İŞİTME (Bölüm 30)

Text Box: Ses fiziği Ses, dış ortamdaki moleküllerin longitudinal titreşimlerinin kulak zarına çarpmasıyla oluşan bir duygudur. Bu hareketlerin kulak zarı üzerinde yapmış olduğu basınç değişikliğinin yazdırılması sonucu ses dalgaları elde edilir. Ses dalgaları deniz yüzeyinde ve 20°C sıcaklıkta havada yaklaşık 344 m/s hızla hareket ederler. Sesin hızı sıcaklık ve yükseklik ile artar. Frekans: 1 sn’ deki titreşim sayısıdır. Frekans birimi Hertz (Hz) ile ifade edilir. Genlik: Ses dalgasının yüksekliği veya amplitüdü olarak ifade edilebilir. Genlik ne kadar büyük ise ses o kadar gürken, frekans ne kadar fazla ise ses o kadar tizdir. Şiddet: Birim yüzeye uygulanan basınçtır. Ses şiddeti desibel ile tanımlanır. Bir sesin bel cinsiden şiddeti, o ses ile standart bir sesin şiddetleri oranının logaritmasıdır. dB sayısı= 10 log sesin şiddeti standart sesin şiddeti 0 db ~ 0.000204 din/ cm2 lik basınca eşittir ve bu değer insan için duyma eşiğidir. 0 db sesin hiç bulunmadığı anlamına gelmez, logaritmik bir değer olduğu için o sesin standart sese eşit olduğunu gösterir. Tını: Sesin zor tanımlanan ve daha az anlaşılmış bir bileşenidir. Farklı müzik aletleri ile oluşturulan aynı frekans ve genlikteki sesin aynı olmadığı bilinmektedir. Ses dalgalarının yayıldığı ortamların farklılığı da sese ayrı bir renk kazandırır. İnsan kulağının duyabildiği ses frekans aralığı 20-20.000 döngü/s olmasına rağmen, en yüksek duyarlılık 1000-4000 Hz arasındadır. Konuşma esnasında erkek sesinin frekansı 120 Hz, kadın sesi 250 Hz’ dir.
Kulağın üç  fonksiyonel bölümü vardır

Dış kulak

Kulağın kıkırdakla desteklenen ve deri ile kaplı dış bölümü olup kulak kepçesi (aurikula) adını alır. Sadece elektromanyetik dalgaları toplamakla kalmayıp, sesleri dış kulak yoluna yönlendiren bir yansıtıcı gibi çalışır. Ancak kulak kepçesi her yönden gelen seslere aynı duyarlılığı göstermez. Kulak kepçesinin sesleri toplayabilme özelliği nedeniyle uzayda sesin geliş yönünü lokalize etmesi mümkün olur. Dış kulak yolu ~9 mm çapında ince bir diyaframı andıran timpan zarı ile sonlanır (Şekil 30-1).

 

 

Orta kulak

Orta kulak içi hava ile dolu bir boşluk olup Östaki borusu ile farinkse bağlanır. Ses dalgalarının yarattığı mekanik enerji 3 küçük kemikçiğin hareketleri ile orta kulak boyunca taşınmaktadır. Bu kemikcikler malleus, inkus ve stapez olup çekiç, örs, üzengi olarak da bilinirler. Malleus tabanı ile timpan zarına oturmuştur. Diğer ucu ise ligamentöz bir yapı ile inkusa bağlanmıştır. Aynı şekilde inkus da bir ligament yardımı ile stapeze bağlanmıştır. Stapez ise oval pencere yardımı ile kohleanın kemik kısmını aşarak zarsı labirente ulaşır (Şekil 30-1).

 

İç kulak

Kohlea, Yunanca’ da cochlos sözcüğünün karşılığı olup salyangoz anlamına gelmektedir. İnsan kohleası çapları gittikçe küçülen 3 kıvrımdan meydan gelmiştir. Üzeri ince bir laminer kemik tabakası ile örtülü olan kohlea temporal kemik içine yerleşmiş durumdadır. Kohleanın iç tarafı salyangozdan farklı olarak tek bir kanaldan oluşmaz. Bir kemik çekirdek etrafında  heliks yapan 3 tane içi sıvı ile dolu tüp bulunmaktadır. Kohleaya enine kesit yapıldığında en üstte kalan bölüme skala vestibüli, ortadaki bölüme skala media, en altta kalan bölüme ise skala timpani adı verilir. Skala media (Kohlear kanal) diğer iki kompartmanı kohlea boyunca ayırır, ancak helikotremada (kohleanın ucu) skala vestibüli ve tipani birleşirler. Skala media, skala vesibüliden Reissner membranı ile ayrılır. Skala vestibüli ve skala timpani perilenf, skala media ise endolenf ile dolu olup bu iki sıvı birbiri ile karışmaz. Skala media ve timpani arasında bulunan basiler membran yapıca kompleks bir yapı olup ses dalgalarının iletiminde görevlidir (Şekil 30-2).

 

İşitme, kulağın ses enerjisini yakalamasıyla başlar.    

Ĝ      Düşük şiddette olmalarına karşın hava basıncındaki artma ve azalmalar timpan zarının içeriye veya dışarıya doğru hareket etmesini sağlar. Yani timpan zarı ses dalgalrını taklit eden bir rezanatör görevi görmektedir. Timpan zarındaki hareketler, zara bağlı durumdaki malleusun yer değiştirmesine yol açar. Malleustan sonraki kemikçiklerin hareketleri karmaşık olup sesin sıklığına ve şiddetine bağlı oluşurlar. Basit olarak ifade edilecek olursa inkus ve malleusun hareketi iki bağlantı noktası olan bir manivelaya benzetilebilir. İnkus, stapezi oval pencerenin içine doğru iterken  stapez de bir piston gibi kohlea sıvısının ileriye ve geriye doğru hareketine neden olur.

 

Ĝ      Akustik sinyallerle ilişkili enerji miktarı oldukça küçük olduğundan orta kulağın normal yapısının bozulması ileti tipi sağırlığa yol açar. İleti tipi sağırlığa yol açan en önemli iki durum ortakulak iltihabı (otitis media) ve otoskleroz hastalığıdır. Otitis media, timpan zarının veya kemikçiklerin immobilizasyonuna yol açar. Otoskleroz ise kemikçikler arasındaki ligamentlerde kemik proliferasyonuna bağlı olarak hareketleri engelleyen bir durumdur.

