Depolarisation und Hyperpolarisation bei Stereozilien des Innenohrs

Es gibt ungefähr zwei Arten der Tonhöhenkodierung in der Cochlea: Ortskodierung und zeitliche Kodierung. Die Ortstheorie ist das am weitesten verbreitete akzeptierte Modell dafür, wie die Cochlea die Tonhöhencodierung realisiert (z. B. Zwislocki, 1991 ). Grundsätzlich basiert es auf einer Frequenz-zu-Ort-Fourier-Transformation des eingehenden Schalls, bei der jede Frequenz an einer anderen Stelle auf der Basilarmembran codiert wird, wie in der Frage genau beschrieben.

Es gibt jedoch noch eine andere, oft übersehene Art der Codierung der Tonhöhe, nämlich die zeitliche Codierung . Bis etwa 1 kHz wurde festgestellt, dass spiralförmige Ganglienzellen in den Hörnerv- und Hörhirnstammregionen (wie dem unteren Colliculus ) in einem phasenstarren Muster reagieren (Du et al ., 2011) . Die Elektrophysiologie in Hörnervenfasern veranschaulicht die phasenstarre Aktivität als Reaktion auf niederfrequente Töne (Abb. 1). Dieses Phasenverriegelungsverhalten von Neuronen im Hörsystem wird als Frequenzfolgereaktion (FFR) bezeichnet.

^{Feige. 1. FFR in Hörnervenfasern. Die obere Spur zeigt den Stimulus, die mittlere Spur eine einzelne Faser und die untere Spur die zusammengesetzte Aktivität vieler Fasern. Die Gruppenantwort kodiert getreu die Stimulus-Wellenform. Quelle: Universität New York} .

Wie Sie jedoch zu Recht in Ihrer Frage feststellen - warum wäre die Hemmung der Hörnervenfasern (ANFs) hilfreich? Abbildung 1 zeigt schön, dass die FFR des Hörnervs gleichgerichtet ist , dh nur die obere Hälfte kodiert wird, während negative Aktionspotenzialzählungen offensichtlich nicht existieren; ANFs feuern, oder sie feuern nicht, sie feuern keine negativen Aktionspotentiale. Allerdings muss man sich darüber im Klaren sein, dass ein relativ großer Anteil der ANFs in gesunden Ohren spontan feuert , dh der Hörnerv ist in Abwesenheit von Schall noch bemerkenswert aktiv. Spontanfeuerraten variieren von 0 bis über 100 Spikes/s (Jackson & Carney, 2005) . Daher ist auch die Unterdrückung von Spontanaktivitätscodes wichtig .

Darüber hinaus, als theoretische und nicht referenzierte Randnotiz – das Gehör verarbeitet akustische Informationen auf der Sub-Millisekunden-Ebene. Die Links/Rechts-Schalllokalisierung wird durch das Gehörsystem durchgeführt, indem interaurale Zeitdifferenzen (ITDs) aufgelöst werden . Durch Analysieren der Verzögerung, mit der der Schall in Bezug auf das andere Ohr ankommt, kann die Lokalisierung in der horizontalen Ebene abgeschätzt werden. Angesichts der Schallgeschwindigkeit und der Größe des menschlichen Kopfes überschreiten ITDs 0,8 ms nicht. Dies liegt weit unter der Zeit, die benötigt wird, bis sich ein Aktionspotential entwickelt (!). Durch den Einsatz beider Phasen des Schalls, wobei eine Phase erregend und die andere hemmend auf ANF-Ebene ist, geht also keine Zeit verloren, wenn eine Schallwelle zufällig zuerst mit ihrer hemmenden Flankenphase in die Cochlea eintritt.

_{Referenzen
– Du et al ., Neurosci Biobehav Rev (2011)
– Jackson & Carney, JARO (2005); 6 : 148–59
– Zwislocki, Acta Otolaryngol (1991); 111 (2): 256-62}

Die Depolarisation und Hyperpolarisation von Stereozilien im Ohr ist signifikant für ihre Rolle bei der Transduktion. Haarzellen sind daran beteiligt, mechanische Energie in Änderungen des Membranpotentials umzuwandeln, ein Prozess, der als Transduktion bezeichnet wird.

Wenn die Zellen verschoben werden und sich in Richtung des höchsten Stereoziliums bewegen, dringt K+ in die Zelle ein und verursacht eine Depolarisation, wodurch sich mehr Transduktionskanäle öffnen können. Diese Depolarisation öffnet spannungsgesteuerte Calcium-Ca2+-Ionenkanäle. Der Einstrom von Ca2+ verursacht die Freisetzung von Neurotransmittern vom basalen Ende der Haarzelle zu den Hörnervenenden, die Signale an das Gehirn senden.

Die Bewegung der Haarzellen in die entgegengesetzte Richtung verursacht eine Hyperpolarisation, die den Einstrom von K+ verhindert und die Ca2+-Kanäle an der Basis schließt, was zu einer geringeren Freisetzung oder keiner Freisetzung des Transmitters führt. Dadurch können Haarzellen als Reaktion auf einen sinusförmigen Stimulus ein sinusförmiges Rezeptorpotential erzeugen, das die im ursprünglichen Signal vorhandene zeitliche Information bis zu Frequenzen von 3 kHz bewahrt.

Die Depolarisation und Hyperpolarisation von Haarzellen ist also von Bedeutung, da die ständige Freisetzung von Transmittern die spontane Aktivität in den Hör- und Gleichgewichtsnervenfasern antreibt. Die Wechselwirkung von Ca2+-Einstrom und Ca2+-abhängigem K+-Ausstrom führt zu elektrischen Resonanzen, die die Stimmreaktionseigenschaften im Innenohr verbessern.

Eine ausführlichere Antwort finden Sie unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10867/ und http://homepage.psy.utexas.edu/homepage/class/psy394U/hayhoe/perception/Chapt. %201%20Haare%20Zellen%20von%20der%20Cochlea%20Kopie%203.pdf