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L’orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal condotto uditivo esterno, un sottile “tubo” che termina in una membrana detta timpano. Le funzioni del padiglione auricolare sono di

• raccogliere una porzione significativa delle onde acustiche (proporzionale all’area del padiglione) e di convogliarle, tramite il condotto uditivo alla membrana timpanica;

• determinare tramite un raffinato sistema basato sulla presenza di due, e non uno, padiglioni auricolari di localizzare la sorgente sonora;

• di protezione della membrana timpanica da lesioni meccaniche ed il mantenimento di tale delicata membrana a condizioni di temperatura ed umidità costanti, in modo da preservarne le preziose caratteristiche elastiche.

Il condotto uditivo esterno ha un diametro di 7,5 mm e una lunghezza di 22-25 mm non sembra avere altra funzione che non sia quella di convogliare l’onda sonora verso la membrana timpanica. In realtà la lunghezza di tale condotto gioca un ruolo decisivo nel determinare la regione, in frequenza, di massima sensibilità uditiva. Con un rapido calcolo è facile mostrare che se si tratta il condotto come un tubo con una estremità aperta esso entra in risonanza alla frequenza di circa 2700 Hz (anche se poi, per la concomitanza di altri processi, la regione di massima sensibilità uditiva si colloca attorno ai 3800 Hz).

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È costituito dalla membrana timpanica, da una struttura formata da tre ossicini (martello, incudine, staffa), da una seconda membrana che costituisce la finestra ovale, porta di accesso all’orecchio interno.

• Il timpano è una sottilissima membrana, tenuta in tensione dal muscolo timpanico, e capace di entrare in vibrazione, se investita dall’onda sonora convogliata dall’esterno tramite il condotto uditivo. Grazie alle proprietà di elasticità di tale membrana e ad un meccanismo di amplificazione, la sensibilità del timpano (o meglio la capacità che l’intero apparato denominato orecchio, ha di convertire un’onda di pressione in un impulso nervoso capace di generare la sensazione) è straordinaria:

  • è sufficiente un livello di pressione pari 0,2 miliardesimi della pressione atmosferica per attivare la sensazione sonora;

  • a questi livelli di pressione lo spostamento della membrana timpanica è dell'ordine di 10^-9 cm (un decimo circa del raggio dell'atomo di idrogeno).

La catena degli ossicini: martello, incudine, staffa

• La catena degli ossicini ha lo scopo di trasferire la vibrazione della membrana timpanica alla finestra ovale determinando al tempo stesso quel processo di amplificazione della vibrazione timpanica. Il martello è, con un’estremità, a diretto contatto con il timpano; esso è poi “incernierato” all’altra estremità all’incudine, la quale, a sua volta, spinge la staffa contro la membrana della finestra ovale. È bene precisare che

  • il processo di amplificazione non è ottenuto con il principio della leva dato che il “braccio” delle forze agenti sul martello e sull’incudine è all’incirca lo stesso ,(si pensi al bambino che invece riesce ad equilibrare sul “pinco-panco” sedendosi più lontano dal fulcro, con la sua minor forza perso, il peso del padre); il sistema degli ossicini trasferisce praticamente inalterata (il guadagno è circa di un fattore 1.3) la forza che il timpano esercita sul martello, alla finestra ovale.

  • il processo di amplificazione viene invece ottenuto applicando tale forza sulla finestra ovale la cui area (circa 3.2 mm² ) è circa di un fattore 17 inferiore all’area efficace (cioè che entra realmente in vibrazione del timpano) del timpano (circa 55 mm²). La pressione (rapporto tra la forza normale alla superficie e la superficie stessa) è aumentata quindi circa di un fattore 22 (1.3 per gli effetti di leva meccanica e 17 per gli effetti di diminuzione dell’area).

  • il processo di amplificazione della pressione (e non della forza) è utile in quanto la pressione esercitata sulla finestra ovale si trasferisce al liquido contenuto nella coclea (o chiocciola). A causa della loro sostanziale incomprimibilità i liquidi sono in grado, secondo il principio di Pascal, di trasferire efficacemente la pressione esercitata su di una loro parte, all'intero liquido;

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Come già detto, ai fini del processo uditivo, le strutture fondamentali dell’orecchio interno sono:

• la coclea: un canale a forma di chiocciola scavato nell’osso temporale all’interno del quale corrono diverse gallerie riempite di liquido endolinfatico (perilinfo) e quindi in grado di trasferire la pressione esercitata dalla staffa sulla finestra ovale che separa l’orecchio medio dalla coclea;

Immagine schematica della coclea "srotolata"

• la membrana basilare, una sottile membrana che divide due gallerie (denominate zona vestibolare e zona timpanica) all’interno della chiocciola e che va ispessendosi man mano che ci si allontana dalla finestra ovale. Essa termina in un'apertura detta elicotrema che mette in comunicazione le due gallerie e per mettere al perilinfo di passare da una parte all'altra della membrana basilare.

La funzione di tale membrana è di entrare in oscillazione meccanica se sollecitata dall’onda di pressione del liquido cocleare, in modo non dissimile a quello di una corda pizzicata. L'apertura dell'elicotrema fa sì che l'onda di pressione si propaghi sia sopra che sotto la membrana basilare. La comprensione delle modalità di oscillazione di tale membrana in rapporto all’intensità, alla frequenza e alla composizione spettrale dell’onda sonora “catturata” dal padiglione auricolare, gioca un ruolo fondamentale nel meccanismo di trasduzione, che è il primo livello alla base della percezione dell'intensità, della percezione dell'altezza e del timbro dei suoni.

• l’organo del Corti, è una struttura gelatinosa appoggiata alla membrana basilare e munita di ciglia direttamente connesse alle fibre nervose. Le ciglia vengono flesse partecipando del moto oscillatorio della membrana basilare; tale movimento, induce le cellule dell’organo del Corti a generare impulsi elettrici da inviare alle terminazioni nervose che, tramite il nervo uditivo, vengono convogliate al cervello. Il meccanismo di trasduzione vero e proprio avviene quindi a livello dell’organo del Corti.

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