 

Ĝ      Klinikte ileti tipi sağırlık Rinne testi ile tanınabilir. Titreştirilen diyapozon kulak önüne tutulduğunda duyulmuyor ancak kulak arkasındaki mastoid çıkıntı üzerine konduğunda duyuluyorsa orta kulağı ilgilendiren bir patoloji düşünülür. Her iki durumda da titreşimi duyamıyorsa iç kulağı ilgilendiren bir patoloji (sensorinöral) düşünülür. 

 

Kohleanın fonksiyonel anatomisi

Baziler membran sesin sıklığını algılayan bir mekanik analizördür

Ĝ      Baziler membranın skala mediayı timpanik skaladan ayıran fibröz bir membrandır.  Bu membran kohleanın kemiksi merkezi olan modiolustan dış duvara doğru dağılan 20.000-30.000 kadar baziler lifler içerir. Baziler membranın önemli bir özelliği uniform olmamasıdır. Memeli kohleası boyunca  uzanan baziler membran değişik mekanik özellikler gösterir.  Bu liflerin uzunlukları kohleanın tabanından tepesine doğru gidildikçe artarken çapları azalır. Sonuç olarak kohleanın oval penceresine yakın sert ve kısa lifler yüksek frekanslarda en iyi titreşimi gösterirken kohlenın tepesine yakın uzun, esnek lifler düşük frekanslarda en iyi şekilde titreşirler.

 

Ĝ      Üzenginin ayağı oval pencereye karşı içeri doğru hareket ettiğinde kohleanın kemik duvarlar tarafından çepeçevre sarılı olmasından ötürü yuvarlak pencere dışa doğru çıkıntı yapmak zorundadır. Dolayısı ile oval pencereden giren bir ses dalgasının  yaptığı ilk etki yuvarlak pencere yönünde bir çıkıntı yapmaktır. Öte yandan baziler lifler yuvarlak pencereye doğru bükülürken oluşan esnek gerim baziler membran üzerinde helikotremaya doğru ilerleyen bir dalga başlatır (Şekil 30-3-A).

 

Ĝ      Baziler membranın 33 mm’ lik uzunluğu boyunca üniform olduğunu varsayarsak bu durumda üzenginin tipan zarını içeriye doğru hareketlendirmesi skala vestibülideki basıncın artmasına ve baziler membranın aşağıya doğru hareketine yol açacaktır (Şekil 30-3B ve C).

 

 

Ĝ      Ancak baziler membranın mekanik özellikleri farklılık gösterdiği için Stapezin taban parçasının hareketleri skala vestibüli içindeki perilenfte ilerleyen bir dalga serisi başlatır. Bu dalga önce bir doruk noktaya ulaşır daha sonra hızla düşer. Doruk nokta ile stapez arasındaki uzaklık dalgayı başlatan titreşimlerin frekansı ile değişir. ( Şekil 30-3D). Örneğin düşük frekanslı sesler (100Hz) baziler membranın apeksinde, orta frekanlı sesler (1000 Hz) membranın ortalarında, yüksek frekanslı sesler ise (10 000Hz) membranın bazal bölümünde dalga oluşumuna yol açarlar.

 

Ĝ      İlerleyen dalganın bir diğer özelliği baziler membranın ilk bölümünde hızlı hareket etmesi, kohlea içinde daha uzağa doğru ilerledikçe giderek daha yavaş hareket etmesidir. Bu olayın nedeni stapeze yakın baziler liflerin esneme katsayısının yüksek olması ve bu katsayının ileri doğru gidildikçe giderek küçülmesidir.

 

Ĝ      Baziler membrandaki dalgayı oluşturan ve dalganın ilerlemesini sağlayan enerji membranın altında ve üstündeki sıvının hareketinden kaynaklanır. Sıvıyı hareketlendiren ise stapezin oval pencere aracılığı ile bir piston gibi sürekli çalışmasıdır.

 

Ĝ      Basiler membran, kompleks seslerin spektral analizini gerçekleştirmektedir. Şöyleki baziler membranın apeks bölgesi en iyi 20 Hz frekansındaki seslere yanıt verirken, bazal bölümü 20 kHz frekansındaki seslere duyarlıdır. Hemann Helmholtz, baziler membranın çalışma prensibini piyanonun tam tersi olarak yorumlamıştır. Piyanoda çok sayıda telin titreşimi ile saf tonlardan kompleks bir ses oluşurken, kohlea ise sesleri dekonstrükte ederek saf tonlara ayrıştırmaktadır (Şekil 30-3F).

 

Corti organı

Ĝ      Corti organı, iç kulakta baziler membranın üzerinde yerleşmiş olup tüy hücreleri ve destek hücrelerinden oluşan bir reseptör organdır. Her bir kohleada yaklaşık 16 000 tüy hücre bulunup yaklaşık 30 000 afferent sinir lifi ile innerve edilirler (Şekil 30-4).

 

Ĝ      Corti organında  2 tip tüy hücre vardır: Tek sıra halinde sıralanmış ~3500 iç (internal) hücre ve 3 veya 4 sıra halinde sıralanmış ~12000 adet dış (eksternal) hücre. Dış hücreler, tabanlarında    falangial (Deiters) hücreleri ile desteklenmişlerdir.   İç ve dış hücreler arası ise pillar (sütun) hücreleri ile doldurulmuştur. Corti organının üzeri jelatinöz yapıda bir membran ile (tektoriyal membran) kaplanmıştır. Dış hücrelerin sterosiliaları tektoriyal membranın alt yüzüne sıkıca tutunmuşlardır. (Şekil 30-5).

 

Deneysel çalışmalar Corti organının nasıl çalıştığını tam olarak ortaya koyamamıştır. Ancak organın baziler membran üzerindeki yerleşimi ve membrandan yapılan ölçümler ile uyarının tüy hücrelerine nasıl ulaştığını tahmin etmek mümkündür. Baziler membran sese yanıt olarak titreştiğinde Corti organı ve tektoriyal membran da harekete eşlik eder ( Şekil 30-6). Bir ses uyarısı geldiğinde baziler membran ve Corti organı tektoriyel membran ile birlikte yukarıya doğru hareket eder. Bu durumda tektoriyel membrana sıkıca tutunmuş tüy demetleri de eksitasyonun yönüne doğru yatarlar. Bu defleksiyon hareketi stimulusun (ses uyarısının) mekanoelektriksel transdüksiyonunu sağlar. Titreşimin orta noktasında tüy hücreleri tekrar eski dinlenim pozisyonuna dönerler. Baziler membran aşağıya doğru yöneldiğinde ise tüy demetleri stimulusun geliş yönünün tersine yatarlar.

