Forskningsfynd utmanar bilden av hur vår hörsel fungerar

Forskare vid Linköpings universitet har gjort flera upptäckter om hur hårcellerna i innerörat, som omvandlar ljud till nervsignaler till hjärnan, fungerar. Fynden, som presenteras i tidskriften Nature Communications, utmanar den bild av hörselorganets uppbyggnad och funktionsmekanism som funnits i flera årtionden. Ökad kunskap om hur örats hårceller stimuleras av ljud är viktigt för bland annat optimering av hörhjälpmedel som cochleaimplantat för personer med hörselförlust.

För att vi ska kunna höra måste ljudvågorna, som är förtätningar och förtunningar av luften, omvandlas till elektriska nervsignaler som sedan skickas till hjärnan. Omvandlingen görs av innerörat, som också kallas snäckan eftersom den liknar ett snäckformat snigelskal. Inne i snäckans gångar sitter hörselorganet med en mängd hårceller – yttre och inre hårceller. De yttre hårcellerna förstärker ljud, så att vi kan höra svaga ljud och uppfatta olika frekvenser i mänskligt tal bättre. De inre hårcellerna sköter omvandlingen från ljud till nervsignaler. Forskarna bakom den aktuella studien undersöker hur den här omvandlingen egentligen går till. Det finns nämligen fortfarande en del frågetecken kring vad som sker när de inre hårcellerna stimuleras av ljudvibrationer och ger upphov till en nervsignal till hjärnan.

Det har länge varit känt att de yttre hårcellerna är kopplade till ett membran som vilar ovanpå dem. På de yttre hårcellerna finns hårliknande utskott, som kallas stereocilier, som böjs och aktiveras när ljud får membranet och hörselorganet att vibrera. Däremot är den rådande synen att stereocilier på de inre hårcellerna inte har någon kontakt alls med detta membran, som kallas tektorialmembranet, och att de stimuleras på annat sätt av ljud. Det är denna bild som den aktuella studien nu utmanar.

Förhållandet mellan hårcellerna och tektorialmembranet har studerats i detalj med elektronmikroskopi av forskare sedan 1950-talet. Men det är väldigt svårt att ta reda på hur detta geléaktiga membran fungerar, eftersom det krymper ihop så fort forskarna tar ut det från örat. Det är därför en stor utmaning att bevara förhållandet mellan de inre hårcellerna och tektorialmembranet. Dessutom är membranet genomskinligt, och har därför varit i princip osynligt för forskare. Fram till nu i alla fall. LiU-forskarna la nämligen märke till att membranet reflekterar grönt ljus. Upptäckten gjorde det möjligt för dem att visualisera tektorialmembranet med mikroskopi.

– Vi ser att det inte finns något tomrum mellan tektorialmembranet och hårcellerna, utan stereocilier på både de yttre och de inre hårcellerna är helt inbäddade i tektorialmembranet. Vårt fynd går emot dagens uppfattning att det bara är de yttre hårcellerna som har kontakt med membranet, säger Pierre Hakizimana, förste forskningsingenjör vid Institutionen för biomedicinska och kliniska vetenskaper, BKV, vid Linköpings universitet, och studiens huvudförfattare.

Pierre Hakizimana och hans kollegor studerar innerörat från marsvin, som är mycket likt det mänskliga hörselorganet. När forskarna undersökte förhållandet mellan membranet och hårcellerna närmare gjorde de ytterligare en upptäckt.

– Vi hittade kalciumrika gångar som inte ser ut som något annat vi sett tidigare. Kalciumgångarna sträcker sig genom tektorialmembranet och kopplar till både de inre och de yttre hårcellerna, säger Pierre Hakizimana.

Forskargruppen, som leds av professor Anders Fridberger, har tidigare upptäckt att tektorialmembranet fungerar som en depå för kalciumjoner, som krävs för att hårcellerna ska kunna översätta ljudvibrationer till nervsignaler till hjärnan. Forskarna följde hur kalciumjoner rörde sig i gångarna och deras fynd pekar mot att kalcium flödar genom gångarna till hårcellerna. Detta fynd kan bidra till att förklara hur hårcellerna får tillgång till den höga halt av kalciumjoner som behövs för deras funktion. Studien visar också att stereocilier på både de inre och yttre hårcellerna böjs av tektorialmembranet på ett liknande sätt. Forskarna går nu vidare med forskningen för att förstå mer om hur kalciumjonerna transporteras och ta reda på vilket eller vilka proteiner de nyupptäckta kalciumkanalerna är byggda av.

– Utifrån våra fynd beskriver vi en mekanism för hur hörseln fungerar, som går emot vad folk har trott i över femtio år. Bilderna i läroböckerna som beskriver hur innerörat ser ut och fungerar behöver uppdateras. De matematiska modellerna som används i forskning för att studera hörsel bör också uppdateras och inkludera dessa nya fynd, säger Pierre Hakizimana.

Upptäckter om hur vår hörsel fungerar kan på sikt få betydelse för utvecklingen av cochleaimplantat. Implantaten är ett hörhjälpmedel som placeras i hörselsnäckan och som genom elektrisk stimulering av hörselnerven kan göra det möjligt för döva barn och vuxna att uppfatta ljud.

– Cochleaimplantat är en fantastisk lösning för att behandla hörselförlust, men det finns utrymme för förbättring. En bättre förståelse för hur de inre hårcellerna stimuleras av ljud är viktig för att kunna optimera hur cochleaimplantat stimulerar hörselnerven, säger Pierre Hakizimana.

Studien har finansierats med stöd av Stiftelsen Tysta Skolan, Vetenskapsrådet och National Institutes of Health i USA.

Artikeln: ”Inner hair cell stereocilia are embedded in the tectorial membrane”, Pierre Hakizimana och Anders Fridberger, (2021), Nature Communications, publicerad online den 10 maj 2021, doi: 10.1038/s41467-021-22870-1

För mer information, kontakta gärna:

Pierre Hakizimana, förste forskningsingenjör, pierre.hakizimana@liu.se, 013-28 69 64, 076-131 07 74

Högupplösta pressbilder på Pierre Hakizimana kan laddas ner från LiU:s mediabank.