Para peneliti telah menangkap mekanisme pendengaran yang hidup untuk pertama kalinya dengan mempertahankan sepotong jaringan koklea di luar tubuh.
Sesaat sebelum kematiannya pada Agustus 2025, A. James Hudspeth dan rekan -rekannya di laboratorium Neuroscience sensorik Universitas Rockefeller mencapai tonggak sejarah yang belum pernah dicapai sebelumnya. Mereka berhasil menjaga bagian kecil koklea tetap hidup dan bekerja di luar tubuh, sehingga memungkinkan untuk mempelajari fungsi organ secara langsung untuk pertama kalinya. Menggunakan perangkat yang dirancang khusus, tim dapat melacak kemampuan luar biasa koklea secara real time, termasuk sensitivitasnya yang disesuaikan, deteksi frekuensi yang tepat, dan kapasitas untuk memproses berbagai tingkat suara.
“Kami sekarang dapat mengamati langkah-langkah pertama dari proses pendengaran dengan cara yang dikendalikan yang sebelumnya tidak mungkin,” kata penulis pertama Francesco Gianoli, seorang rekan postdoctoral di Hudspeth Lab.
Pencapaian, dirinci dalam dua publikasi terbaru (dalam PNA Dan Penelitian pendengaranmasing -masing), mewakili puncak dari lima puluh tahun penelitian perintis Hudspeth ke dalam dasar pendengaran seluler dan saraf. Pekerjaannya terus menunjukkan kemungkinan baru untuk mencegah dan mengobati gangguan pendengaran.
Di luar aplikasi langsungnya, kemajuan juga memberikan konfirmasi eksperimental yang telah lama dicari dari prinsip biofisik mendasar yang mendasari pendengaran di berbagai beragam jenissebuah konsep yang telah dikejar Hudspeth selama lebih dari dua puluh lima tahun.
“Studi ini adalah sebuah mahakarya,” kata ahli biofisik Marcelo Magnasco, kepala laboratorium ilmu saraf integratif di Rockefeller, yang berkolaborasi dengan Hudspeth pada beberapa temuan mani. “Di bidang biofisika, ini adalah salah satu eksperimen paling mengesankan dari lima tahun terakhir.”
Mekanisme pendengaran
Meskipun koklea adalah keajaiban teknik evolusi, beberapa mekanisme fundamentalnya telah lama tersembunyi. Kerapuhan dan tidak dapat diaksesnya organ – ditembak seperti di tulang terpadat di dalam tubuh – telah membuatnya sulit untuk dipelajari dalam aksi.
Tantangan -tantangan ini telah lama membuat para peneliti pendengaran frustrasi, karena sebagian besar gangguan pendengaran akibat kerusakan pada reseptor sensorik yang disebut sel rambut yang melapisi koklea. Organ ini memiliki sekitar 16.000 sel rambut ini, yang disebut karena masing-masing diatapi oleh beberapa ratus “feelers” yang bagus, atau stereocilia, yang disamakan oleh mikroskopis awal rambut. Setiap bundel adalah mesin yang disetel yang memperkuat dan mengubah getaran suara menjadi respons listrik yang kemudian dapat ditafsirkan otak.
Ini terdokumentasi dengan baik bahwa pada serangga dan hewan non-vertebrata-seperti bullfrog yang dipelajari di laboratorium Hudspeth-sebuah fenomena biofisik yang dikenal sebagai bifurkasi hopf adalah kunci untuk proses pendengaran. Bifurkasi hopf menggambarkan semacam ketidakstabilan mekanis, titik kritis antara keheningan dan osilasi lengkap. Pada edge-edge ini, bahkan suara yang paling samar-samar membuat sistem ke dalam gerakan, memungkinkannya untuk memperkuat sinyal lemah jauh melampaui apa yang seharusnya mendaftar.
Dalam kasus Bullfrog Cochlea, ketidakstabilan berada di bundel sel -sel rambut sensorik, yang selalu prima untuk mendeteksi gelombang suara yang masuk. Ketika gelombang itu menghantam, sel -sel rambut bergerak, memperkuat suara dalam apa yang disebut proses aktif.
Bekerja sama dengan Magnasco, Hudspeth mendokumentasikan keberadaan bifurkasi hopf di koklea bullfrog pada tahun 1998. Apakah itu ada di koklea mamalia telah menjadi subjek perdebatan di lapangan sejak itu.
Untuk menjawab pertanyaan itu, tim Hudspeth memutuskan bahwa mereka perlu mengamati proses aktif dalam koklea mamalia secara real time dan pada tingkat detail yang lebih besar daripada sebelumnya.