Ĝ      Tüy demetlerinde ortaya çıkan defleksiyon hareketi bir reseptör potansiyelinin oluşumuna yol açar. Baziler mebranın ve Corti organının yukarıya hareketi depolarizasyona, aşağıya doğru hareketi ise hiperpolarizasyona yol açar.

 

Ĝ      Baziler membranın tonotopik olarak düzenlenmesi nedeniyle her tüy hücresi belirli frekanstaki seslere duyarlıdır. Bir karşılaştırma yapacak olursak bir piyanonun telleri arasındaki frekans farkı % 6 dolaylarında iken tüy hücreleri için bu oran % 0.2’ ye kadar inebilir.

 

Şekil 30-6: Tüy hücrelerinin frekans duyarlılığı her hücrenin saf tondaki bir uyaranla, o hücrenin duyarlı olduğu frekansta + duyarlı olduğu frekansın altında ve üstündeki frekanslarla uyarılması ile saptanabilir. Bu yöntemle elde edilen eğriler V şeklinde olup, eğrinin en alt bölümü (ucu) en düşük şiddetteki ses verilen en iyi frekans yanıtını gösterir. Bu şekilde yüksek, orta ve düşük frekanstaki sesler uyarılan tüy hücrelerinden elde edilen ayar (akord) eğrilerini görmekteyiz.

 

Ses enejisinin kohleada amplifikasyonu

Ĝ      Kohleanın ses enejisini amplifiye edici etkisi baziler membranın hareketlerinin interferometre ile ölçümü ile gösterilmiştir.

Ĝ      Kohlea deneysel olarak düşük şiddetteki bir ses uyaranı ile uyarıldığında baziler membranın hareketi yüksek frekans seçiciliği gösterirken, yüksek şiddetteki bir ses uyaranı ile uyarıldığında ise membranın duyarlılığı azalmaktadır. Örneğin baziler membranın 10 dB’ lik bir ses uyaranına karşı verdiği yanıt, 80 dB’ lik bir ses uyaranına verdiği yanıttan % 1 daha azdır. Bu sonuçlardan yola çıkarak kohleanın düşük frekanslı seslere karşı kulağın sensitivitesini artıran mekanik bir amplifikatör gibi davrandığını söyleyebiliriz.

 

Şekil 30-8: Uyandırılmış otoakustik yayılım (evoked otoacustical emission)

Bu çalışmada bir speaker yardımı ile deneğe çeşitli frekanslarda bir ses uyaranı  (click) gönderiliyor. Hemen ardından dış kulak yoluna yerleştirilmiş bir mikrofon yardımı ile  iç kulaktan yansıyan ses patlamaları kaydediliyor. Yüksek frekanslı seslerin geri dönüşü 5 ms gibi çok kısa bir sürede olurken, düşük frekanslı seslerin dönüşü 20 ms’ yi buluyor.Buna “Uyandırılmış otoakustik yayılım” denir. Bu aslında basit bir yansıma (eko) olmayıp, kohleanın mekanik enerjiyi toplayıp tekrar yaydığını gösteren önemli bir fonksiyon olduğu düşünülüyor.

 

Ĝ      Bir tüy hücresi deneysel olarak elektriksel yolla uyarıldığında hareket etmektedir. Depolarizasyonla gövdede kısalma, hiperpolarizasyonla gövdede uzama gözlenir (Şekil 30-9) . Bu hareketler için gereken enerji ATP’ nin tüketilmesinden çok deney sırasında oluşan elektriksel alandan sağlanır.  Kohlear amplifikasyonun dıştaki tüy hücrelerinin mekanik uyarıyı reseptör potansiyeline dönüştürmesi sırasında oluştuğu düşünülmektedir.

 

Gangliyon hücreleri tüy hücrelerini innerve eder

Kohlear hücrelerden nöronlara bilgi aktarımı kohlear ganliyon aracılığı ile olmaktadır. Gangliyon, kohlear spiralin çekirdeğinde (modiolus) yer aldığı için spiral gangliyon adını da almaktadır. İç kulağın her birinde ~30 000 gangliyon hücresi tüy hücrelerini innerve etmektedir. Bu iletimin kimyasal olduğu ve iletide rol alan transmiterin glutamat olduğu gösterilmiştir.

Kohlear gangliyonların % 90’ I iç tüy hücrelerinde sonlanırlar. Her akson tek bir tüy hücresini innerve ederken, bir tüy hücresi birçok sinir lifine (~10) çıktı gönderir. 

 

Şekil 30-10: Korti organının innervasyonu. Spiral gangliyon hücrelerine birkaç dış tüy hücresi birleşip afferent çıktı verirken, bir iç tüy hücresi ortalama 10 tane afferent çıktı vermektedir. Üst merkezlerden gelen efferent nöronlar ise genellikle aksoaksonik sinapslarla iç tüy hücrelerinde sonlanırlar.

Kohlear sinir lifleri stimulusun sıklığını ve şiddetini belirler

Ĝ      Kohlear sinirdeki aksonların akustik duyarlılığı spiral gangliyon hücrelerinin innervasyon özelliklerini yansıtmaktadır. Her akson belirli frekanstaki bir sese duyarlıdır. Düşük veya yüksek frekanslı uyarılar ancak yüksek şiddette olmaları halinde yanıt oluşturabilirler.

Ĝ      Ses basıncı ile her bir kohlear sinir lifinde aksiyon potansiyelini ateşleme oranı arasındaki ilişki yaklaşık doğrusal bir özelliğe sahiptir. En duyarlı sinir lifleri, eşik değeri 0 dB olan, spontan aktivite gösteren ve orta şiddetteki (40 dB) uyarılara karşı satüre edici yanıtlar oluşturabilen liflerdir. Buna karşılık diğer lifler daha az spontan aktivite gösteren, eşik değeri yüksek ve 100 dB civarındaki uyarılara yanıt veren liflerdir.

