耳のしくみ

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耳のしくみについて簡単に一般向けを意識してまとめました。
自分が勉強した分にもとづいてまとめているので、
もし間違いがあればご指摘おねがいします。

Contents

  1. 耳の構成
  2. 外耳
  3. 中耳
  4. 内耳
  5. まとめ

1. 耳の構成

耳といえば、Fig. 1のようなイメージ(画像はいらすとやさんから拝借)
を浮かべる方が多いのではないでしょうか。

Fig. 1 よくある耳のイメージ

耳は外耳中耳内耳3つのパートから構成されていて(Fig. 2)、
外に出ているこのパーツは耳殻という外耳の一部分にすぎないのです。

Fig. 2 耳を構成する3つのパート

(画像を自分で作りましたが、若干サイズ感とかおかしいので
正しい絵は適宜ネットで画像検索するといいと思います…)

外耳は外にでている耳殻から中耳との境になる鼓膜まで、
中耳は鼓膜から蝸牛管の入り口まで、
内耳は蝸牛管から脳に至る神経の手前までという形になっています。

2. 外耳

外耳は外に出ている耳殻(じかく)もしくは耳介(じかい)と呼ばれる
部分と、耳の穴である外耳道(がいじどう)からなります(Fig. 3)。

Fig. 3 外耳の構成

耳殻には集音する機能や、特定の周波数を強調したり、
音の方向知覚に影響を与えたりしていると言われています。

外耳道は鼓膜につながる道になっています。
鼓膜を閉端とする筒状になるため、共鳴現象が発生します。
共鳴周波数はおよそ3kHz~4kHzと言われています。

Fig. 4 外耳道における共鳴

つまり、私達が普段聴いている音は、実際に鳴っている音の
3kHz~4kHzくらいの高さが強調されたものを聴いていることとなります。

3. 中耳

中耳(Fig. 5)には人体の中で最も小さい骨である耳小骨があります。
耳小骨はつち骨、きぬた骨、あぶみ骨という3つの骨から成り立っています。

Fig. 5 中耳の構成

耳小骨は外耳と接している鼓膜と内耳と接する前庭窓につながっています。
鼓膜は空気によって振動しますが、内耳の中は液体で満たされています。

ここで突然ですがプールや浴槽など、水の中に潜ったときのことを
思い出してみてください。
水に潜ったときに外の音ってよく聞こえないですよね。
インピーダンスという物理的な特性が異なるため、
空気から液体へは音は伝わりにくいのです。

本来であれば空気から液体に、つまり外耳から内耳には音が伝わりにくい所を、
耳小骨はてこのように音のエネルギを効率よく伝えることができます。

4. 内耳

「耳の奥にはカタツムリみたいなのがある」ということをご存知の方も
多くいらっしゃることと思いますが、そのカタツムリみたいなのが内耳です。

ちなみに個人的に一番複雑で、面白い部分だと思います。

Fig. 6 内耳の構造

内耳は主に3つのパートからなっています。(Fig. 6)

前庭は中耳と接する前庭窓のある部分で半規管、蝸牛管の中間にあります。
輪のような半規管は3つついており、まとめて三半規管と呼びます。
そしてカタツムリの殻のようにぐるりとなっている部分が蝸牛管です。

内耳には以下のように2つの重要な役割があります。

  • 体の向きや動いている方向を察知すること(平衡感覚)
  • 入ってきた音を分析すること(聴覚)

前庭と半規管は主に前者、蝸牛管は後者の機能を担っています。

蝸牛管は中に仕切りのあるチューブ(袋?)が、
3回満たないくらいねじ巻いたような形をしています。 (Fig. 7)
ちなみに長さは引き伸ばした状態で3.5 [cm]ほどだと言われています。

Fig. 7 仕切りのあるチューブが渦巻いたもののイメージ

中にある仕切りの膜に振動を感じ取るスイッチ(受容細胞)が並んでいて、
中耳側(太い方)では高い音、先端側では低い音に反応します。


ここから飛ばしても問題ない細かい話
(私ではうまく簡略に説明できない…)

Fig. 8 簡略的に表した 蝸牛管の断面

前庭階は前庭窓(卵円窓)とつながっており、
鼓室階は蝸牛窓という内耳についている窓につながっています。
中耳から来た振動は前庭階から鼓室階に伝わります(Fig. 8 青い矢印)。

周波数が高い音は基部(中耳に近い方)で振幅が大きくなり、
低い音は先端で振幅が大きくなるようになっているそうです。

内有毛細胞は折れ曲がると口が開くような構造になっています。
基底膜に載っている蓋膜が音によって振動されると、
それに合わせて口が開きます。
口が開くと中心階に満たされている液体と反応して、
「音が来たぞ!」という電気信号が発せられます(発火)。

外有毛細胞は神経を通じて信号を伝達することはほとんどない代わりに、
蓋膜の揺れを感じ取って、その揺れを大きくします。
(個人的にアンプみたいなものだと思っています。)

どちらの有毛細胞もきれいに並んでいるらしく、内有毛細胞は1列
外有毛細胞は3列になっているとか。

細かい話ここまで


5. まとめ

  • 耳は外耳、中耳、内耳の3つのパーツからできている
  • 外耳は集音担当
  • 中耳は音の増幅担当
  • 内耳は音の分析担当+α

…といった具合でしょうか。

イヤホンやヘッドホンを使って大音量で聴いていると、
外有毛細胞が死んで不可逆的に難聴になるので大切にしましょう。

参考になるもの

平原先生の「 音を聴く聴覚の仕組み 」
日本音響学会誌の解説記事
J-stage リンク

看護系向け情報サイト 看護rooの「視覚と聴覚・平衡覚のしくみ」
図6, 7が綺麗なので見てほしい。僕の拙い図とか参考にしないほうがいいかも
看護roo内ページ リンク

Brandon Pletsch氏の動画「Auditory Transduction」
英語だけど動画見るだけでなんとなくわかるのでおすすめ
YouTube リンク


起雲閣

熱海にある文化財

数ある金持ちが所有したり、増改築したり、
宿にされて、現在では観光施設になっている。

鉄道王と言われた根津嘉一郎氏とかなり縁がある建築物。

かつての金持ちの贅の尽くし方というのが、
品や知性を伴うものだったと切に感じられました。

熱海市観光協会公式サイト「起雲閣」

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