คอเคลียเต็มไปด้วยน้ำที่เรียกว่าอะไร?
คอเคลียเต็มไปด้วยน้ำที่เรียกว่า perilymph ซึ่งไหวไปตามแรงสั่นสะเทือนที่มาจากหูชั้นกลางโดยผ่านช่องรูปไข่ (oval window)
เมื่อน้ำในคอเคลียเคลื่อน ท่อคอเคลีย (cochlear duct/partition) ที่อยู่ตรงกลาง ซึ่งรวมเยื่อฐาน (basilar membrane) และอวัยวะของคอร์ติ ก็จะเคลื่อนด้วย
เซลล์ขนนับเป็นพัน ๆ จะรับรู้การเคลื่อนไหวผ่าน stereocilia แล้วแปลงแรงกลนั้นให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สื่อประสาทไปยังเซลล์ประสาทเป็นพัน ๆ
โดยตัวนิวรอนที่ต่อกับเซลล์ขนจะเป็นตัวแปลงสัญญาณจากเซลล์ขนให้เป็นอิมพัลส์ไฟฟ้าประสาทที่เรียกว่า ศักยะงาน (action potential) ซึ่งส่งทางเส้นประสาท auditory nerve ไปยังโครงสร้างในก้านสมองเพื่อการประมวลผลต่อ ๆ ไป
กลไกการเสียการได้ยินเกิดจากความบอบช้ำต่อ stereocilia ของคอเคลีย ซึ่งเป็นโครงสร้างหลักเต็มไปด้วยน้ำของหูชั้นใน
ใบหูบวกกับหูชั้นกลางจะขยายความดันเสียงถึง 20 เท่า จึงเป็นความดันเสียงในระดับสูงที่เข้ามาถึงคอเคลียแม้จะเกิดจากเสียงในอากาศที่ไม่ดังมาก
เหตุโรคของคอเคลียก็คือ สารมีออกซิเจนที่มีฤทธิ์ (reactive oxygen species) ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการตายเฉพาะส่วนกับอะพอพโทซิสที่เกิดจากเสียงของ stereocilia
การได้รับเสียงดัง ๆ มีผลต่าง ๆ กันต่อบุคคลกลุ่มต่าง ๆ เยื่อแบ่งส่วนที่วิ่งไปตามคอเคลียเกือบทั้งหมดตัวเองก็เป็นท่อเต็มไปด้วยน้ำ ซึ่งเรียกว่าเป็นท่อที่ 3
เป็นช่องตรงกลางที่เรียกว่า cochlear duct
น้ำในช่องที่เรียกว่า endolymph แม้จะมีอิเล็กโทรไลต์และโปรตีนเช่นกัน แต่ก็สมบูรณ์ไปด้วยไอออนโพแทสเซียม ซึ่งทำให้มีความต่างทางเคมีจากน้ำในอีก 2 ช่องที่เรียกว่า perilymph
ซึ่งสมบูรณ์ไปด้วยไอออนโซเดียม ความต่างกันนี้ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า หูชั้นในรูปหอยโข่ง
หรือ อวัยวะรูปหอยโข่ง
หรือ คอเคลีย
(, , จาก , kōhlias, แปลว่า หมุนเป็นวงก้นหอย หรือเปลือกหอยทาก) เป็นอวัยวะรับเสียงในหูชั้นใน
เป็นช่องกลวงมีรูปร่างเป็นก้นหอยโข่งอยู่ในกระดูกห้องหูชั้นใน (bony labyrinth) โดยในมนุษย์จะหมุน 2.5 ครั้งรอบ ๆ แกนที่เรียกว่า modiolus
และมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 9 มม.
