低频哺乳动物听觉中放大效应的棘轮机制

听觉的灵敏度和频率选择性源于机械感受性毛细胞中通过主动过程的调谐放大。在大多数脊椎动物中，主动过程源于毛束的主动运动性。哺乳动物耳蜗表现出一种额外形式的机械活动，称为电致运动性：其外毛细胞在电刺激下改变长度。这两种机制对哺乳动物内耳主动过程的相对贡献是目前激烈争论的主题。在此我们表明，主动毛束运动性和电致运动性可以共同实现一种类似于棘轮的高效放大机制：作用于基底膜上的声音诱发力被传递至毛束，而电致运动性则将主动毛束力与基底膜解耦。这种单向耦合可以将听觉范围扩展至远低于基底膜共振频率的频段。因此，它为低频听觉提供了一个概念，解释了来自耳蜗顶端的多种未解的实验观察结果，包括顶端调谐曲线的形状和相位行为、其缺乏显著非线性，以及听觉神经纤维阈值调谐曲线沿耳蜗的形状变化。棘轮机制构成了在工程应用中实现机械放大的一种通用设计原则。