İşitme hayvanlar arasında önemli bir duyu yeteneğidir. Birçok tür için çevredeki sesler, avcıları, avları ve kendi türdeşleri hakkında önemli bilgiler sağlar. Bu nedenle onları saptamak için çeşitli stratejiler geliştirmişlerdir. Bir cisim titreştirildiği zaman ortamdaki (genellikle hava) partiküllerde hareket başlatarak ses meydana getirilir. Böylece yüksek ve alçak basınçlı birbirini izleyen bantlar meydana gelir. Saniyedeki titreşim sayısı, sesin frekansıdır ve hertz (Hz) olarak verilir. Basit olarak saniyedeki bir döngü demektir. Böceklerin çoğu, hava sayesinde ileriye ve geriye doğru hareket ettirilen uzun kıllara sahiptir. Bu kıllar dar bir alan içerisindeki titreşimlere, türün diğer üyeleri tarafından çıkarılan tipik frekanslara en iyi şekilde yanıt verebilmesi için, diyapozon gibi kuvvetli rezonansa sahiptirler. Diğer taraftan omurgalı birçok hayvan, ses dalgaları ile ilişkili olan basınç değişikliklerine duyarlıdır. Biz, basınca duyarlı organ olarak sadece insan kulağını ayrıntılı olarak tartışacağız.
İnsan Kulağının Yapısı
İnsan kulağı, diş kulak, orta kulak ve iç kulak olmak üzere üç kısma ayrılır. Dış kulak, kulak kepçesi ya da pinna ve işitme kanalından meydana gelmiştir. İşitme kanalının iç kısmındaki ucunda, kulak zarı olarak bilinen timpanic zar yer alır.
Timpanik zarın diğer tarafında orta kulak odacığı yer alır. Bu odacık içerisindeki hava, normal olarak, dışardaki atmosferle aynı basınca sahiptir. Bir ses dalgasının yüksek basınçlı kısmı, kulağa girdiğinde, bu basınç kulak zarını hafifçe orta kulağa doğru iter; ses dalgasının düşük basınçlı kısmı kulağa girdiğinde, orta kulaktaki daha yüksek basınçlı hava kulak zarını dış kulağa doğru iter. Sonuç olarak, kulak zarı bu basınç değiştirme modelini özenle çoğaltarak titreşir ve bu titreşimleri mekanik harekete dönüştürür.
Orta kulak, östaki borusu (Eustachian tüpü) ile yutağa bağlanır. Östaki borusu biz yutkunurken ya da esnerken açılarak orta kulaktaki basıncın dışarıdaki basınçla eşit hale gelmesini sağlar. Dış hava basıncı, barometre yükseldiğinde ya da düzeyi düştüğünde ve bulunduğumuz yükselti değiştiği zaman, önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle periyodik olarak basınç eşitlenmesinin yapılması gereklidir. Aşırı derecede soğuk algınlığına yakalandığımızda, bu süre içerisinde östaki borusunun mukus ile tıkanması basınç değişikliklerini ayarlama yeteneğimizi ortadan kaldırabilir.
Birbiriyle bağlantılı üç kemik, malleus, incus ve stapes (genellikle çekiç, örs ve üzengi olarak bilinirler), orta kulak odacığı içerisinde, dış kulak zarından oval pencere olarak bilinen zara uzanırlar. Bu kemikler, kulak zarının aldığı ses dalgalarını kuvvetlendirirler. Yuvarlak pencere olarak bilinen bir diğer zar, oval pencerenin hemen altında yer alır.
Oval ve yuvarlak pencerelerin iç tarafında, birbiriyle bağlantılı içi sıvı dolu odacıklar ve kanalların oluşturduğu karmaşık bir labirentten ibaret olan iç kulak yer alır. Odacık ve kanalların üstte yer alan grubu, denge duyusu ile ilgilidir. İç kulağın üstteki odacıklarının bağlı olduğu alt kısmı ise, salyangoz kabuğu şeklinde kıvrılmış uzun bir dipten meydana gelmiştir. Bu tüp, işitme organı olan kohleadır (Latince de “salyangoz kabuğu” demektir). Kohleanın iç kısmında üç tane kanal vardır: oval pencereden başlayan vestibular kanal, yuvarlak pencereden başlayarak vestibular kanal ile bağlantı kuran timpanik kanal ve diğer ikisi arasında uzanan kohlear kanal. Bu üç kanalın hepsi de sıvı ile doludur.
