Analizatorul auditiv

Caracteristicile sunetului• Frecventa sau tonul – muzical îi corespunde înălțimea (măsurată

în Hz).

• Intensitatea sau amplitudinea- muzical îi corespunde nivelul de intensitate sonoră (măsurat în dB).

• Durata - se calculează din momentul impactului pana la dispariția ultimei vibrații percepute.

• Timbrul sau culoarea - caracteristică unui sunet muzical de a se deosebi de alte sunete de aceeași înălțime, durata si intensitate.

– Ex: doua sau mai multe instrumente interpretează concomitent același paragraf. Deși sunt aceleași note, noi putem deosebi diferența dintre un pian si o chitara chiar daca ele cântă in același timp.

Frecventa sunetului• Frecventa vibrațiilor da tonalitatea

sunetului. • Tonurile pure sunt simple unde

sinusoidale. Acestea sunt rar întâlnite in realitate de zi cu zi.

• Tonurile emise in mod uzual de instrumente, vocea umana sunt un amestec de sunete cu frecvente diferite:– Frecventele cele mai joase

constituie tonalitatea vocii– Frecventele cele mai înalte

constituie timbrul vocii

• Un amestec de frecvente fără legătura intre ele cum ar fi amplitudinea sau/si periodicitatea acestora se numește zgomote

Intensitatea sunetului• INTENSITATEA - definită prin puterea vibrației pe unitatea de arie cu unitatea W/m2. • PUTEREA este energia transmisă de unda sonoră într-o secundă și are ca unitate de măsură

wattul - W. • INTENSITATEA sunetului reprezintă puterea sunetului pe unitatea de suprafață si se măsoară in

wați/m2

• I= putere/arie

• Deoarece variația intensității sunetului (respectiv puterea sunetului) perceput de urechea umana variază foarte mult (de la 10-12 W/m2 la 106 W/m2) intensitatea se exprima in mod obișnuit ca logaritmare a raportului dintre intensitatea sunetului si intensitatea sunetul de referință (10-12

W/m2 ) • Majoritatea măsurătorilor de intensitate a sunetului se fac în raport cu o intensitate numită prag

de audibilitate sau 0 iar unitatea utilizată în acest caz este decibelul – dB

Nivelul intensității sunetului (beli)= log IS /IS referință

Nivelul intensității sunetului (dB )= 10x log (IS /IS referință)

Nivelul puterii sunetului (beli) = log putere sunet/putere sunet referință

Nivelele puterii sunetului (dB) = 10 xlog (PutereS/PutereS referinta)

Sursa de sunetPuterea sunetuluiPac

watts

Nivelul de putere al sunetului Lw

dB re 10−12 W

Racheta 1,000,000 W 180 dB

Motor turbojet avioane 10,000 W 160 dB

Sirena 1,000 W 150 dB

Concert rock, camioane 100 W 140 dB

Mitraliera 10 W 130 dB

Pic-hammer 1 W 120 dB

Trompeta, escavator 0.3 W 115 dB

Latratul cainelui 0.1 W 110 dB

Elicopter 0.01 W 100 dB

Voce tare, plans copil 0.001 W 90 dB

Vorbirea, masina de scris 10−5 W 70 dB

frigider 10−7 W 50 dB

Pragul audibil 10−12 W 0 dB

Presiunea sunetului• Nivelul presiuni sunetului in dB (decibel sound pressure level)

• Intensitatea sunetului = Puterea sunetului /aria ≈pătratul presiuni

• Putem caracteriza sunetul fără a tine cont de aria pe care acționează si de unitatea de timp

• Pentru ca intensitatea sunetului este direct proporțională cu presiunea2 si aceasta vărează ca si intensitate foarte mult, presiunea sunetului se exprima ca logaritmare a raportului dintre pătratul presiunii sunetului si pătratul presiunii atmosferice

• Nivelul de presiune al sunetului = log (pres2/pres referinta2)= 2log (pres /pres referinta)

• Nivelul de presiune al sunetului (dB) = 20 log (pres/pres de referinta-atm)

Ex. 1 Presiunea sunetului este de 10 ori mai mare decât cea de referință (px=

10*po= 2 *10-4)

NPS=20 log 10po/po = 20 log 10= 20 dB

Ex 2 Daca doua persoane vorbesc cu un nivel al presiunii sunetelor de 70 dB suma

presiunii sunetelor va avea un nivel:

NPS =70dB= 20*log px/po

Log px/po =3,5 => px/po = 3162 (3.16 *103) => px = 3.16 *103 * 2 * 10-5= 6.3 * 10-2

NPS = 20 log 2*6.3 10-2/(2*10-5) =20 log 6.32 * 103= 20 *3.8 =76 dB

Presiunea sunetului

Sursa sunetului Presiunea sunetului Nivelul de presiune al sunetului

pascal dB re 20 μPa

Limita superiaoara teoretica pentru un sunet nedistorsionat intr-un mediu cu presiune de o atmosfera