Ĝ      Nöronal yanıtlardaki bu farklılık iç tüy hücreleri ve afferent sinir hücreleri arasındaki sinapslardan kaynaklanmaktadır. Sinir sonlanmasının tüy hücresinin yüzeyinde yapan afferent sinir lifleri düşük sensitivite ve spontan aktivite gösterirken, sonlanmasını tüy hücresinin zıt bölgesinde yapan sinir lifleri ise en duyarlı sinir lifleridir.

Ĝ      8.kafa siniri olan işitme sinirindeki ateşleme paterni tonik ve fazik komponente sahiptir (Şekil 30-11).

 

 

Ĝ      Kohleadan kortekse kadar giden tüm işitme yolu boyunca sinir liflerinin uzamsal bir organizasyonu söz konusudur. İşitme traktusu ve korteksteki reseptif alanlardan yapılan kayıtlar belirli ses frekanslarının belirli nöronları aktive ettiğini göstermiştir. Dolayısı ile farklı ses frekanslarının belirlenmesi için sinir sistemi tarafından kullanılan yöntemlerden bir tanesi “alan kodu” olup baziler zar üzerinde en fazla uyarılan konumların saptanması esasına dayanır. Bir diğer yöntem ise “frekans kodu” olup  nöronların stimulusun frekansını yansıtacak şekilde ateşlenmesi prensibine dayanır.

Şekil 30-11: Bu şekilde 10,20,30 ve 40 dB şiddetinde bir ses uyaranı sonrasında işitme sinirinden elde edilen yanıtlar görülüyor. Uyaranın süresi 250 ms olarak verilmiş. Özellikle 20 dB’ in üzerindeki uyaranlar sinirde önce fazik bir yanıta neden oluyor (uyaranın hemen başında). Ardından adaptasyon ve aktivitede düşüş gözleniyor. Dolayısıyla kohleadan işitme sinirine ulaşan uyaranlar hem fazik hem de tonik yanıtlar oluşturuyorç

Ĝ       

Sesin işlenmesi kohlear çekirdekte başlar

Ĝ      8.sinir aksonları, medulla- pontin bileşkede bulunan kohlear çekirdek kompleksinde sonlanırlar (Şekil 30-12).

 

·        Bu yapının 3 önemli komponenti vardır: dorsal kohlear nükleus, anteroventral ve posteroventral nükleus olmak üzere. Bu 3 çekirdek tonotopik organizasyon göstermektedir. Bunun anlamı farklı frekanslardaki seslerin baziler membranı farklı noktalarda titreştirmesi ve farklı nöron populasyonlarının eksitasyonunun kohlear çekirdekte farklı düzeylerde projeksiyona  yol açmasıdır (Şekil 30-13).

 

 

Şekil 30-13: 3 farklı frekanstaki ses uyaranının baziler membrandan başlayarak 8. sinir (işitme siniri) ve kohlear çekirdekteki projeksiyonunu görmekteyiz.

 

Ĝ      Kohlear nükleuslara ait nöronlar çeşitli boyaların kullanılmasıyla gösterilmiş ve  elektriksel özellikleri ile birleştirilerek belirli hücre tiplerinin ne türde fonksiyonlar gösterdiği anlaşılmıştır. Örneğin ventral kohlear nükleuslar 2 tip nöron içermektedir. Bunlardan stellat hücreler simetrik dentritlere sahiptir ve uyarılmaları halinde düzenli aksiyon potansiyelleri oluştururlar. Çalı (bushy) hücreleri ise tek, kalın ve orta derecede dallanmış bir dentrite sahiptir. Bu hücreler karakteristik olarak tek bir aksiyon potansiyeli oluştururlar. Böyle bir yanıtın sesin uyarısının hemen başında oluştuğu tahmin edilmektedir. Ayrıca bu hücrelerin özellikle horizontal eksende yer alan bir ses kaynağının yerini belirlemeye yaradığı da düşünülmektedir.

Ĝ      Dorsal nükleus tıpkı serebellar korteks gibi tabakalar şeklinde organize olmuştur. Buradaki fusiform hücreler, değişik frekanstaki birçok stimulusa eksitatör veya inhibitör yanıtlar verirler. Bu hücrelerin vertikal eksen yönünde gelen seslerin yönünü belirlemeye yaradığı düşünülmektedir.

 

 

Şekil 30-14: Ventral kohlear çekirdekteki stellat hücreler düzenli aksiyon potansiyeli oluştururlarken, çalı hücreleri tek bir aksiyon potansiyeli oluşturur.

Bu hücrelerin yer alan bir ses kaynağını bulmaya yaradığı düşünülüyor.

Dorsal nükleustaki fusiform hücreler eksitatör veya inhibitör yanıtlar oluşturur.

 

Ĝ      Kohlear nükleustan çıkan birçok hücrenin aksonları beyin sapındaki birçok çekirdeğe projekte olur. Beyin sapındaki bağlantıların çok kompleks olması nedeniyle burada sadece birkaç major yolak üzerinde durulacaktır (Şekil 30-12).

Ĝ      İşitme ile ilgili yolakların ortak özellikleri vardır. Birincisi, akustik bilgi birbirine paralel seyreden yolaklarda işlenmektedir. İkincisi, kohlear nükleustaki çeşitli hücrelerin her biri spesifik istasyon çekirdeklerine projekte olur.  Böylelikle işitme ile ilgili bilgi kohlear çekirdeklerden itibaren ayrılmaya başlar. Üçüncüsü beynin iki yarımküresi arasında işitme ile ilgili yapılar açısından çok yoğun bir etkileşim vardır. Bu nedenle yolakların bir bölümünde meydana gelen unilateral bir lezyon çoğunlukla her iki kulağı da ilgilendiren işitme kusuruna neden olur.

 

Ĝ      Anteroventral kohlear nükleustan çıkan aksonlar süperior olivary nükleus kompleksine uğrarlar. Bu çekirdek kompleksi; lateral ve mediyal superior çekirdek ve trapezoid cisim çekirdeğinden oluşur. Kohlear nükleusun posteroventral çekirdeğinden çıkan nöronlar da pons seviyesinde  lateral sup. olivary çekirdekten geçer. Ancak kohleanın dorsal nükleusundan çıkan nöronlar ise pons seviyesinde projeksiyon yapmaz.

