L’orecchio umano comprende due
organi diversi, uno con funzioni
uditive e l’altro con funzione di
mantenimento dell’equilibrio
L’anatomia dell’orecchio
L’orecchio è un
organo complesso ed
è formato da tre
parti: l’orecchio
esterno, l’orecchio
medio e l’orecchio
interno.
L’orecchio
esterno
è
costituito dal padiglione
auricolare (la struttura che
chiamiamo orecchio) e dal
condotto
uditivo;
il
padiglione e il condotto
uditivo
raccolgono
e
convogliano le onde sonore
verso il timpano, una
membrana che separa
l’orecchio
esterno
dall’orecchio medio.
Se viene sollecitato dalle
onde sonore, il timpano
inizia a vibrare e trasmette
queste onde ai tre ossicini
dell’orecchio medio: il
martello, l’incudine e la
staffa. Dalla staffa, le
vibrazioni passano
nell’orecchio interno
attraverso la finestra ovale,
un foro del cranio, rivestito
da una membrana.
La tromba di Eustachio
mette in comunicazione
l’orecchio medio con la
faringe, consentendo di
equilibrare la pressione
atmosferica presente sui
due lati del timpano; grazie
a questo canale potete far
entrare o uscire aria per
compensare lo squilibrio di
pressione che si crea
quando, in pochi minuti,
cambiate altitudine
viaggiando in automobile
oppure in aereo.
L’orecchio interno è costituito da
diversi canali situati nell’osso
temporale contenenti un liquido
che si muove in risposta alle onde
sonore o ai movimenti della testa.
Uno di questi canali, la coclea, è un
lungo tubo avvolto a spirale che
contiene il vero organo dell’udito.
Osservando la sezione
trasversale della coclea,
viene mostrato che, al suo
interno, si trovano tre canali
pieni di liquido (canali
semicircolari).
Il nostro organo dell’udito,
l’organo di Corti, è una
lunga e sottile spirale
situata nel canale mediano;
è formato da una
membrana basilare, da una
serie di cellule ciliate
inserite in essa e da uno
strato sovrastante di
tessuto, la membrana
tettoria, che si proietta
sopra le cellule ciliate a
partire dalla parete del
canale mediano.
Le cellule ciliate sono i
recettori dell’orecchio;
esse sono immerse nel
liquido del canale
mediano e hanno gli apici
in contatto con la
membrana tettoria. I
neuroni sensoriali posti
alla basa delle cellule
ciliate trasportano,
attraverso il nervo
acustico, i potenziali
d’azione dell’organo di
Corti.
La funzione acustica
dell’orecchio
Un oggetto che vibra crea nell’aria circostante delle onde di
compressione. Queste onde, raccolte dal padiglione auricolare
e dal condotto uditivo dell’orecchio esterno, fanno vibrare il
timpano alla stessa frequenza del suono; la frequenza,
misurata in Hertz, corrisponde al numero di vibrazioni al
secondo. Dal timpano, la vibrazione viene trasmessa al
martello, all’incudine e alla staffa nell’orecchio medio; questi
ossicini amplificano le vibrazioni e le trasmettono alla finestra
ovale che si trova tra l’orecchio medio e l’orecchio interno. Le
vibrazioni dalla finestra ovale producono onde di
compressione nel liquido presente all’interno della coclea;
queste onde, prima passano dalla finestra ovale al liquido del
canale superiore della coclea, poi giungono attraverso questo
canale fino all’apice della coclea nel centro della spirale, e
infine, entrano nel canale inferiore gradualmente.
Mentre attraversa il canale superiore della coclea, un’onda di
compressione preme verso il basso sul canale mediano
facendo vibrare la membrana basilare; tali vibrazioni fanno
avvicinare e allontanare dalla membrana tettoria le estensioni
delle cellule ciliate. Quando queste estensioni si piegano, i
canali ionici della membrana plasmatica si aprono e gli ioni
positivi (K+) entrano nella cellula; di conseguenza, la cellula
ciliata sviluppa un potenziale generatore e libera un numero
maggiore di neurotrasmettitori nella sinapsi con il neurone
sensoriale. A sua volta, il neurone sensoriale trasmette più
potenziali d’azioni al cervello attraverso il nervo acustico.
La percezione del volume e del
tono dei suoni
A un volume maggiore corrisponde
un’ampiezza maggiore delle onde
di compressione generate; nell’
orecchio, infatti, le onde sonore di
ampiezza maggiore producono
vibrazioni più forti nel liquido della
coclea e una flessione più
pronunciata delle cellule ciliate; di
conseguenza, i neuroni sensoriale
generano più potenziali d’azione. Il
volume del suono si misura in
decibel; la scala dei decibel va da 0
a 120, che rappresenta il volume
più alto udibile senza provocare un
dolore insopportabile.
Il tono del suono dipende dalla frequenza delle onde
sonore. I toni alti, come le note acute cantate da un
soprano, generano onde sonore ad alta frequenza,
mentre i toni bassi, come le note cantate da un
basso, generano onde a bassa frequenza.
