Video: Audición

La audición es un sentido sumamente complejo e intrincado que nos permite percibir, interpretar y responder a los sonidos de nuestro entorno. Este proceso transforma ondas sonoras, que son esencialmente vibraciones en el aire, en señales eléctricas que nuestro cerebro puede comprender. Desde la captación de las ondas sonoras por el oído externo, hasta el avanzado procesamiento neuronal en la corteza cerebral, nuestro sistema auditivo realiza una gran proeza de ingeniería biológica que nos permite comunicarnos, disfrutar la música y estar atentos al ambiente que nos rodea.

Hoy estudiaremos el viaje del sonido a través del oído hacia el encéfalo, mientras aprendemos sobre la fisiología de la audición.

La conducción del sonido es el proceso mediante el cual las ondas sonoras se desplazan desde el oído externo hasta el encéfalo en forma de señales eléctricas. Comienza cuando estas ondas son captadas por el oído externo y canalizadas a través del conducto auditivo externo, el cual conduce a la membrana timpánica o tímpano.

La membrana timpánica vibra según la frecuencia e intensidad de las ondas sonoras entrantes, lo que representa tanto el tono como la intensidad. Estas vibraciones se transmiten a través de la cadena osicular del oído medio. La cadena consta de tres huesecillos: el martillo, el yunque y el estribo, que vibran uno tras otro. Por último, la base del estribo presiona la ventana oval, una membrana que transfiere estas vibraciones a la cóclea que se encuentra llena de líquido.

Uno de los principales desafíos en la conducción del sonido es el paso de las ondas sonoras, que viajan por el aire en los oídos externo y medio, a las vibraciones en el líquido de la cóclea en el oído interno. Para garantizar una transmisión sonora eficiente, este proceso incluye el llamado ajuste o adaptación de impedancias.
Pero, ¿qué significa adaptación de impedancias?

El aire y el líquido tienen densidades diferentes. Las ondas sonoras transmitidas por el aire tienen una impedancia menor que las vibraciones en el líquido de la cóclea. Este contraste crea un desajuste que dificulta la transmisión del sonido. Sin una amplificación adecuada, gran parte de la energía sonora se disiparía al pasar del aire al líquido.

Para evitar esto, los huesecillos del oído medio desempeñan una función esencial conocida como adaptación de impedancias. Funcionan como un sistema de palanca que aumenta la fuerza de las vibraciones sonoras mientras reduce su amplitud. Este mecanismo amplifica la intensidad del sonido aproximadamente 20 veces, lo que permite que la energía sonora se transmita eficazmente al líquido de la cóclea, que es mucho más denso que el aire.

Los huesecillos conducen las vibraciones desde la membrana timpánica más grande, hasta la ventana oval más pequeña. Esta diferencia de tamaño intensifica la presión, lo que contribuye a una transferencia más eficiente de la energía sonora del aire al líquido coclear. Por lo tanto, estos dos procesos mecánicos garantizan que incluso los sonidos suaves puedan ser conducidos eficazmente al oído interno.

A medida que el estribo presiona la ventana oval para crear ondas en el líquido coclear, la ventana redonda o coclear, que es una membrana secundaria ubicada en la base de la cóclea, compensa los cambios de presión. Esta se desplaza hacia afuera cuando la ventana oval es presionada hacia adentro, permitiendo que el líquido fluya libremente dentro de las cámaras cocleares. Este movimiento es esencial para transmitir vibraciones a través de la cóclea sin generar una acumulación de presión, lo que garantiza que las ondas del líquido transmitan representaciones precisas del sonido original.

El oído medio no solo amplifica las ondas sonoras, sino que también contiene músculos especializados que lo protegen de posibles daños causados ​​por sonidos fuertes. Dos músculos cruciales del oído medio, el tensor del tímpano y el estapedio, trabajan para amortiguar las vibraciones excesivas, evitando la sobreestimulación de las delicadas estructuras de la cóclea. Este mecanismo de protección se conoce como reflejo de atenuación.

El tensor del tímpano es un pequeño músculo unido al martillo, el primer huesecillo de la cadena osicular. Este reduce las vibraciones de la membrana timpánica causadas por sonidos fuertes al aumentar la tensión en el tímpano, especialmente ante ruidos de baja frecuencia como truenos o maquinaria. También se activa al masticar o hablar para evitar que los sonidos autogenerados enmascaren los externos.

El estapedio, el músculo esquelético más pequeño del cuerpo humano, mide aproximadamente 1 milímetro de longitud y se inserta en el estribo, que es el último huesecillo. Reduce el movimiento de este contra la ventana oval, amortiguando sonidos de alta frecuencia como gritos o aplausos. Su contracción, parte del reflejo de atenuación, protege el oído interno de ruidos fuertes y prolongados, pero no puede proteger contra sonidos muy repentinos como los fuegos artificiales.

