte le pareti rigide tranne la membrana del Reisner che quando arriva l’onda si spinge verso il basso e quando c’è la rarefazione va verso l’alto.

Sotto la membrana del Reisner vi sono delle particolari cellule, le cellule ciliate, immerse nella scala media e che sono continuamente deformate dal passaggio dell’onda di pressione e sono quelle che compiono la trasduzione perché sono in grado di modificare il loro potenziale di membrana in funzione di quanto sono schiacciate dalla pressione dell’onda. Questo processo di trasduzione infatti si chiama meccanotrasduzione.