Ĝ      Mediyal sup. Oliver çekirdeğinin sesin lokalizasyonunu saptama gibi spesifik bir fonksiyonu vardır. Ses dalgaları önce sesin geldiği taraftaki kulağa ulaşır, daha sonra öteki kulağa geçer. İki kulak arasında yaşanan bu gecikme 700 ms’ dir. Tam orta plandan gelen ses için bu gecikme yaşanmaz, yani ses kulaklara eş zamanda gelir. Mediyal sup. Oliver çekirdekteki nöronlar, iki kulak arasındaki zaman farkını belirleyecek şekilde dizilmiştir. Her nöronun uyarılma şiddeti her iki kulaktan gelen akustik sinyaller arasındaki zaman boşluğuna ileri derecede duyarlıdır. Bu nedenle birkaç derecelik sapma ile sesin geldiği yön doğru olarak saptanabilir.

Ĝ      Kulağa gelen ses tüy hücrelerinin uyarılmasına ve 8. Sinir liflerinin ateşlenmesine yol açar. Bu potansiyeller kohlear nükleustan med. Sup.oliver çekirdeğe projekte olur.  Aynı ses karşı kulakta da benzer olayları başlatır.  Tek kulaktan gelen uyarılar med.sup.oliver çekirdekte nöronları eşik düzeyine ulaştırmakta yetersiz kalır.

 

Ĝ      Lateral sup. Oliver çekirdek de sesin geldiği yönün tayininde önemlidir. Ancak bu çekirdek sesin şiddetindeki farklılıktan faydalanarak  sesin yönünü belirlemeye çalışır.  Ses yakın kulağa daha yüksek tonda ulaşır. Lateral sup. Oliver her iki kohlear nükleustan girdi alır.  Ancak ipsilateral projeksiyonlar direkt ulaşırlarken, kontrlateral olanlar önce trapezoid cisme uğrarlar.

Ĝ      Böylelikle sesin lokalizasyonu 2 bilgiden yola çıkılarak gerçekleştirilir. Aslında bunların 2 si tamamlayıcı bilgilerdir. Çünkü sesin her iki kulağa ulaşma sürelerindeki fark en iyi düşük frekanslarda ortaya çıkarken, sesin şiddetin ile ilgili fark en iyi yüksek frekanslı sesler için algılanır. Bir diğer deyişle med. Sup. Oliver çekirdek düşük frekanslı girdilere yanıt veren nöronlara sahipken, lateral sup. Oliver çekirdek ise yüksek frekanslı girdilere yanıt veren nöronlara sahiptir.

Ĝ      Superior oliver kompleksten gelen aksonlar lateral lemniskusun en önemli komponentini yaparlar. Lateral lemniskus aynı zamanda kontrlateral  dorsal nükleustan gelen aksonları da içerir. Ancak bu liflerin bir bölümü bu çekirdekte sonlanırken, çoğu burayı atlayarak inferior kollikulusa geçer.

Ĝ      İnferior kollikulus başlıca 2 bölüm halindedir. Dorsal parçası akustik ve somatoduysal girdileri alır. Bu parçanın fonksiyonu tam olarak anlaşılamamıştır. Dorsal parçanın altında santral nükleus bulunmaktadır. Santral nükleusa yapılan projeksiyonlar ve buradaki nöronların fizyolojik özellikleri bu çekirdeğin çok karmaşık bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.

Ĝ      İnferior kollikulusta kulaklar arası zamanlama ve şiddet farkına duyarlı nöronların bulunması bu çekirdeğin ses lokalizasyonunda önemli görevlerinin olabileceğini düşündürmektedir.

Ĝ      Mediyal genikulat nükleus, işitme sisteminin talamik durağını yapar. Bu çekirdek kompleksinin 3 parçası olup, bunlardan ventral ve dorsal nükleusları çok iyi anlaşılmıştır.

Ĝ      İşitmenin tüm önceki basamaklarında gözlenen tonotopik düzenleme mediyal genikulat nükleusta da devam eder. Benzer frekanslar duyarlı nöronlar tek bir tabakada bulunurlar.

Şekil 30-15: Bu şekilde mediyal superior oliver çekirdekte nöronların sesin geldiği yönü belirleyecek şekilde dizilimi gösteriyor. Bu nöronlar ancak girdiler ipsilateral ve kontrlateral birlikte olduğunda maksimal uyarılıyorlar. Maksimal uyarılan nöronlar interaural zaman farkını tayin edebiliyorlar.

 

İşitme bilgisi serebral korteksin birçok bölgesinde işlenir 

Ĝ      Kohlear nükleustan yukarıya doğru çıkan işitsel yolaklar temporal lobun dorsal yüzeyinde farklı alanlarda sonlanırlar. Ancak mediyal genikulattan gelen aksonların birçoğu primer işitme korteksine projekte olur. Buraya A1 bölgesi denir (Broadman’ ın 41 ve 42. Bölgesi). A1 bölgesindeki nöronlar tonotopik dizilim gösterirler. Düşük frekanslı akustik uyaranlara yanıt veren nöronlar bölgenin rostralinde yer alırlarken, yüksek frekanlı stimuluslara yanıt verenler ise kaudalde yer alırlar (Şekil 30-16).

Şekil 30-16: Maymunda temporal korteksteki işitme merkezinde nöronarın dizilim. Düşük frekanstaki seslere yanıt veren nöronlar merkezin rostralinde yer alırken, yüksek frekanstaki seslere yanıt verenler ise kaudalinde yer

 

Ĝ      İşitme korteksi 2 zona ayrılmış durumdadır. Bunlardan yarısı sumasyon kolonları olup aynı taraftan gelen uyarılarla eksitasyona uyğrarlar. Buradaki hücrelere EE hücreleri denir. Diğer yarısı ise supresyon kolonları olup diğer kulaktan gelen uyarılar bu hücrelerde inhibisyon yaratır. Bu nedenle bu hücrelere EI hücreleri denir. Sumasyon ve supresyon kolonları tonotopik haritaya doğru bir açıyla yerleştirilmiştir. Bu nedenle işitme korteksi her düzeydeki frekansa ve kulaklar arası etkileşime doğru bir şekilde yanıt verebilir.

