耳：聴覚と平衡感覚

中耳にある3つの小さな骨が音を内耳へ伝えます。ヒトの聴覚は、1秒間に約20回から2万回の振動の音をとらえます。

空気から液体へ

誰かが話すと、口の前の空気が1秒間に何度も押し縮められたり引き伸ばされたりします。その圧力の波があなたの頭まで伝わり、耳はそれを神経が運べる電気信号に変えなければなりません。米国国立聴覚・伝達障害研究所（NIDCD）はこの過程を一連の段階として説明しており、耳の各部分がそれぞれ一つの段階を受け持っています。

音波は外耳に入り、外耳道を通って鼓膜に届きます。鼓膜は振動し、その振動を中耳にある3つの小さな骨、ツチ骨、キヌタ骨、アブミ骨に伝えます。ラテン語の名前は、それぞれおおよそハンマー、金床、あぶみという意味です。これらの骨が振動を増幅し、卵円窓という膜で覆われた開口部を通して内耳の蝸牛に伝えます。中耳は耳管によってのどともつながっており、耳管は鼓膜の両側の気圧を等しく保つ助けをしています。

蝸牛の内部

蝸牛は液体で満たされた、カタツムリの殻の形をした管です。弾力のある仕切りである基底膜が管に沿って走り、管を上下の部分に分けています。アブミ骨が卵円窓を押すと液体が波打ち、基底膜に沿って進行波が生じます。基底膜の上には感覚細胞である有毛細胞が並んでいます。それぞれの有毛細胞には、不動毛と呼ばれる小さな突起の束が、背の高いものから低いものへと順に並んでいます。波が有毛細胞を動かすと、不動毛が上にある膜にぶつかって曲がります。曲がると先端のチャネルが開いてイオンが流れ込み、電気信号が始まります。聴神経がこの信号を脳へ運びます。

耳は高い音と低い音をどうやって区別するのでしょうか。基底膜は全体が同じではありません。高い周波数の波は卵円窓に近い蝸牛の基部付近を動かし、低い周波数の波は先端付近を動かします。そのため、有毛細胞の位置が脳に音の高さを伝えるのです。OpenStaxはこれを、光を色に分けるプリズムにたとえています。範囲は先端の約20 Hzから基部の約2万 Hzまでです。1ヘルツは1秒間に1回の振動です。

平衡感覚の器官

蝸牛の隣、同じ骨の迷路の中に前庭系があります。前庭系は同じ種類の有毛細胞を使って、音ではなく頭の動きを感じ取ります。卵形嚢と球形嚢は、頭の位置とまっすぐな動きを感じます。そこの有毛細胞は、耳石と呼ばれる炭酸カルシウムの小さな結晶が上に乗ったゲルの中に突き出しています。頭を傾けたり車で加速したりすると、重い層が遅れてついてくるので不動毛が曲がります。

3つの半規管は回転を感じます。半規管は液体で満たされた輪で、互いにほぼ直角に配置されているため、3つ合わせると頭が回るあらゆる方向をとらえられます。それぞれの半規管の中では、クプラというゼリー状の帆が有毛細胞の集まりの上に乗っています。頭を回すと液体が遅れて動き、クプラがしなって、有毛細胞がどちらへ回ったかを信号で伝えます。NIDCDは、平衡感覚が目や脚の筋肉と触覚の受容器にも頼っていて、脳がそれらすべてを統合していると指摘しています。

これは体のつくりとはたらきについての教材です。医学的な助言ではなく、診断や治療に使うものではありません。