Kohleanın duyusal kısmına Corti organı adı verilir. Corti organı, kohlear kanalın alt sınırını meydana getiren basilar zardan çıkarak kohlear kanal içerisine doğru çıkıntı oluşturur. Corti organı, uçlarında duyu kılı demetleri taşıyan sıralar halinde dizilmiş özelleşmiş almaç hücrelerinin yer aldığı epitel tabakasından meydana gelmiştir. Duyu nöronlarının dendritleri, kıllı hücrelerin yüzeyinde sonlanır. Kıllı hücrelerin üzerinde jelatinimsi bir yapı olan tectorial zar asılı durur ve kıllar bu zar içerisine uzanırlar.
Basilar zarın titreştirilmesi duyu kıllarının, daha az hareketli olan tektoriyal zara doğru aşağı-yukarı hareket etmesine ve kılların biçiminin bozulmasına neden olur. Bu hareket fiziksel olarak kıl hücrelerindeki kanalları açar ve böylece bir miktar depolarizasyon yaratır. Kıl hücrelerinde ki kıllar tekrar gelişemeyeceklerinden ve yüksek sesle uzun süre maruz kalındığında zar şiddetle hareket ederek bu kıllar döküleceğinden, kalıcı sağırlıklar ortaya çıkabilir.
Kulak Nasıl Çalışır?
Şimdi, kulak tarafından ses dalgalarının alınmasındaki basamakları izleyebiliriz. Havadaki titreşimler, dış kulağın işitme kanalına geçer ve kulak zarının titreştirilmesine neden olur. Bu titreşimler orta kulak kemikleri zinciri sayesinde orta kulak boşluğundan oval pencereye aktarılır. Bu kemiklerin kaldıraç gibi düzenlenmiş olmaları ve oval pencerenin oransal olarak küçük yüzey alanına sahip olması (kulak zarının yaklaşık olarak 1/30’u kadar) aktarılan titreşimlerin gücünü artırır. Sonuç, çok hafif sesleri (belirsiz) saptamak için sistemin kapasitesinde çok büyük bir artışın ortaya çıkmasıdır.
Oval pencerenin hareketleri, kohlea kanallarını n içerisindeki sıvının hareketiyle sonuçlanır. Orta kulak kemikleri tarafından içeriye doğru yapılan itme, vestibular kanal içerisindeki sıvının birazının timpanik kanal içerisine gönderilmesine neden olur ve bu da yuvarlak penceresinin dışa doğru itilmesine yol açar. Bu süreç, her defasında orta kulak kemiklerini oval pencereden geri çekerek tersine çalışır. Kohlear sıvının bu hareketleri, dış kulağa giren titreşimlerle tamı tamına aynı frekanstadır. Kohleanın sıvısındaki basınç dalgaları, bazilar zarın aşağı-yukarı hareket etmesine ve kıl hücre demetlerinin tektoriyal zara sürtünmesine neden olur. Böylece uyarılan kıl hücreleri, beynin işitme merkezine impuls taşıyan duyu nöronlarını aktiviteye sevk eder.
Bazilar zar ve onun kıl hücre demetleri ayarlama yaptığından, biz, bir sesteki yükselip alçalmayı (ses dalgalarının frekansı ) ayırt edebiliriz. Örneğin, bazilar zar, oval pencereden uzaklaştıkça düzenli olarak genişler ve kalınlaşır. Zarın farklı kısımları, farklı frekanstaki ses dalgaları tarafından maksimum olarak hareket ettirilmek suretiyle uyarılır. Bir keman ve bir gitar çalındığında düşük frekanlı titreşimler ortaya çıkarır ve bu düşük frekanslı titreşimler bazilar zarın daha çok kalın kısımlarını uyarır ve bu durum bizde düşük perdeden bir sesin algılanmasını doğurur. Benzer şekilde, yüksek frekanslı titreşimler olduğunda zarın daha ince kısımları titreşir ve bizde yüksek perdeden bir sesin algılanmasına yol açar. (Çok düşük frekanslarda -bir kaç yüz hertz ve daha altı- kıl hücrelerinin harekete geçirilmesi doğrudan titreşimlerle gerçekleşir). Zarın bu şekilde geniş rezonans özelliği göstermesi, kıl hücrelerinin bizzat kendileri tarafından kuvvetlendirilir. Kıllar, zarın daha kalın uç kısmına doğru gittikçe daha kısa ve daha serttirler; bu durum, bu kısma düşük rezonans özelliği kazandırır. Kıl hücrelerindeki zar kanallarının açılıp kapanma hızı kalın uca doğru düşer ve uygun bir elektriksel rezonans meydana getirir. Buna ek olarak, kıl hücreleri, beyinden gelen geri bildirim (feedback) mekanizmasını temel alarak, kendi biçimlerini (ve böylece duyarlılıklarını ve akortlarını) değiştirebilirler. Böylece gereksinme duyulduğunda belirli bir ses, seçici olarak kuvvetlendirilir ya da zayıflandırılır. Bu birçok rezonans gradiyenti ve aktif olarak yapılan ölçümler, birbiriyle etkileşerek kulağın akott yapma kapasitesini maksimum hale getirir.