Sepotong spiral
Untuk melakukannya, para peneliti beralih ke koklea gerbil, yang pendengarannya jatuh dalam kisaran yang sama dengan manusia. Mereka mengeksisi sliver tidak lebih besar dari 0,5 mm dari organ sensorik, di wilayah koklea yang mengambil rentang frekuensi tengah. Mereka mengatur waktu eksisi mereka ke momen perkembangan di mana pendengaran gerbil sudah matang tetapi koklea belum sepenuhnya menyatu dengan tulang temporal yang sangat padat.
Mereka menempatkan sepotong jaringan di dalam ruang yang dirancang untuk mereproduksi lingkungan hidup jaringan sensorik, termasuk terus memandikannya dalam cairan kaya nutrisi yang disebut endolimf dan perilymph dan mempertahankan suhu dan tegangan aslinya. Kunci pengembangan perangkat khusus ini adalah Brian Fabella, seorang spesialis penelitian di Hudspeth Lab, dan insinyur instrumentasi Nicholas Belenko, dari Pusat Sumber Daya Teknologi Instrumentasi Gruss Lipper Precision Rockefeller.
Mereka kemudian mulai memainkan suara melalui speaker kecil dan mengamati responsnya.
Menemukan Prinsip Biofisik
Di antara proses yang mereka saksikan adalah bagaimana pembukaan dan penutupan saluran ion di bundel rambut menambah energi pada getaran yang digerakkan oleh suara, memperkuatnya, dan bagaimana sel-sel rambut luar memanjang dan berkontraksi sebagai respons terhadap perubahan tegangan melalui proses yang disebut elektromotilitas.
“Kita bisa melihat dengan baik apa yang dilakukan setiap bagian dari jaringan di tingkat subseluler,” kata Gianoli.
“Eksperimen ini membutuhkan tingkat presisi dan kelezatan yang luar biasa tinggi,” catat Magnasco. “Ada kerapuhan mekanis dan kerentanan elektrokimia yang dipertaruhkan.”
Yang penting, mereka mengamati bahwa kunci proses aktif memang bifurkasi hopf – titik kritis yang mengubah ketidakstabilan mekanis menjadi amplifikasi suara. “Ini menunjukkan bahwa mekanisme pendengaran dalam mamalia sangat mirip dengan apa yang telah terlihat di seluruh biosfer,” kata penulis pertama Rodrigo Alonso, seorang rekan penelitian di laboratorium.
Perangkat yang dapat menyebabkan perawatan di masa depan
Para ilmuwan mengantisipasi bahwa eksperimen menggunakan koklea ex vivo akan meningkatkan pemahaman mereka tentang pendengaran dan berpotensi mengarah pada terapi yang lebih efektif.
“Misalnya, kita sekarang akan dapat secara farmakologis mengganggu sistem dengan cara yang sangat ditargetkan yang belum pernah dimungkinkan sebelumnya, seperti dengan berfokus pada sel atau interaksi sel tertentu,” kata Alonso.
Ada kebutuhan besar di lapangan untuk terapi potensial baru. “Sejauh ini, tidak ada obat yang disetujui untuk mengembalikan pendengaran dalam kehilangan sensorineural, dan salah satu alasan untuk itu adalah bahwa kami masih memiliki pemahaman mekanistik yang tidak lengkap tentang proses pendengaran aktif,” kata Gianoli. “Tapi sekarang kita memiliki alat yang dapat kita gunakan untuk memahami bagaimana sistem bekerja, dan bagaimana dan kapan itu pecah – dan mudah -mudahan memikirkan cara untuk campur tangan sebelum terlambat.”
Hudspeth menemukan hasilnya sangat memuaskan, tambah Magnasco. “Jim telah mengerjakan ini selama lebih dari 20 tahun, dan ini merupakan pencapaian puncak untuk karier yang luar biasa.”
Referensi:
“Amplifikasi Melalui Perilaku Kritis Lokal di Koklea Mamalia” oleh Rodrigo G. Alonso, Francesco Gianoli, Brian Fabella dan AJ Hudspeth, 14 Juli 2025, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2503389122
“Menuju persiapan ex vivo untuk studi tentang proses aktif koklea pada mamalia” oleh Francesco Gianoli, Rodrigo Alonso, Brian Fabella dan AJ Hudspeth, 24 April 2025, Penelitian pendengaran.
Doi: 10.1016 / j.heares.2025.109288
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