Ĝ      İnsanda, işitmenin önemi dilin öğrenilmesi sırasında ortaya çıkar. Bir sesin nöral işlenmesi azçok bilinmekle birlikte konuşma seslerinin nasıl nasıl işlemlendiği henüz anlaşılamamıştır. Dilin işlenmesini deneysel olarak araştırabileceğimiz bir hayvan türü yoktur. PET ve  fMRI  gibi teknikler dil ile ilgili  kortikal alanları anlamamıza yardım etmektedir.

 

Sensorinöral işitme kaybı sık görülmekle birlikte iyileşebilir

Ĝ      Sağırlıkların çoğu sensorinöral işitme kaybı ile ortaya çıkmakta olup çoğu kez doğru bir terim olmayan sinirsel sağırlık olarak isimlendirilir.

Ĝ      Tıpkı nöronlar gibi 16.000 adet tüy hücresi de tüm yaşam boyu canlı ve sağlıklı olmak zorundadır, çünkü hücre bölünmesi gözlenmez. Ancak bazı anfibilerde ve kuşlarda destek hücrelerinin bölündüğü ve yeni tüy hücrelerinin coğalmasını uyardığı yolunda bazı sonuçlar elde edilmiştir.

Ĝ      Sağırlık özellikle çocukluk çağında yıkıcı etkilere yol açabilir. Genetik nedenler ya da pre veya perinatal infeksiyonlar sonucunda gelişen sağırlık çocukta konuşmayı, okuma ve yazı yazmayı  da engeller. Öğrenme güçlüğü çeken çocuklarda iyi bir pediyatrik muayene kulaktaki problemi ortaya koyabilir.

Ĝ      Yetişkin yaşlarda ise akut işitme kaybının 2 önemli sonucu vardır. Birincisi; işitme kişinin psikolojik olarak kendisini iyi hissetmesini sağlar. Çevremizle yaşadığımız günlük verbal etkileşim bizim sosyal ihtiyacımızı karşılar. İşitme kaybı kişiyi yanlızlığa, depresyona ve hatta intihar girişimine itebilir. İkinci önemli sonucu ise, işitme duyusu etkili bir erken uyarı sistemi gibi çalışır. Dolayısıyla sağırlık kişiyi tehlikeli, durumlardan sakınmasını engelleyen önemli bir rahatsızlık olarak karşımıza çıkmaktadır. Günümüzde sağırlığın tedavisinde kullanılan araçlar, sesin frekansını yükselterek işitmeyi sağlamak şeklindedir.

Ĝ      Bir kişide kohlear tüy hücrelerinin çoğu veya tamamı dejenere olduğunda seslerin amplifiye edilmesi bir işe yaramaz. Bu gibi durumlarda skala timpaniye bir elektrod yerleştirmeye dayanan kohlear protez  kullanılır. Bu elektrod kohleanın spiral yapısı boyunca uzanan sinir liflerini stimüle edebilir (Şekil 30-18).

 

 

Ĝ      Kohlear protez, işitme sisteminin tamamında bulunan tonotopik organizasyonu başarıyla taklit edebilmektedir. Çünkü kohleaya yerleştirilen elektrod benzer frekanslara duyarlı nöron liflerini uyarmakta, bu uyarılar 8.kafa siniri ile SSS’ ne taşınmaktadır. Elektrod sayısı 20 kadar olduğunda çok sayıda lif uyarılabileceği için kompleks seslerin algılanması mümkün olmaktadır.

Ĝ      Kohlear protezler dünyada 15.000 hastaya uygulanmış durumdadır. Etkinliği bireyden bireye değişmektedir. En iyi durumdaki kişiler konuşmaları anlayabilmekte, örneğin telefon konuşmalarını yürütebilmektedirler. Ancak sinir liflerinin tamamen harab olduğu bireylerde kohlear protez işe yaramayabilir.

KULAKTA  DUYUSAL İLETİ (Bölüm 31)

Ĝ      Bu bölümde tüy hücrelerinin yapısı daha ayrıntılı olarak incelenecek ve bu hücrelerinin mekanik enerjiyi elektrik sinyallerine nasıl dönüştürüldüğü ele alınacaktır.

Ĝ      Tüy hücreleri ektodermden kaynaklanırlar ve epiteliyal özelliklerini sürdürürler. Bir tüy ücresi kolon biçimindedir ve dendrit veya aksona sahip değildir. Apeks bölümünde duyusal olmayan destek hücreleri ile bağlantılıdır. Destek hücreleri ile yapmış oldukları sıkı bağlantı (tight juction) ve hemen altındaki belt desmozom bölgeleri tüy hücreleri için ciddi bir destek sağlamaktadır.

 

 

 

Ĝ      Hücrenin apikal yüzeyindeki tüy demetleri hücrenin reseptör aparatıdır.Bunların boyları 1 mm-100 mm arasında olabilir. Bunlar 200- 300 arasında silindirik yapıda ve hekzagonal düzende organize olmuş yapılar olup sterosiliya adını alırlar. Her bir sterosiliyum aktin filamentlerinden oluşan bir iskelete sahiptir. Aktin filamentleri, fibrin ile çapraz bir olarak bağlanmışlardır.

Ĝ       Tüy hücrelerinin endolenfe doğru uzantıları olan sterosiliyalar, bazal bölümlerinde incelirler. Bu özellik bazal bağlantı noktalarından hareketlerine imkan sağlar.

Ĝ      Her tüy hücresinde kinosiliyum adı verilen gerçek bir siliyum bulunmaktadır. Bu diğerlerinden daha uzundur ve aksonem adı verilen 9 çift mikrotübülden meyadan gelen çekirdek bir yapıya sahiptir.

 

Tüy hücreleri mekanik enerjiyi nöral sinyallere dönüştürür

Ĝ      Tüy hücrelerine mekanik birstimulusun uygulanması hücrede elektriksel bir yanıta yol açar. Bu, mekanik uyarılmaya duyarlı iyon kanallarının açılmasıyla ortaya çıkan bir reseptör potansiyelidir. İn vitro olarak bir tüy hücresinin sitoplazmasına yerleştirilen bir elektrot ile tüy demetleri uyarının yönüne ve şiddetine bağlı olarak yatarlar. Uyarılmamış bir hücrede iyon kanallarının % 15’ I açıktır. Sonuç olarak dinlenme potansiyeli –60mV civarındadır. (+) bir stimulus tüy demetlerinin yer değiştirmesine neden olarak kapalı olan diğer kanalların da açılmalarını sağlar (Depolarizasyon) Tersine (-) bir stimulus ise tüy demetlerini kısa kenarına doğru iter ve kanalların kapanmasına neden olur (Hiperpolarizasyon) (Şekil 31-2A, B, C).

