Sedersi nel traffico può esporre un conducente a un’intensa irritazione, oltre a una gamma di frequenze sonore. I motori che ronzano emettono tipicamente suoni a bassa frequenza, mentre i clacson delle auto rilasciano esplosioni ad alta frequenza. Le sirene dei veicoli di emergenza sono acute, e i rombi dei grandi camion sono più bassi. Per la maggior parte delle persone, le loro orecchie sono in grado di elaborare questi suoni di ampia gamma e dar loro un senso. Tuttavia, gli scienziati non hanno una piena comprensione del perché ciò accada, poiché stanno ancora cercando di capire la meccanica dell’orecchio interno. Un team di fisici ha recentemente adottato un approccio innovativo per comprendere come la coclea elabori le diverse frequenze. Hanno scoperto nuove complessità che potrebbero spiegare come l’orecchio sia in grado di sentire i suoni più deboli.
I Misteri dell’Orecchio
Quando si tratta dell’udito umano, gli scienziati hanno ancora molte domande senza risposta. “L’udito è piuttosto misterioso,” dice Benjamin Matcha, professore assistente di fisica all’Università di Yale. Sebbene i fisici abbiano una mappa generale di come l’orecchio funzioni e comunichi con il cervello, i ricercatori non hanno ancora un quadro completo. In confronto, i fisici comprendono meglio il funzionamento interno dell’occhio umano, in particolare in termini di come la luce passi nell’occhio, si pieghi e poi si converta in impulsi elettrici che forniscono informazioni al cervello. “La fisica dell’udito è in realtà piuttosto poco compresa rispetto alla visione,” dice Matcha. “C’è molta biochimica nella visione che è complicata, e non la comprendiamo bene, ma la parte fisica è ben compresa.”
La Fisica dell’Udito
Quando si tratta della fisica dell’udito, i ricercatori sanno che quando il suono raggiunge la coclea, viene convertito in segnali elettrici. I peli uditivi nella coclea trasmettono i segnali e comunicano al cervello ciò che l’orecchio sta sentendo. Per i suoni forti del traffico, come qualcuno che suona il clacson perché l’auto davanti non si è accorta che il semaforo non diventerà più verde, i peli sono costretti a piegarsi in risposta, e i segnali elettrici vengono inviati al cervello. Ma come fa l’orecchio interno a sintonizzarsi sui suoni più deboli? Come fa la coclea a captare quei suoni appena percettibili e fornire informazioni al cervello? Matcha e il suo team di ricerca hanno visto questo come una questione di fisica. “La fisica è utile per comprendere l’udito a livello di base perché la coclea ha un modo di separare il suono in diversi tipi di frequenze, e questo è legato a molti concetti in fisica,” dice Isabella Graf, ricercatrice principale presso il Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare a Heidelberg, Germania, e ex ricercatrice post-dottorato all’Università di Yale.
Sulla Bassa Frequenza
In uno studio del 2025 pubblicato su PRX Life, il team di ricerca ha preso un modello matematico e lo ha applicato a una rappresentazione della coclea. Sebbene il modello matematico esistesse già, questa applicazione innovativa ha permesso al team di ricerca di scoprire una complessità più profonda all’interno della coclea. Il team voleva apprendere dallo studio come l’orecchio possa rilevare suoni deboli, appena percettibili. Ma i loro risultati li hanno portati in una direzione sorprendente quando hanno scoperto la possibilità di un insieme di modalità meccaniche a bassa frequenza nella membrana basilare della coclea. Questi “insiemi estesi di modalità” si muovono insieme in risposta al suono. Mentre il primo insieme, le modalità “localizzate”, è in grado di disaccoppiarsi e muoversi indipendentemente, il secondo insieme lavora collettivamente. I risultati hanno sorpreso il team, principalmente perché si erano proposti di applicare un principio precedentemente utilizzato all’intera coclea. E quando hanno scoperto la possibilità di modalità meccaniche a bassa frequenza nella membrana basilare, sono rimasti sorpresi che non fosse stato precedentemente identificato. “In un certo senso, questa è stata una scoperta sorprendente nel senso che avevamo cercato di capire qualcos’altro,” dice Graf. “Le persone hanno esaminato vari modelli dell’orecchio, perché non hanno già visto questi altri tipi di modalità?”
La possibilità di modalità meccaniche a bassa frequenza è destinata ad applicarsi a persone con udito standard. Alcune persone con perdita uditiva potrebbero non essere in grado di sentire suoni deboli a bassa frequenza come un motore di un’auto al minimo. Il team di ricerca spera che le loro scoperte contribuiscano a una crescente comprensione di come l’orecchio elabori i suoni a bassa frequenza e che tale lavoro possa aiutare i futuri ricercatori a comprendere meglio perché alcune persone non riescano a sentire bene a diverse frequenze. “Questa è ricerca scientifica di base, e ci aiuta a comprendere meglio come funziona un orecchio sano. Questo è utile per capire come aiutare l’impairment,” dice Asheesh Momi, il primo autore dello studio e studente di dottorato nel Dipartimento di Fisica all’Università di Yale.