Come fa la coclea a
distinguere suoni di
toni differenti?
La spiegazione sta nel fatto che la membrana basilare non è
uniforme per tutta la sua lunghezza; infatti, l’estremità vicina
alla finestra ovale è relativamente stretta e rigida, mentre
l’altra estremità, vicina all’apice della coclea, è più larga e
flessibile. Ogni regione della membrana basilare è sensibile
ad una particolare frequenza di vibrazioni: la regione che
vibra con più forza in un certo istante trasmette ai centri
acustici del cervello più potenziali di azione; il cervello poi
interpreta l’informazione e ci trasmette la sensazione del
tono.
Le persone giovani con orecchie sane possono
percepire toni compresi nell’intervallo tra 20 e
20000 Hz; i cani possono percepire suoni fino
alla frequenza di 40000 Hz, mentre i pipistrelli
possono emettere e sentire suoni con toni che
arrivano ad una frequenza di 75000 Hz.
La sordità
La sordità o perdita dell’udito possono essere causate
dall’incapacità di trasmettere i suoni a causa di ripetute
infezioni all’orecchio, perforazioni del timpano o irrigidimento
dei tre ossicini dell’udito (un problema legato all’avanzare
dell’età). Anche un danno ai recettori sensoriali o ai neuroni
può provocare sordità. Frequenti esposizioni a suoni di
volume oltre 90 dB possono danneggiare o distruggere le
ciglia delle cellule ciliate; la musica amplificata, per esempio
nelle discoteche, spesso raggiunge i 120 dB, provocando un
certo grado di sordità.
Gli organi dell’equilibrio
Nel corpo umano esistono
due gruppi di recettori per
l’equilibrio situati su ciascun
lato del cranio e, più
esattamente nell’orecchio
interno; i recettori si
trovano vicino alla coclea in
cinque strutture piene di
liquido, costituite da tre
canali semicircolari e da due
concamerazioni
dette
otricolo e sacculo.
I tre canali semicircolari
rilevano i cambiamenti di
posizione e della velocità di
rotazione della testa. I
canali sono orientati su tre
piani perpendicolari tra loro
e, perciò, possono percepire
i movimenti in tutte le
direzioni dello spazio. Un
rigonfiamento alla base di
ogni canale semicircolare
contiene un gruppo di
cellule recettrici le cui
estroflessioni son immerse
in una massa gelatinosa
detta cupola.
I gruppi di cellule ciliate poste
nell’otricolo
e
nel
sacculo
percepiscono la posizione della testa
rispetto alla gravità. Quando si muove
la testa, piccole concrezioni calcaree
contenute nello strato gelatinoso che
ricopre le ciglia vengono attirate dalla
forza di gravità e il loro spostamento
piega le cellule ciliate in una
particolare direzione; questo altera la
frequenza con cui i potenziali d’azione
sono trasmessi al cervello. Il cervello,
quindi determina la nuova posizione
della testa interpretando il flusso
modificato dei potenziali d’azione ed
elabora e trasmette ai muscoli
scheletrici i comandi che permettono
al corpo di mantenersi in equilibrio.
Curiosità: la
CHINETOSI
Andare in barca, in aereo o in automobile può dare un senso di vertigine o di nausea,
condizioni indicate nel complesso con il termine di chinetosi. Alcune persone iniziano
a sentirsi male solo a pensiero di salire in barca o su un aereo, mentre a molte altre
viene la nausea solo durante una burrasca in mare o durante le turbolenze dell’aereo.
Non si conoscono le cause del mal di mare o del mal d’aria; sembra però che questa
spiacevole sensazione derivi dal fatto che il cervello ricevi segnali (dagli organi
dell’equilibrio) che sono in contrasto con i segnali provenienti da altri recettori, in
genere dagli occhi. Per alleviare i sintomi della chinetosi, molte persone mentre
viaggiano assumono farmaci che agiscono inibendo i segnali che giungono dai sensori
dell’equilibrio.
La NASA conduce approfonditi studi per risolvere il problema; il risultato più
interessante cui sono pervenuti i ricercatori è che alcune persone possono imparare a
controllare consapevolmente le funzioni del corpo, come il riflesso del vomito, che
sono normalmente sotto il controllo involontario. Gli astronauti ricevono un
addestramento intensivo su come esercitare il controllo della mente sul corpo
quando l’assenza di gravità incomincia a dare loro la sensazione di nausea.
I nostri sensi dell’olfatto e del gusto dipendono da
cellule recettrici che captano le sostanze chimiche
presenti nell’ambiente; i chemiocettori del naso
individuano le molecole disperse nell’aria mentre quelle
dei calici gustativi rilevano le molecole in soluzione.
Sebbene i recettori e i percorsi encefalici dell’olfatto e
del gusto siano indipendenti, i due sensi interagiscono
continuamente.