Ĝ      Ayna görüntüsü yönünde gelen uyarılar ise herhangi bir değişikliğe yol açmaz ve hücre dinlenme potansiyelinde kalır. Yani tüy hücreleri ancak tüy demetlerinin eksenine paralel gelen uyaranlara yanıt verir. Oblik gelen uyaranlar ise ancak bu eksene düşen vektöriyel projeksiyonları oranında uyarırlar.

Ĝ      Tüy hücresine yapılan uyarı büyükse meydana gelen reseptör potansiyeli de büyük olur. Tüy demetlerinin defleksiyonu ile elekriksel yanıt arasındaki ilişki sigmoidaldir (Şekil 31- 2D)

Ĝ      Normal bir uyarılma sırasında bir tüy demeti + 1 derecelik bir açıyla hareket eder . Bu yaklaşık 3 nm’ lik bir yol alınmasına yol açar.

 

Ĝ      Tüy hücrelerindeki kanallardaki mekanoelektriksel dönüşüm nonselektif olup bu kanalların konduktansları ~100 pS’ dir.  Tüy hücrelerinin temasta bulunduğu endolenf sıvısında en çok bulunan katyon K+ olup transdüksiyon akımından sorumludur.Bu kanalların nonselektif olması streptomisin, gentamisin gibi aminoglikozid antibiyotiklerin kanalları bloke etmesine yol açar. Yüksek dozda kullanılması tüy hücrelerinde kalıcı hasara yol açar.

 

Mekanik kuvvet direkt olarak transdüksiyon kanallarını açar ve kapatır

Ĝ      Tüy hücrelerinde gözlenen mekanoelektriksel transdüksiyonun mekanizması bir aksiyon potansiyeli veya postsinaptik potansiyelinden farklıdır. Çünkü buradaki kanallar bir mekanik zorlanmadan etkilenirler. Kanalların açılma veya kapanması tüy demetlerinin yapısındaki elastik yapıların tansiyonundan kaynaklanır.

Ĝ      Mekanoelektriksel transdüksiyona katılan iyon kanalları tüy demetlerinde bulunan elastik yapılarla açılır-kapanırlar. Bu elastik yapılara “ gating spring (kapı yayı)” adı verilir. Tüy hücrelerindeki kanalların, membranı geçen bir protein olduğu ve katyon selektif porlara sahip olduğu bilinmektedir.  Tüy demetleri dinlenme anında iken bu kanallar kapalıdır. Ancak tüy demetlerinin (+) yönde hareket etmesi kapı yayındaki tansiyonu artırır. Tansiyonun artması kanalın açılmasına ve katyonların içeriye akmasına neden olur. Kanal kapısının açılması gerçekten çok hızlı olup ikinci mesajcı molekülün bu işte direkt etkisinin olmadığını düşündürmektedir.

Ĝ      Mekanoelektriksel iletinin olduğu bölge 3 deneysel çalışma ile gösterilmiştir. 1) Çalışmanın birinde uyarılmış tüy hücre demetinin ekstraselüler yüzündeki katyon akımı ölçülmüştür. Buna göre en güçlü voltaj sinyali tüy hücresinin tepe kısmında ölçülmüştür. 2) İkinci deneyde aminoglikozid  antibiyotikler etkilerini büyük ölçüde tüy demetlerinin üst bölümünde gösterirler. 3) Son olarak Ca2+ -duyarlı indikatörler, kalsiyumun tüy demetinin uç bölgesinden girdiğini göstermişlerdir.

Ĝ      Sterosiliyumlar arasındaki elastik yapılara “tip link (uç bağlantı)” adı verilmiştir. Bu yapılar 2 sterosiliyum arasında filamentöz bağlantı yapmaktadır. Her uç bağlantının 2 sıra halinde dizilmiş moleküllerden oluşan ince bir lif olduğu düşünülmektedir. Oblik olarak bir sterosiliyumun distal ucundan komşu sterosiliyuma doğru uzanır.

 

Ĝ      Bağlantıların yönü tüy hücrelerinin uyaranlara olan vektöriyel duyarlılığı ile tutarlılık gösterir. Çünkü tüy hücrelerinin dizilimine paralel gelen uyaranlar tüy demetlerinin uyarılmasına yol açar. Ancak dizilime dik gelen uyaranlar ise etkili olmaz.

Direkt mekanoelektriksel transdüksiyon hızlıdır

Ĝ      Tüy hücrelerinin tersine, diğer duyu reseptörleri (fotoreseptörler, olfaktör nöronlar) siklik nükleotid veya diğer ikinci mesajcıları kullanmaktadırlar. Bu mekanizma sinyalin amplifikasyonunu sağlamaktadır.

Ĝ      İkinci mesajcı olmadan gerçekleştirilen bir transdüksiyonun amacı ne olabilir? Bu soruya verilelebilecek en uygun yanıt; uyarıya verilen yanıtın tüy hücrelerinde hızlı olmasıdır. Gerçekten de tüy hücreleri diğer duyu reseptörleri arasında en hızlı yanıt veren hücrelerdendir. Biyolojik stimulusun sıklığını düşünecek olursak yanıtın hızlı olası gerektiği de açıktır.

Ĝ      Sesin lokalizasyonu, işitmenin en önemli fonksiyonlarındandır. İnsan için sesin iki kulağa ulaşma süreleri arasında 700 ms’ lik fark vardır. Ancak insanlar, sadece 10 ms’ lik bir gecikme ile sesin yerini belirleyebilir. Bunun olabilmesi için tüy hücrelerinin sesleri birkaç ms içinde yakalayabilme özelliğine sahip olması gerekir.

Şekil 31-4: Arka arkaya verilen uyaranların tüy demetlerinin yer değiştirme ve elektriksel yanıtlarında yarattığı değişiklikler.