Denge ve Hız Duyuları
İç kulağın labirentinin üst kısmı, üç adet yarım daire kanalı ve bunları kohleaya bağlayan geniş bir vestibülden oluşmuştur. Vestibülün iç kısmında utriculus (tulumcuk) ve sacculus (kesecik) adı verilen ve birbirine göre dik açıyla konumlanmış iki odacık vardır. Herbiri, otolith (denge taşı) adı verilen kalsiyum karbonat kristallerini dıştan saran jelatinimsi bir tabaka içerisinde gömülü olarak duran, kıl hücrelerini içerirler. Başın konumundaki herhangi bir değişiklik otolitlerin bazı kıllar üzerine diğerlerine oranla daha fazla baskı yapmasına neden olur. Bu baskının nispi gücü, yer çekimine göre başın konumunu beyinciğe bildirir. Benzer duyu organları, omurgasızlarda da bulunur.
Örneğin, kerevitler ve istakozlar statolith, adı verilen denge organlarına sahiptirler; bu organlar duyu kıl hücrelerinin oluşturduğu bir yatak üzerinde duran bir kum tanesinden meydana gelmiştir. Bu hayvanlar deri değiştirdikleri zaman statolitlerin astarını ve onunla birlikte kum tanelerini kaybederler; fakat deri değiştirme işlemi tamamlandığında hayvan normal olarak yeni kum tanelerini bünyesine alır.
Eğer bir istakoz kum yerine demir tozu içeren bir tank içinde tutulacak olursa, deri değişiminden sonra istakoz kum taneciklerini demir tozları ile değiştirecektir. Daha sonra eğer, istakozun yanına güçlü bir mıknatıs koyacak olursak, hayvanın demir otolitleri, mıknatısa doğru çekilecek ve sanki mıknatıs yer çekimiymiş gibi, hayvan mıknatısa doğru yönelecektir. Mıknatıs hayvanın yukarısına konduğunda, yönünü şaşıran hayvan sırt üstü yüzmeye başlayacaktır.
Omurgalılarda, yarım daire kanallarının dizaynı, hareketin yönünde ya da hızındaki bir değişikliğin algılanmasını olası kılar. Üç boyutlu bir hattın eksenleri gibi, bu üç kanalın her biri diğer ikisi ile dik açı yapacak şekilde konumlanmıştır. Her bir kanalın kaidesinde, bir demet duyu kıl hücresi içeren küçük bir odacık vardır. Baş hareket ettirildiğinde ya da herhangi bir yöne döndürüldüğünde, bu kanalların içerisindeki sıvı, ataletinden ve vizkozitesinden dolayı yavaş hareket ederek geride kalır. Bu durum, beyinciğe sinyal gönderen kıl hücreleri üzerindeki baskının artmasına neden olur. Bu üç kanalın her birinden gelen farklı miktarlardaki uyarıları alarak yorumladıktan sonra beyin, hızın yönünü ve miktarını büyük bir doğrulukta saptayabilir. Bununla birlikte kanallar, çok mükemmel duyu organları değildir. Eğer baş, uzun bir süre döndürüldükten sonra aniden durdurulacak olursa, kanalların içerisindeki sıvı bir süre dolaşmaya devam edecektir. Sonuç, bir süre döndükten sonra sandalyeye oturduğumuz halde bizde başımızın dönmesi hissinin devam ediyor olmasıdır.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç