달팽이관

달팽이관(cochlea; 와우관)은 내이(inner ear)에 있는 코일형 구조로, 청각계통(auditory system)의 감각수용체(sensory receptor; 감각수용기)인 유모세포(hair cell)를 포함합니다. 음파는 이소골(ossicles)이라 불리는 고막(tympanic membrane; eardrum)에 붙어 있는 작은 뼈에 의해 달팽이관으로 전달되며, 이 뼈는 내이로 통하는 난원창(oval window; 안뜰창)을 진동시킵니다. 이것은 달팽이관실의 액체가 움직이게 하고 기저막(basilar membrane)의 진동을 일으킵니다.

기저막은 난원창 근처의 달팽이관 기저부 끝(basal end)에서부터 정점 끝(apical end)까지 연장됩니다. 달팽이관 자체는 정점 끝을 향해 좁아지지만, 기저막은 반대되는 기하학적 구조로 되어 있어서 정점 끝으로 갈수록 더 넓고 유연해집니다.

주로 이러한 물리적 특성 때문에, 기저막의 정점 끝은 저주파 소리에 노출될 때 가장 크게 진동하는 반면, 더 좁고 단단한 기저 끝은 고주파수에 노출될 때 가장 크게 진동합니다. 이러한 주파수 반응에 대한 구배(gradient)는 달팽이관에 토노토피(tonotopy; 음높이(pitch) 지형도)를 만듭니다.

유모세포는 세포 아래에 있는 기저막과 세포 위의 단단한 덮개막(tectorial membrane)의 진동 차이에 의해 생성된 전단력(shearing force)에 따라 자극을 받습니다. 기저막의 토노토피 때문에 유모세포는 달팽이관 안에 있는 위치에 따라 다른 주파수에 의해 자극을 받습니다. 기저 끝의 세포는 높은 주파수에 가장 잘 반응하고, 정점 끝의 세포는 낮은 주파수에 가장 잘 반응합니다. 이에 따라 시냅스이후(postsynaptic) 세포, 즉 청각 뉴런은 동일한 토노토피 반응 패턴을 보입니다.

이 토노토피는 청각 경로(auditory pathway) 전체에서 유지되며, 달팽이관의 다른 영역의 정보는 청각 경로와는 다른 뇌를 통과하는 조직적이고 평행한 경로를 통해 뇌로 이동합니다. 궁극적으로, 1차 청각 겉질(primary auditory cortex; 1차 청각 피질)에는 달팽이관의 기저 끝과 정점 끝까지의 해당하는 “지도”가 포함되어 있습니다. 이 지도에서 자극되는 뉴런들은 주파수와 연관되며, 이에 따라 음높이 식별을 돕습니다.

따라서 달팽이관은 소리 정보를 신경 신호로 전달하는 것과 음높이의 초기 변환에서 모두 중요한 역할을 합니다.