El piano inverso del oído humano

El oído interno humano no mide más de 40 milímetros, sin embargo, es capaz de transformar la vibración en una especie de sinfonía. Uno de los recientes ganadores del premio Kavli, otorgado a los avances científicos en pro de la humanidad, explica cómo.

Implantes de cóclea.MedEd

“Tenemos un piano inverso en el oído”, dice el neurocientífico James Hudspeth, quien ha investigado el oído humano desde hace casi 50 años.

Hudspeth es profesor e investigador de la Universidad de Rockefeller y su trabajo sobre los neuromecanismos de la escucha y la búsqueda de tratamientos para la pérdida de la escucha le valieron un premio Kavli en neurociencia este año. El premio se entrega “a investigadores dedicados al avance de la ciencia para el beneficio de la humanidad”, y es apoyado por la Academia Sueca de Ciencias.

“Los galardonados utilizaron enfoques complementarios para desentrañar los mecanismos mediante los cuales las células ciliadas en el oído interno transforman el sonido en señales eléctricas que el cerebro puede descifrar”, dice el comunicado de la Fundación Kalvi, que entrega el premio.

De acuerdo a la revista Scientific American, Hudspeth exploró los mecanismos neuronales de la audición a lo largo de los años y se fijó especialmente en la intricada anatomía del oído interno.

“Nosotros, como científicos, tendemos a subestimar el aspecto estético de la ciencia", dice a la revista Scientific American. "Sí, la ciencia es la investigación desinteresada de la naturaleza de las cosas. Pero es más como arte. Es algo que uno hace por su belleza y con la esperanza de comprender lo que hasta ahora ha estado oculto. Aquí hay algo increíblemente hermoso, como el oído interno, que realiza una función realmente notable. ¿Cómo puede ser? ¿Cómo lo hace?”, explicó.

“¿Cómo el cerebro transforma la vibración física en la experiencia de una sinfonía?” es la pregunta tras cincuenta años de investigación. Hudspeth le cuenta a esta revista estadounidense que en el siglo XIX, el científico alemán Hermann von Hemholtz reconoció que la cóclea (el órgano receptivo de la oreja) es, en esencia, un piano al revés.

En esta especie de piano inverso, cada cuerda representa un solo tono, y la salida se agita en un todo armónico. La oreja básicamente deshace ese trabajo. Toma el todo armónico, separa los tonos individuales y representa a cada uno de ellos en una posición diferente a lo largo de la cóclea espiral. Cada una de las 16,000 células ciliadas que recubren la cóclea es un receptor que responde a una frecuencia específica. Y esas células ciliadas están en un orden sistemático, al igual que las cuerdas del piano.

Cuando el periodista David Noonan le pregunta sobre el término “transducción”, una palabra que aparece frecuentemente en su trabajo y que se ha definido como “un proceso mediante el cual el ADN es transferido desde una bacteria a otra mediante la acción de un virus”, el científico responde:

“La moneda común del sistema nervioso es eléctrica. Se trata de potenciales de acción, 1 o 0, acción o no acción, muy parecido a un computador. Pero la moneda del mundo sensorial externo es muy diferente. Tenemos fotones, eso es vista. Tenemos presión, eso es tacto. Tenemos moléculas, es decir, olor o sabor, y finalmente tenemos vibraciones en el aire, esa es la esencia del sonido. Cada uno de esos diferentes tipos de estímulos físicos debe de alguna manera convertirse en las señales eléctricas que el cerebro puede interpretar. Ese es el proceso de transducción. Lo que me motivó, y me tomó los primeros 20 años de mi carrera de 40 años para entender realmente, es cómo se logra eso. Cómo la vibración mecánica, como golpea la parte superior de la célula del pelo, el llamado paquete de pelo, cómo esa energía se convierte en una respuesta eléctrica.

Así volvemos a la pregunta inicial, ¿eso cómo se logra? Según la investigación de Hudspeth, la oreja tiene una especie de amplificador incorporado, y es distinto a cualquier otro sentido. “Sería como si la luz dentro del ojo produjera más luz, o si el olor dentro de la nariz produjera más olor”. El sonido que llega al oído se amplifica mecánicamente por el oído entre 100 y 1.000 veces. En el proceso, el sonido se “sintoniza” de modo que podemos distinguir frecuencias y tonos. “El oído humano distingue frecuencias separadas solo un 0.1%. Las teclas de un piano están separadas en un 6%”, dice el científico. 

La mayoría de las personas con discapacidad auditiva sufren de pérdida de audición neurosensorial debido a daños en las células ciliadas del oído interno. Según explica la Universidad de Rockefeller, la mayoría de las 16,000 células de este tipo que contiene la cóclea humana no se regeneran después del daño. En un esfuerzo por prevenir o revertir la sordera, el grupo de Hudspeth está trabajando para comprender mejor el proceso auditivo normal, las causas del deterioro de la audición y los posibles medios para regenerar estas células. Algunos miembros del laboratorio están investigando la regeneración de células ciliadas en el oído interno del ratón, una preparación que se asemeja al oído interno humano.

"La otra cosa que hace que el oído sea particularmente atractivo es su geometría. En este momento, la terapia génica generalmente significa insertar genes por medio del virus. Y eso puede ser problemático cuando se habla de todo el cuerpo, porque es posible que este no desee que algunos de estos genes lleguen a lugares donde normalmente no funcionan. Pero el oído es lo que se llama un compartimiento privilegiado; tiene espacios donde los líquidos se cortan de cualquier otro líquido en el cuerpo. Y existe la posibilidad de inyectar un virus portador de genes que solo será visto por las células del oído interno, y no irá al hígado u otros órganos y posiblemente causará daño", concluye Hudspeth. 

 

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