Il senso dell’olfatto
Nel naso, ogni cellula
recettrice può captare
uno dei circa cinquanta
tipi principali di odori
(pungente, muschiato,
putrido….).
Alcune
ricerche indicano che
un particolare odore
innesca nelle cellule
recettrici uno specifico
livello di stimolazione.
I recettori olfattivi sono neuroni
sensoriali che si trovano nella parte
superiore della cavità nasale. Le
ciglia poste sugli apici delle cellule
recettrici sono immerse nel muco
che tappezza la cavità nasale;
quando sentiamo un odore,
significa che le molecole che sono
entrate nel nostro naso si sono
disciolte nel muco e si sono legate
ai recettori delle ciglia. Il legame dà
origine ai potenziali generatori che,
a loro volta, alternano la frequenza
dei potenziali d’azione trasmessi al
cervello; l’integrazione dei segnali
che avviene nel cervello dà luogo
alla percezione olfattiva.
Il senso dell’olfatto era di certo
più importante per i nostri
antenati, la cui sopravvivenza
poteva dipendere dalla
capacità di individuare con il
fiuto le prede, le piante
commestibili e i pericoli, per
esempio gli incendi. Gli
scienziati calcolano che la
nostra specie sia in grado di
distinguere migliaia di odori
diversi.
Il senso del gusto
Il nostro senso del gusto dipende da
recettori organizzati nei calici gustativi
presenti sulla lingua. Oltre ai quattro
gusti che ci sono più famigliari, cioè il
dolce, il salato, l’amaro e l’acido, gli
scienziati hanno scoperto che esiste un
quinto sapore prevalente che hanno
chiamato umani (che in giapponese
significa delizioso). La percezione
dell’uomo è data dall’amminoacido
gluttamato monosodico. Ciascun tipo di
recettore del gusto è particolarmente
sensibile a una determinata categoria di
sostanze; il cervello integra la varietà
degli stimoli provenienti dai vari recettori
e crea il sapore che percepiamo.
Invece che con la lingua, gli insetti percepiscono i sapori mediante i
chemiorecettori presenti nei peli sensoriali delle zampe e possono
sentire il gusto del cibo semplicemente camminando su di esso. Alcuni
insetti hanno anche apparati boccali, simili a labbra, coperti da peli
sensoriali. Ciascun pelo sensoriale della contiene per esempio 4
chemiorecettori che convergono verso un poro. Analogamente alle
cellule dei nostri calici gustativi, ognuna delle cellule gustative
dell’insetto riconosce una categoria di sostanza chimiche e risponde ad
un’ampia gamma di esse; probabilmente, il cervello della mosca riceve
impulsi da due o più tipi di recettori per qualunque cibo l’insetto tocchi.
Si ritiene che tutti gli animali
possano individuare una
varietà di sostanze presenti
nell’ambiente circostante e
che il meccanismo di base
della chemiorecezione sia
simile in tutte le specie
esaminate: esso consiste nel
riconoscimento da parte dei
recettori di differenti gruppi
di sostanze chimiche e
nell’elaborazione
operata
dal cervello di odori e di
gusti ottenuti integrando i
dati ricevuti dai vari
chemiorecettori.
CURIOSITA’: il senso del gusto
può cambiare con l’età
Con il passare degli anni, è possibile che i nostri gusti cambino e che si possano
cominciare ad apprezzare gli alimenti che prima gradivamo poco o si scartavano
del tutto perché considerati disgustosi. Per esempio, è molto facile che una
pietanza a base di pesce alla griglia e di spinaci sia considerata appetitosa più da
un adulto che da un bambino. Questo può essere dovuto in parte ad abitudini
alimentari acquisite dai genitori, ma anche a cambiamenti della percezione del
gusto correlati all’età. Studi scientifici hanno dimostrato che i bambini piccoli
hanno una maggiore sensibilità gustativa rispetto agli adulti. La percezione
gustativa varia tuttavia da persona a persona e spesso rispecchia caratteristiche
genetiche. Anche le scelte alimentari sono date dal gusto e possono avere anche
implicazioni che riguardano la nostra salute. Analogamente, il senso dell’olfatto
perde di sensibilità con l’avanzare dell’età, anche più del gusto. D’altra parte, un
olfatto ridotto significa anche una diminuzione della percezione degli aromi, fatto
che può rendere più appetibile un tipo di cibo prima indesiderato.
Conclusioni
I recettori sensoriali forniscono al sistema nervoso di un
animale le informazioni necessarie per sfuggire ad un
pericolo, per comunicare con altri individui della stessa
specie, per trovare il cibo e i partner e per mantenere
l’omeostasi dell’intero organismo: in breve, sopravvivere.
Il sistema nervoso mette in collegamento la ricezione dello
stimolo con la risposta; esso riceve le informazioni codificate
sotto forma di potenziali d’azione, le integra, programma una
risposta e trasmette potenziali d’azione che comandano
un’azione appropriata. Così facendo, il sistema nervoso mette
in relazione le varie forme di stimolo con le risposte.
