L ORECCHIO UMANO. Nell'orecchio si distinguono tre sezioni principali: l'orecchio esterno, l'orecchio medio e l'orecchio interno.

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Gioacchino Fabbri
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1 L ORECCHIO UMANO Introduzione Già nell antichità, l orecchio e la percezione sonora erano oggetto di curiosità e di ricerca. Fino al teorico Domenico Cotugno ( ) la scienza dell orecchio rimaneva ancorata alle due teorie aristoteliche, quella del funzionamento dell orecchio e quella che la vibrazione dell aria poteva solo trasmettersi nell aria. Cotugno scopre per primo il liquido contenuto nel labirinto osseo, mentre Antonio Scarpa ( ) studia l endolinfa ed il tragitto acustico all orecchio interno al cervello.alfonso Corti ( ) invece scopre per primo l organo a spirale che prende anche il suo nome. Basandosi su queste ricerche e scoperte, Hermann von Helmholz ( ) elabora la sua teoria della risonanza secondo la quale ogni singolo suono semplice fa entrare in vibrazione un determinato settore del sistema di risonatori costituiti dalle fibre radiate della membrana basilare. Un altra teoria, quella di William Rutherford, sostiene per contro che l apparato cocleare svolgerebbe soltanto le funzioni di una membrana microfonica mentre le funzioni di analizzatore verrebbero svolte dal cervello (1886). Soltanto nel 1940 Georg von Békésy riesce ad osservare direttamente al microscopio i moti interni dell apparato cocleare giungendo alla teoria dell orecchio attuale. L orecchio umano Nell'orecchio si distinguono tre sezioni principali: l'orecchio esterno, l'orecchio medio e l'orecchio interno. L orecchio esterno L'orecchio esterno è dotato di un padiglione auricolare, che forma inferiormente il lobo ed al centro del quale si apre il canale acustico, lungo circa 2 cm e largo 7 mm, provvisto di ghiandole ceruminose e terminante contro la membrana del timpano (anche detta timpano semplicemente) dell'orecchio medio, di solito delimitato da una cavità di circa 1,5 cm2 che

2 prende il nome di cassa timpanica. La prima parte del canale auricolare è cartilaginosa e se ne può modificare la forma spostando il padiglione. Il cerume è prodotto dalle ghiandole nella prima metà del canale auricolare. Il cerume ha il compito di mantenere il canale auricolare lubrificato, di inibire la formazione di batteri, di evitare che gli insetti raggiungano la membrana timpanica. Il cerume serve anche come meccanismo di pulizia per l'orecchio. L orecchio medio La membrana del timpano del diametro di circa 1 cm è sostenuta da un anello osseo, dal cui margine superiore si distacca la catena degli ossicini (martello, incudine, staffa) che propaga le vibrazioni sonore dal timpano alla finestra ovale, al di là della quale si trova l'orecchio interno. Gli ossicini sono collegati tra di loro mediante un tessuto cartilaginoso, collegati da un lato con la membrana timpanica (alla quale aderisce il martello), dall altro con la parete della finestra ovale, dove inizia l orecchio interno (mediante il piede della staffa (osso più piccolo del corpo e completamente sviluppato fin dalla nascita)). Nella trasmissione del suono all orecchio, la pressione sonora incidente nel padiglione auricolare arriva alla membrana timpanica. La forza esercitata sul martello viene trasmessa tramite l incudine alla base della staffa che a sua volta in contatto con la finestra ovale provoca una forza meccanica sul timpano. Questo sistema triplica la forza trasmessa; inoltre la finestra ovale ha una superficie circa 30 volta minore di quella della membrana. Per l equilibrio delle forze quindi l amplificazione è di circa 90 volte rispetto alla pressione che giunge al timpano. Ai lati della catena degli ossicini vi sono due piccoli muscoli, il muscolo tensore del timpano (da non confondere con il timpano) ed il muscolo stapedio (che è il più piccolo muscolo del corpo umano). Il primo serve per aumentare l acuità uditiva mentre il secondo serve per proteggere l orecchio interno dai suoni molto intensi smorzando le vibrazioni della staffa (riducendo la sollecitazione trasmessa alla finestra ovale). L orecchio medio comunica tramite un piccolo canale (tromba di Eustachio) con la faringe ed il sistema respiratorio in modo da poter equilibrare la pressione statica esterna sulla membrana del timpano. In questo modo la membrana del timpano risulta sollecitata solo dalle variazioni di pressione rapide indotte dai fenomeni sonori. Oltre la finestra ovale inizia l orecchio interno, formato da canali