โครงสร้างหลักของคอเคลียก็คืออวัยวะของคอร์ติ ซึ่งเป็นอวัยวะรับประสาทสัมผัสคือการได้ยินเสียง และอยู่กระจายไปตามผนังที่กั้นโพรงสองโพรงที่เต็มไปด้วยน้ำ ซึ่งวิ่งไปตามก้นหอยที่ค่อย ๆ แคบลง
ส่วนคำว่าคอเคลียมาจากคำในภาษาละตินซึ่งแปลได้ว่า "เปลือกหอยทาก" และก็มาจากคำภาษากรีกว่า κοχλίας, "kokhlias" ซึ่งแปลว่า หอยทาก หรือเกลียว ซึ่งมาจากคำว่า κόχλος, kokhlos ซึ่งแปลว่า เปลือกวนเป็นก้นหอย
คอเคลียในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมดยกเว้นของโมโนทรีมมีรูปร่างเช่นนี้
คอเคลียเป็นโพรงกระดูกรูปกรวยวนเป็นรูปก้นหอย
ที่คลื่นความดันเสียงจะแพร่กระจายไปจากส่วนฐาน (base) ใกล้หูชั้นกลางที่ช่องรูปไข่ (oval window) ไปยังส่วนยอด (apex) คือที่ส่วนปลายหรือตรงกลางของก้นหอย
โพรงที่วนเป็นก้นหอยเรียกว่า Rosenthal's canal หรือ spiral canal of the cochlea โดยยาวประมาณ 30 มม. และหมุน 2¾ รอบ ๆ แกนที่เรียกว่า modiolus
โดยมีโครงสร้างรวมทั้ง กระดูกเล็ก (ossicle) ที่เรียกว่ากระดูกโกลน เป็นตัวส่งแรงสั่นสะเทือนจากหูชั้นกลางไปยัง "fenestra ovalis" หรือช่องรูปไข่ ที่นอกคอเคลีย ซึ่งก็จะสั่นน้ำ perilymph ใน vestibular duct คือช่องบนของคอเคลีย
กระดูกเล็ก 3 ชิ้นในหูชั้นกลางจำเป็นเพื่อส่งคลื่นเสียงเข้าไปในคอเคลีย เพราะว่าคอเคลียเป็นระบบน้ำ-เยื่อ และมันจำเป็นต้องได้แรงดันเพื่อส่งเสียงเป็นคลื่นน้ำสูงกว่าที่เป็นคลื่นอากาศโดยต่างจากหูชั้นนอก
เป็นความดันที่เพิ่มขึ้นอาศัยอัตราพื้นที่ของแก้วหู (tympanic membrane) ต่อของเยื่อช่องรูปไข่ เป็นประมาณ 20 เท่า
ของแรงดันคลื่นเสียงเดิมในอากาศ
กระบวนการเพิ่มความดันแบบนี้เป็นรูปแบบหนึ่งของ impedance matching คือเป็นการจับคู่คลื่นเสียงที่วิ่งไปในอากาศให้เข้ากับคลื่นเสียงที่วิ่งไปในระบบน้ำ-เยื่อ คอเคลียเป็นส่วนของหูชั้นในที่มีรูปเหมือนกับเปลือกหอยทาก
เป็นตัวรับเสียงโดยความสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นเหตุให้ stereocilia เคลื่อน
ที่ถ่ายโอนแรงสั่นสะเทือนเป็นอิมพัลส์ประสาทซึ่งส่งไปยังสมองเพื่อตีความ
มีโพรง 3 โพรงที่เต็มไปด้วยน้ำ โดยโพรงที่ 3 มีอวัยวะของคอร์ติ ซึ่งสามารถตรวจจับแรงดันแล้วส่งสัญญาณตามประสาทหู (auditory nerve) ไปยังสมอง
ส่วนโพรงสองโพรงนั้นเรียกว่า vestibular canal และ tympanic canal คอเคลียไม่เพียงแต่ "รับ" เสียงเท่านั้น แต่ยัง "สร้าง" เสียงและขยายเสียงเมื่อยังมีสภาพดี
เมื่อสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องได้ยินเสียงที่ค่อย คอเคลียก็จะขยายเสียงโดยการถ่ายโอนความรู้สึกแบบผกผัน (reverse transduction) ที่เซลล์ขนด้านนอก (OHC) คือจะเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้ากลับไปเป็นแรงกลผ่านกระบวนการป้อนกลับเชิงบวก
โดย OHC มีมอเตอร์โปรตีนที่เรียกว่า prestin ที่เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก
ซึ่งสร้างความเคลื่อนไหวโดยเพิ่มแรงดันคลื่นน้ำที่มากระทบกับเยื่อหุ้มเซลล์
การขยายเสียงแบบแอคทีฟเช่นนี้ สำคัญเพื่อให้ได้ยินเสียงค่อย ๆ
