Schnecke mit Verstärkung

Treffen Schallwellen auf das Ohr, so übertragen die Gehörknöchelchen die Schwingungen auf die Flüssigkeit in der so genannten Hörschnecke oder Cochlea im Innenohr. Diese ist wie ein schneckenförmiges Rohr aufgebaut, das nach innen hin immer schmaler wird. Daher hat sie an verschiedenen Stellen unterschiedliche Schwingungseigenschaften. Dies ist für einen Effekt verantwortlich, den Wissenschaftler schon länger kennen: Tiefe Töne dringen weit in die Cochlea ein, während hohe schon am Eingang der Schnecke empfangen werden. Allerdings würde dieses Verhalten auch in einer geraden Hörschnecke auftreten. Ob der spiralförmige Aufbau daher neben der Platzersparnis auch Vorteile beim Hören bietet, war bislang unklar.

Nun haben Daphne Manoussaki von der Vanderbilt-Universität in Nashville und ihre Kollegen die Erklärung für die Windungen im Innenohr gefunden. Dazu stellten sie ein mathematisches-physikalisches Modell für die menschliche Cochlea auf: Sie gingen von einer mit Flüssigkeit gefüllten spiralförmigen Membran aus, die immer schmaler wird, und berechneten, wie sich ein solches System unter dem Einfluss von Schallschwingungen verhält.

Mit zunehmender Krümmung des Cochleakanals sammelt sich die Energie der Schallwelle am äußeren Rand der Spirale, anstatt gleichmäßig über den ganzen Kanalquerschnitt verteilt zu sein, stellten die Wissenschaftler fest. Auf solche Energiebündelungen reagieren die Sinneszellen in der Hörschnecke besonders empfindlich. Vor allem in der schmalen Spitze spielt dieser Verstärkungseffekt eine große Rolle, da hier die Krümmung am größten und damit die Energiekonzentration an den Rändern am stärksten ist. Da diese Region für tiefe Töne zuständig ist, bringe die Spiralform besonders für diese Schallwellen niedriger Frequenz Vorteile, erklären die Wissenschaftler.