101,325 Pa 194.0937 dB

Turboreactor de avion la 30 m 630 Pa 150 dB

Pragul dureros 100 Pa 130 dB

Leziuni ale urechii la expuneri scurte 20 Pa approx. 120 dB

Avion la 100m 6 – 200 Pa 110 – 140 dB

Pick hammer la 1 m 2 Pa approx. 100 dB

Leziuni ale urechii la expunere prelungita 6×10−1 Pa approx. 85 dB

Strada la 10 m 2×10−1 – 6×10−1 Pa 80 – 90 dB

Televizor la 1 metru 2×10−2 Pa approx. 60 dB

Vorbirea normala la 1 metru 2×10−3 – 2×10−2 Pa 40 – 60 dB

Camera linistita 2×10−4 – 6×10−4 Pa 20 – 30 dB

Respiratie calma, fosnetul frunzelor 6×10−5 Pa 10 dB

Pragul auditiv la 1000 Hz 2×10−5 Pa 0 dB

Urechea externa:

* pavilionul urechii

* canalul auditiv extern

* membrana timpanică

Urechea medieSistem format din:• 3 oscioare: ciocanul, nicovala, scărița• 2 mușchi: mușchiul tensor timpani si mușchiul scăriței• ligamente care mențin poziția oscioarelor

Urechea medie

• Rolurile urechii medii sunt:

– Asigura corespondența impedanței intre aer si apa prin :

• Scăderea amplitudinii undelor sonore dar cu creșterea forței acestora de 1,3 ori

• Prin raportul dintre suprafața timpanului si suprafața ferestrei ovale 55mm2:3,2mm2 =17:1

• Forța totala creste de aproximativ 22 de ori (17x1,3)

• Aceasta amplificare a forței face ca sunetele cu frecventa cuprinsa intre 300 si 3000 Hz sa se transmită in proporție de 50-75%

– Prin contracția mușchilor tensor al timpanului si stapedius se produce:

• Crestarea rigidității sistemului osicular determinând reducerea transmisiei sunetelor in special al celor cu frecventa joasa atunci când acestea au o intensitate foarte mare – reflexul acustic

Urechea medie

Doar 1-3% din energia

acustica se transmite

50-75% din energia acustica se transmite

La nivelul urechii medii

Urechea interna

Cohleea

• Este alcătuită din trei canale circulare spiralate alăturate– Scala vestibulara– Ductul cohlear– Scala timpanica

• Cele trei canale sunt separate de:– Membrana Reissner (vestibulara)– Membrana bazilara

• La nivelul ductului cohlear se afla organul Corti

• Scala timpanica si vestibulara conține perilimfa

• Ductul cohlear conține endolimfa• Scala vestibulara comunica cu

fereastra ovala si cea timpanica cu fereastra rotunda. – 35mm lungime si 2,5 ori rotație

Organul Corti

• Este situat in ductul cohlear, acoperit de membrana tectoriala

• Terminațiile interne • ale celulelor păroase sunt fixate

de lamina reticulata susținută de celulele cohleare triunghiulare

• Fibrele bazilare lamina reticulata si celule păroase formează o unitate compacta

• Membrana tectoriala este fixata la nivelul limbului spiral si nu se poate deplasa iar vârfurile cililor sunt fixați in aceasta. Astfel, deplasarea membranei bazilare împreuna cu celulele păroase determina îndoirea stereocililor

Membrana bazilara

• Membrana fibroasa prezinta 20000 -30000 fibre bazilare fixate printr-un singur capăt la columela (partea centrala a cohleei)

• Prezinta o elasticitate variabila de la baza si pana la helicotrema deoarece:– Lungimea fibrelor creste progresiv ->

0,04 mm baza pana la 0,5 mm vf– diametrul scade de 100 de ori de la

baza spre vf

• Rezonanta cu frecvente înalte la baza (fibre groase si scurte) si cu frecvente joase la vârf (fibre subțiri si lungi)

• Undele pătrund prin fereastra rotunda si determina vibrația lichidului si a membranei bazilare

• Aceste unde se deplasează de-a lungul cohlei.

• Atunci când vibrațiile intra in rezonanta cu fibrele bazilare se produce maximul de amplitudine a membranei si de asemenea disiparea energiei undei

• Undele cu frecventa joasa, 200Hz intra in rezonata maxima la vârful cohlei si deci trebuie sa-o parcurgă in întregime

• Undele cu frecvente înalta intra in rezonata la baza cohleei astfel ca energia acestora se disipează rapid 8000 Hz

• Undele cu frecventa intermediara vor intra in rezonanta cu membrana balizară intre vf si baza

Urechea internă - Organul Corti

Celulele păroase

Celulele paroase• Sunt de doua tipuri:

– Celulele păroase interne 3500– Celulele păroase externe 12000

• Au diametrul de 8 microni• Fac sinapsa cu terminațiile libere ale neuronilor din

ganglionul spiral Corti• Rolul cel mai important îl au celulelor păroase interne

care au aprox 90-95% din terminațiile nervoase• Stereocili care vin in contact cu membrana tenctoria

prezinta canale de K care se deschid sau se închid in funcție de direcția in care se deplasează aceștia

• Endolimfa are un potențial de + 80 -+100 mV si conține K in conc crescuta 140 mEq