แต่ก็ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่คอเคลียสร้างคลื่นเสียงแล้วส่งย้อนกลับเข้ามาผ่านหูชั้นกลางที่เรียกว่า otoacoustic emissions หูชั้นในประกอบด้วยอวัยวะรูปหอยโข่ง/คอเคลีย (cochlea) (ในมนุษย์ มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 9 มม.) และโครงสร้างที่ไม่เกี่ยวกับการได้ยินเสียงอื่น ๆ
อวัยวะรูปหอยโข่งจะมีส่วน 3 ส่วนที่เต็มไปด้วยน้ำ โดยแรงดันที่เยื่อกั้นหูชั้นใน (basilar membrane) ซึ่งแบ่งส่วนของโครงสร้าง จะเป็นตัวขับคลื่นในน้ำ
สิ่งที่น่าสังเกตอย่างหนึ่งก็คือ ท่อที่เรียกว่า "cochlear duct/partition" หรือ "scala media" จะมี endolymph ซึ่งเป็นน้ำที่มีสารประกอบคล้ายกับของเหลวในเซลล์
อวัยวะของคอร์ติอยู่ในท่อนี้บนเยื่อกั้นหูชั้นใน และมีหน้าที่แปลงคลื่นกลไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า
อีกสองช่องที่เหลือเรียกว่า scala tympani และ scala vestibuli
ซึ่งอยู่ในห้องหูชั้นใน (labyrinth) ที่เป็นกระดูก และเต็มไปด้วยของเหลวที่เรียกว่า perilymph ซึ่งมีสารประกอบคล้ายกับน้ำหล่อสมองไขสันหลัง
ความแตกต่างทางเคมีของ endolymph และ perilymph เป็นเรื่องสำคัญต่อการทำงานของหูชั้นใน ซึ่งอาศัยความแตกต่างทางศักย์ไฟฟ้าของไอออน โพแทสเซียมและแคลเซียม แรงสั่นในอากาศจะกระตุ้นแก้วหู
ซึ่งรับแรงสั่นเพื่อส่งต่อไปยังเซลล์รับเสียงคือเซลล์ขน
กระดูกหูซึ่งเชื่อมต่อจากแก้วหูจะส่งแรงสั่นต่อไปยังหูชั้นในรูปหอยโข่ง (คอเคลีย) ที่เต็มไปด้วยน้ำ
โดยกระดูกโกลนซึ่งเป็นส่วนท้ายของกระดูกหูจะส่งแรงดันไปที่ช่องรูปไข่ที่คอเคลีย
ซึ่งเป็นช่องที่อำนวยให้แรงสั่นดำเนินต่อไปในน้ำภายในคอเคลีย ไปยังอวัยวะรับเสียงที่อยู่ภายใน
มีลักษณะต่าง ๆ หลายอย่างเกี่ยวกับเสียงที่ได้ยิน รวมทั้งความดัง ระดับเสียง (ความสูงต่ำ) และ timbre
หูมนุษย์สามารถตรวจจับความต่างระดับเสียง ด้วยเซลล์ขนที่เคลื่อนไหวเมื่อได้ยินซึ่งอยู่บนเยื่อกั้นหูชั้นใน (basilar membrane)
เสียงความถี่สูงจะเร้าเซลล์ขนที่ฐาน (ส่วนนอกสุด) ของเยื่อกันหูชั้นใน ในขณะที่เสียงความถี่กลางจะทำเซลล์ขนที่อยู่ตรงกลางเยื่อให้สั่น
สำหรับความถี่เสียงที่ต่ำกว่า 200 เฮิรตซ์ ปลายของเยื่อกั้นหูชั้นในจะสั่นที่ความถี่เดียวกันกับคลื่นเสียง
โดยนิวรอนก็จะส่งกระแสประสาทในอัตราความถี่เดียวกันกับแรงสั่นด้วย
สมองสามารถกำหนดอัตราการส่งสัญญาณ จึงสามารถรับรู้เสียงความถี่ต่ำได้ ในพัฒนาการสัปดาห์ที่ 5 auditory vesicle จะเกิดท่อคอเคลีย (cochlear duct) ซึ่งประกอบด้วยอวัยวะของคอร์ติและน้ำ endolymph ในเนื้อเยื่อห้องหูชั้นใน
เยื่อ Reissner's membrane จะกั้นท่อคอเคลียจากช่อง scala vestibuli ที่เต็มไปด้วยน้ำ perilymph
และเยื่อกั้นหูชั้นใน (basilar membrane) ก็จะกั้นท่อคอเคลียจากช่อง scala tympani ซึ่งเป็นอีกช่องหนึ่งในห้องหูชั้นใน
ส่วนผนังด้านข้างของท่อคอเคลียเกิดจาก spiral ligament และ stria vascularis ซึ่งจะเป็นตัวผลิตน้ำ endolymph ด้วย
เซลล์ขนจะพัฒนามาจากสันด้านข้างและตรงกลาง (lateral and medial ridge) ของท่อคอเคลีย ซึ่งเมื่อรวมกับเยื่อคลุม (tectorial membrane) ก็จะเป็นอวัยวะของคอร์ติ