Juntos, el tensor del tímpano y el estapedio regulan la transmisión del sonido, equilibrando la sensibilidad a los sonidos más suaves con la protección contra el ruido excesivo, aunque sus reflejos tienen limitaciones frente a sonidos rápidos e intensos.

El oído interno, específicamente la cóclea, realiza la función crucial de convertir la energía sonora mecánica en señales eléctricas que el encéfalo puede interpretar. Este proceso se denomina transducción del sonido.

La cóclea es un órgano en forma de caracol y lleno de líquido, que contiene tres cámaras: la rampa vestibular, el conducto coclear o rampa media y la rampa timpánica. Dentro de estas cámaras se encuentra la membrana basilar del conducto coclear, donde se ubica el órgano espiral, también conocido como órgano de Corti, que alberga miles de células ciliadas especializadas.

Las ondas generadas en el líquido coclear hacen vibrar la membrana basilar, estimulando las células ciliadas ubicadas a lo largo de ella. Esto inicia una reacción en cadena que finalmente convierte estas vibraciones en señales neuronales, que viajan al encéfalo a través del nervio coclear.

A continuación, revisaremos la estructura de las células ciliadas.

Las células ciliadas son células especializadas que constituyen el componente principal de la audición. Cada célula ciliada posee un haz de estereocilios, que son estructuras diminutas similares a pelos que se curvan en respuesta a las ondas sonoras. Los estereocilios de las células ciliadas son cruciales para su función como mecanorreceptores. Están organizados en filas de altura creciente, formando un patrón escalonado, y están conectados por proteínas muy pequeñas con forma de resorte llamadas puentes apicales.

La endolinfa que rodea la célula ciliada presenta una mayor concentración de iones de potasio. Cuando los estereocilios se curvan hacia la fila más alta, los puentes apicales se estiran y abren canales de iones potasio en la superficie celular, el cual entra en la célula y la despolariza. Cuando se curvan en sentido contrario, los puentes apicales se comprimen, los canales se cierran y la célula se hiperpolariza.

Existen dos tipos de células ciliadas en la cóclea: las internas y las externas. Dentro de la cóclea, las células ciliadas internas se extienden hacia la endolinfa y se disponen en una sola fila a lo largo de la membrana basilar. Las células ciliadas externas, por su parte, se disponen en tres filas ordenadas, con sus estereocilios proyectados hacia la membrana tectoria que se encuentra por encima.

Cuando el estribo se mueve, empuja hacia adentro o hacia afuera la ventana oval, creando ondas de presión que viajan a través de la rampa vestibular y la rampa timpánica. Estas ondas provocan el movimiento de la membrana basilar, el cual crea una fuerza de cizallamiento entre las células ciliadas externas y la membrana tectoria, doblando los estereocilios. Mientras tanto, el flujo de endolinfa dobla los estereocilios de las células ciliadas internas.

Entonces, ¿qué hacen realmente estas células ciliadas?

Las células ciliadas externas funcionan como amplificadores. Se contraen físicamente cuando están despolarizadas y se expanden cuando están hiperpolarizadas. Esta capacidad única, llamada electromotilidad, potencia el movimiento de la membrana basilar, lo que hace que la cóclea sea más sensible a los sonidos suaves y más apta para distinguir las diferencias sutiles de tono, cruciales para comprender el habla o disfrutar de la música.

Las células ciliadas internas son los verdaderos mensajeros. Son los principales receptores sensoriales y se comunican directamente con el encéfalo. Cuando están despolarizadas liberan más neurotransmisores, y cuando están hiperpolarizadas liberan menos. Estas señales desencadenan potenciales de acción en las neuronas cocleares aferentes, que a su vez transportan la información sonora al encéfalo.

Alrededor de todo esto se encuentran las células de soporte, que ayudan a mantener todo en su lugar y a conservar el delicado entorno iónico que las células ciliadas necesitan para funcionar correctamente. Aquí tenemos un giro interesante: en animales como las aves o los peces, estas células de soporte pueden regenerar las células ciliadas perdidas. Pero en los mamíferos, incluyéndonos a nosotros, esa capacidad se pierde. Por eso, el daño a estas células ciliadas a menudo resulta en la pérdida auditiva permanente.

¡Pero hay buenas noticias! Los investigadores están estudiando activamente maneras de estimular la regeneración de las células ciliadas en humanos. Es un campo apasionante que podría conducir a tratamientos innovadores para la pérdida auditiva en el futuro.

La frecuencia sonora, o tono, es un elemento clave del sonido que nos ayuda a distinguir entre tonos agudos y graves. La frecuencia, medida en Hertz, se refiere al número de ciclos de ondas sonoras por segundo. Los humanos podemos oír frecuencias que van desde los 20 Hertz, percibidos como sonidos graves y profundos como un estruendo, hasta los 20, 000 Hertz, que reconocemos como sonidos agudos como el canto de un pájaro. Este rango abarca una enorme variedad de sonidos, desde notas musicales y habla, hasta ruidos ambientales y alarmas.