(Eğrinin biçiminde ve büyüklüğünde değişiklik yok!)

 

Tüy hücreleri güçlü uyaranlara karşı adaptasyon geliştirir

Ĝ      Uzun süreli ve güçlü uyaranlar tüy demetlerini dinlenme durumundan yatık (defleksiyon) duruma geçirir. Adaptasyon sırasında reseptör potansiyeli progresif olarak yavaşlar. Adaptasyon hızını ve derecesini (büyüklüğünü) belirleyen en en önemli faktör tüy hücresinin apikal yüzündeki artmış Ca2+ konsantrasyonudur (Şekil 31-4).

 

Ĝ      Adaptasyon nasıl gerçekleşir? Adaptasyon sırasında tüy demetlerinin sertliğinde değişikliğin olması, adaptasyonun sterosiliyumlar arasında tansiyonu sağlayan elemanları ilgilendiren bir değişikliğe işaret etmektedir. Güçlü ve sürekli uyaranlar sırasında uç bağlantılarının sterosiliyuma tutunduğu bölge (yapışma plağı) yer değiştirir. Tüy demetlerinde bu rolü üstlenebilecek farklı tiplerde miyozin molekülü bulunmuştur. Bunlar miyozinin Ib kümeleri, miyozin VI ve Miyozin VIIa molekülleridir. (Şekil 31-5).

Ĝ       

Şekil 31-5:

Bir uyarının uç bağlantılarına ulaşmasıyla tansiyon artar ve kanallar açılır, içeriye kalsiyum girişi gözlenir. Buna paralel olarak oluşan reseptör potansiyelinde önce bir depolarizasyon, ardından bir plato ve sonra dinlenme durumuna dönüş gözlenir. Sitoplazmada biriken kalsiyum kalmodulin molekülleri ile etkileşir ve miyozin Ib molekülünü bağlayarak katyon kanalını aşağıya doğru itmesine yol açar. Bu şekilde uç bağlantısının boyu kısalır ve kanal kapanır. Uyarının devam etmesi durumunda, uç bağlantı bölgesinin üst ucu aşağıya itilmiş olduğundan adaptasyon boyunca katyon kanalı kapalı kalır.

 

Tüy hücreleri spesifik uyarı frekanslarına ayarlanmıştır

Ĝ      Birçok canlının işitme organındaki tüy demetlerinin uzunluğu frekans şiddetine göre düzenlenmiştir. Düşük frekanstaki akustik ya da vibrasyonel uyaranlara yanıt veren uyaranlara uzun tüy demetleri yanıt verirken, yüksek frekanslı akustik uyaranlara ise kısa tüy demetleri yanıt verir. İnsan kohleasında 20 kHz frekanslı seslere 4 mm boyundaki tüyler yanıt verirken, 20 Hz’ lik seslere ise 7mm boyundaki tüyler yanıt verir. Anatomik pozisyon ve  frekans arasındaki bu ilişki tonotopik haritalama olarak isimlendirilir.

Ĝ      Tüy hücrelerinin spesifik frekanslara ayarlanmasının mekanizması elektrikseldir. Bu durum balık, sürüngen ve kuşlarda gösterilmiş olup henüz insanda nasıl olduğu anlaşılamamıştır. Elektriksel rezonans adı verilen bu durum deneysel olarak tüy hücresine elektrik akımı uygulanması sonucunda membran potansiyelinde sinuzoidal bir dalgalanma ile gösterilmiştir (Şekil 31-6)

 

 

Şekil 31-6:

Bu çalışmada bir tüy hücresindeki tüy demetleri defleksiyona uğradığında reseptör potansiyeli bir sinuzoidal osilasyon şekilinde ortaya çıkar. Aynı hücreye dışarıdan bir mikroelektrod yardımı ile elektriksel uyaran uygulandığında da benzer bir yanıt alınır. Bu sonuç tüy hücrelerinin elektriksel rezonatör yardımı ile spesifik frekanstaki uyaranlara ayarlandığını göstermektedir. BU olayın mekanizmasına baktığımızda; (+) defleksiyonun hücreye K+ girişini indüklediği ve hücreyi depolarize olduğunu görürüz. Hücreye K girişi voltaj duyarlı Ca2+ kanallarının açılmasına ve hücre içi kalsiyum düzeylerinin artmasına yol açar. Artan kalsiyum, Ca2+’ a duyarlı K+ kanallarını uyarır. Potasyumun dışarı çıkması hücreyi repolarize eder. Artan hücre içi kalsiyum iyon pompası yardımı ile hücre dışına atılır.

 

Tüy hücrelerinde sinaptik transmisyon

Tüy hücreleri duyusal reseptör olmanın yanısıra aynı zamanda presinaptik terminallerdir. Her tüy hücresinin basolateral membranı çok sayıda presinaptik bölgeye sahiptir. Her aktif bölgenin 3 önemli özelliği vardır:

(Şekil 31-7).

 

1)     Sitoplazmada 400 nm çapında, küresel bir yoğun presinaptik cisim (Biyokimyasal içeriği tam bilinmiyor) bulunur.

2)      Presinaptik cismin etrafında her biri 35 nm çapında sinaptik veziküller bulunur.

3)     Plazmalemmanın iç tarafında bir sıra halinde presinaptik dansite partikülleri bulunur. Bu partiküllerin Ca2+ kanalları ve elektriksel rezonansa katkısı olan K+ kanallarının olduğu tahmin edilmektedir.

 

Ĝ      Postsinaptik kayıtlar tüy hücrelerinden nörotransmiter salınımının kuantal olduğunu ortaya koymuştur. Ancak afferent nörotransmiterin kimliği halen tartışmalıdır. Glutamat olduğu yolunda bazı sonuçlar bildirilmiştir.

Ĝ      Tüy hücrelerindeki afferent sinaplar diğer sinaplardan farklılık gösterirler. Örneğin dinlenme halinde de nörotransmiter salınımı olmaktadır. Sinaptik transmisyonda ise depolarizasyonu ve hiperpolarizasyonu takiben nörotransmiter salınımında aşağı ve yukarı iniş-çıkışlar olmaktadır. Bu bulgularla uyumlu olarak Ca2+ kanalları dinlenme durumunda bile açıktır ve uyarılmamış hücrelerden nörotransmiter salınımını sağlar.