• Potențialul endomembranar este de -70 mV• Diferența de potențial este de 150 mV• Stimularea celulei păroase influx de K

depolarizare influx de Ca eliberare mediator (glutamat)

• Celulele păroase externe –prestina (transportor de anioni)

– Determine modificarea de forma a celulei– Contracția este f rapida 100microsec– Nu e dependenta de Ca sau de ATP

Prestina:

- exprima modificări conformaționale voltaj dependente

- au o densitate mare in membrana celulara 107/celula

- exista sub forma unui tetramer stabil (11nm)

- deși este membra a transportorilor anionici, nu pare sa aiba rol in

transportorul anionic

Diferențele anatomice intre celulele păroase interne si externe

From Gelfand (1998)

Aferente in majoritate 95% fac sinapsa cu celulele

păroase interne (dendrite ale ggl spiral)

Eferentele in majoritate fac sinapsa cu celulele

păroase externe (axoni ai nucleului olivar sup) →

Asigura focusul auditiv

Terminații eferenteTerminatii aferente

Celula paroasa internaCelula paroasa externa

Terminatii aferenteTerminatii eferente

Determinarea frecventei sunetului

• Teoria localizării:

– Se bazează pe capacitatea membranei bazilare de a intra in rezonanta cu sunete la distante variabile in funcție de frecventa acestora.

– Este eficienta pentru sunete cu frecventa mai mare de 2000 Hz

• Teoria temporala sau a frecventelor

– Sunetele determina rafale de impulsuri nervoase sincronizate la aceleași frecvente

– Este eficienta pentru frecvente joase (20 -2000 Hz)

Determinarea intensitatii sunetului

• Intensitatea sunetului este decodata prin 3 mecanisme

• Creșterea amplitudini vibrației membranei bazale cu cat sunetul este mai puternic va determina:

• Deformare mai mare a stereocililor -> creșterea frecventei impulsurilor

• Creșterea numărului de celule stimulate -> creșterea numărului de fibre nervoase stimulate

• Transmiterea de către celulele păroase externe de impulsuri prin fibre aferente ale nervului cohlear

Caile de conducere• Neuron 1 – ganglionul spiral Corti

Nervul VIII

• Neuron 2 – nucleii cohleari dorsali si ventrali (bulb sup)

• Neuron 3 – nucleul olivar superior– Contralateral (majoritatea)– Ipsilateral

Lemniscul lateral+/- nc lemniscului lateral

• Neuron 4 – coliculul inferior

• Neuron 5 – nucleul geniculatmedian

Radiatiile auditive

• Cortexul auditiv

Cortexul auditiv primar

Sase harti tonotopice

•Este situat in regiunea supra temporală

a girusului temporal superior.

•Răspunde la frecvente sonore unice

•Neuronii răspund la intervale scurte de

frecventa ( prin fenomenul de inh

laterala)

•Determina tiparele sonore simple

Cortexul auditiv de asociatie• Asociază diferite frecvente sonore• Asociază sunetele cu informații din alte

regiuni senzoriale• Determina tiparele sonore tonale sau

secvențele complexe• Transmit informația către aria Wernicke

(parte a cortexului auditiv situata in regiunea post a girusului temporal superior

• Leziuni ale ariei primare :– Unilateral: hipoacuzie ușoară CL,

pierderea capacitatea de a determina poziția sursei in spațiu

– Bilateral: hipoacuzie grava

• Leziuni ale ariei secundare:– Păstrează capacitatea de a auzi si

interpreta tipare sonore simple– Incapacitatea de a percepe semnificația

cuvintelor (lezarea ariei Wernicke)

Detectarea directiei sunetelor• Este inițiat la nivelul nucleilor olivari superiori:

– Grupul lateral: compara intensitatea sunetelor percepute de cele doua canale auditive pentru același sunet

• Funcționează optim pentru sunete cu frecventa mare

– Grupul median compara întârzierea aceluiași sunet perceput de cele doua canale auditive (neuronii prezinta aferente ipsi si contralaterale).

• Neuroni din marginea nucleului răspund maximal la intervale mici de timp, iar cei din marginea opusa la intervale mari

• Funcționează optim pentru sunete cu frecvente mai mici de 3000Hz

• Forma urechii externe (pavilioanelor) asigura diferențierea sunetele care vin din fata respectiv cel din spate prin modificarea calității acestora (creșterea intensității sunetelor când acestea provin din fata)

• Acesta informație (direcția sunetului) este condusa către cortex posibil pe alte cai decât cea pentru tonuri.

Surditatea• Surditatea nervoasa

– Pentru sunetele cu frecventa joasa se produce prin expunerea la zgomote cu frecventa joasa si intensitate mare

– Pentru toate sunetele: medicamente toxice: kanamicina, cloramfenicol

– Nu exista tratament

• Surditatea de transmisie– Leziuni ale urechii medii:

osteoscleroze, infecții grave sau/si repetate, anchiloza fetei scăriței

– Se produce o fibrozare si calcifiere excesiva a sistemului tipano-osicular

– Tratament : chirurgical +/-protezare auditiva