Si bien el rango auditivo humano es impresionante, nuestros oídos son particularmente sensibles a frecuencias entre 1,000 y 3,000 Hertz. Este rango incluye las frecuencias primarias del habla humana, cruciales para la comunicación. La sensibilidad en este rango nos permite detectar matices sutiles en las palabras habladas, lo que nos ayuda a diferenciar sonidos similares y a reconocer tonos emocionales en las voces.

La organización tonotópica de la cóclea separa estas frecuencias a lo largo de la membrana basilar, donde diferentes frecuencias estimulan distintas regiones. Las frecuencias altas hacen vibrar la base de la membrana basilar, mientras que las frecuencias bajas estimulan las zonas cercanas al vértice. Las células ciliadas internas detectan estas frecuencias específicas y envían señales precisas al encéfalo.

Además de la frecuencia, el oído también es capaz de detectar una amplia gama de niveles de volumen o intensidad sonora, medidos en decibelios. El volumen corresponde a la amplitud de las ondas sonoras y determina la intensidad o suavidad del sonido. La escala de decibelios es logarítmica, lo que significa que un aumento de 10 decibelios representa un aumento de diez veces en la intensidad.

En el extremo inferior de la escala, un susurro mide alrededor de 30 decibelios, mientras que una conversación normal ronda los 60 decibelios. Los sonidos superiores a 85 decibelios, como el tráfico denso o la maquinaria ruidosa, pueden dañar las delicadas estructuras del oído interno si la exposición es prolongada. A 120 decibelios, que es la intensidad de un concierto de rock o un motor, los sonidos se vuelven dolorosos y la protección auditiva inmediata es esencial para prevenir una pérdida auditiva irreversible. Los sonidos superiores a 140 decibelios, como los fuegos artificiales, pueden causar daños inmediatos.

Una vez que las vibraciones del sonido se convierten en señales eléctricas, viajan a lo largo del nervio coclear hasta el tronco encefálico, ingresando a un complejo sistema de relevo conocido como la vía auditiva.

Primero, las señales llegan al grupo denominado núcleos auditivos, que inicialmente corresponden a los núcleos cocleares ipsilaterales, donde se procesan características sonoras básicas como el tono y la intensidad. A continuación, las señales pasan a los núcleos olivares superiores ipsilateral y contralateral, que comparan la sincronización y la intensidad de los sonidos que llegan a cada oído. Esto permite la localización del sonido, ayudando a determinar con precisión su dirección.

Las señales viajan luego a través del lemnisco lateral, refinando el ritmo y la intensidad, antes de llegar al colículo inferior, que integra la información sensorial y coordina las respuestas reflejas a los sonidos repentinos. Desde aquí, las señales pasan al cuerpo geniculado medial en el tálamo, que es una estación de relevo crucial donde la información auditiva se refina y organiza aún más.

El cuerpo geniculado medial procesa características del sonido como el tono, el ritmo y la intensidad, y transmite estas señales a través de la radiación auditiva, que es un haz de fibras neuronales, hacia la corteza auditiva primaria en el lóbulo temporal, ubicada en las áreas de Brodmann 41 y 42. Esta región se especializa en procesar información auditiva compleja que proviene de ambos oídos, como el reconocimiento de patrones de habla, tonos musicales y sonidos ambientales, lo que nos ayuda a interpretar y responder al mundo auditivo que nos rodea.

Demos ahora un breve vistazo a la corteza auditiva. 

En la corteza auditiva, la información sonora se procesa e interpreta por completo. La corteza está organizada tonotópicamente imitando el mapeo de frecuencias de la cóclea, lo que permite al encéfalo separar los sonidos por tono. Las áreas especializadas de la corteza gestionan diferentes aspectos del sonido, como el lenguaje en el hemisferio izquierdo y la calidad del tono en el derecho.

Las fibras de la corteza auditiva se proyectan a regiones como el hipocampo y el cuerpo amigdalino, conectando sonidos con recuerdos y emociones, permitiendo asociar sonidos específicos con experiencias y reaccionar instintivamente a sonidos familiares.

La capacidad de nuestro cerebro para concentrarse en sonidos específicos en entornos ruidosos, conocida como el efecto de fiesta de cóctel, demuestra su capacidad para filtrar y priorizar la información auditiva. Este extraordinario procesamiento nos permite disfrutar de la música, reconocer voces y responder a las advertencias. La audición es, por lo tanto, un proceso altamente cognitivo moldeado por el aprendizaje, la memoria y la emoción, que transforma las ondas sonoras simples en una rica experiencia auditiva que influye en nuestra interacción con el mundo.

Y con esto termina nuestro tutorial de hoy. Para repasar el contenido, consulta nuestro cuestionario y otros materiales de aprendizaje en nuestra unidad de estudio sobre este tema.

¡Hasta la próxima y feliz estudio!