3 e da piccole cavità che si aprono nella rocca petrosa dell'osso temporale (si parla anche di labirinto osseo). In figura si notano: 17 martello, 19 incudine, 21 tromba di Eustachio, 23 tensore del timpano, 25 staffa, 31 membrana timpanica. L orecchio interno Nell orecchio interno si distinguono un apparato vestibolare formato da canali semicircolari ed un apparato cocleare formato dal dotto membranoso e dalla chiocciola cocleare. Il primo costituisce l'organo dell'equilibrio mentre il secondo regola la funzione

4 uditiva. La coclea è una struttura ossea, a spirale, riempita di un liquido chiamato endolinfa con due piccole aperture coperte con membrane flessibili. Ad una estremità si trova la membrana timpanica con la finestra ovale. Le vibrazioni, trasmesse ed amplificate dall orecchio medio, vengono trasferite alla endolinfa. L interno della coclea è diviso in due compartimenti da un piccolo tessuto flessibile detto membrana basilare. Le vibrazioni viaggiano lungo la membrana basilare e le frequenze più alte raggiungono distanze maggiori nel canale rispetto alle frequenze basse. Secondo von Békésy [von Békésy 1960] ogni regione della membrana basilare può essere modellata con un filtro passabanda. Anche se nella catena della struttura vi sono delle nonlinearità, esse sono poco rilevanti rispetto alla funzione di filtraggio e conseguente trasmissione dell informazione al cervello [Pickles 1988]. La funzione principale della coclea quindi risulta quella di dividere il suono in vari canali di frequenze acustiche. Sia aggiunto che ancora non è del tutto analizzato il fatto come tutte queste non-linearità possano consentire la corretta percezione del suono. In figura: Sezione trasversale del canale cocleare: 1-rampa vestibolare, 2 dotto cocleare, 3 rampa timpanica, 4 membrana di Reissner, 5 lamina spirale ossea, 6 nervo acustico, 7 membrana tectorica, 8 organo del Corti, 9 membrana basilare La membrana basilare, insieme alla rampa vestibolare e quella timpanica, ha la funzione di trasduttore, convertendo il movimento del liquido nella coclea in impulsi elettrici, poi inviati al nervo acustico. Le due rampe, in comunicazione tra di loro attraverso una piccola apertura (elicotrema che in greco indica forame della spirale) posta alla fine della spirale (coclea) sono riempite di un liquido di nome perilinfa che riempie tutti gli spazi vuoti tra labirinto osseo e quello membranoso. Attraverso l elicotrema avviene la percezione dell altezza del suono: il cervello distingue la differenza dei due periodi che gli giungono dalle due rampe.

5 Dettagli della coclea Sopra la membrana basilare e disteso su di esso per tutta la sua lunghezza si trova l organo del Corti. Esso è ricoperto per la maggior parte della sua larghezza dalla membrana tectorica. L organo del Corti ha una struttura cellulare con un doppio ordine di cellule acustiche ciliate (interne ed esterne), il cui numero complessivo si aggira sulle Le ciglia (o peli acustici) di queste cellule attraversano la membrana che costituisce lo strato superficiale dell organo del Corti e toccano la faccia inferiore della membrana tectorica. Il sistema nervoso uditivo è composto da una complessa rete di nervi che partono dall organo del Corti ed arrivano alla corteccia uditiva. Il ruolo di tale sistema è quello di analizzare i suoni semplici (toni puri) ed i suoni complessi (voce) e di localizzarne la provenienza in base alle informazioni provenienti da entrambe le orecchie. A questo il sistema nervoso arriva mediante l'elaborazione dei dati relativi alla frequenza, all'intensità, alle variazioni temporali e spaziali dei suoni. I nervi provenienti da ciascun orecchio hanno delle terminazioni sia sulla parte destra che su quella sinistra della corteccia cerebrale: l'80% si trova sul lato opposto ed il 20% sullo stesso lato rispetto all'orecchio da cui hanno origine. Corso di Psicoacustica 2011 Dispense a cura di Sergio Betti

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