内耳蝸牛の仕組みと働き

外界からの音は、外耳、中耳を通り、内耳蝸牛に達します（図1）。蝸牛の断面図である図2下を見てください。 この臓器は、3つの管と、これらを隔てる複数の細胞シート層から構成されています。管には、後述する体液「リンパ液」が入っています。

ここで、蝸牛を伸ばし、中を覗いてみると、感覚上皮帯と呼ばれる台形状の細胞シート層を見つけることができます（図2右上）。音により管の体液に発生する圧力波に反応して、感覚上皮帯は上下動します。そのスケールは、なんと、ナノメートルオーダーです！ 感覚上皮帯は、蝸牛の入口では幅が狭くかつ硬くなっており、頂上に近づくほど幅が広くかつ柔らかくなっています。このような物性の違いにより、高音は入口で、低い音ほど頂上で分析されます。木琴をイメージしてくださると分かりやすいですね。いわば、音は感覚上皮帯によりフーリエ変換されます。

図2下の蝸牛の断面図をご覧ください。感覚上皮帯は、蝸牛の働きの要であり、感覚細胞（センサ）である有毛細胞、支持細胞、細胞外基質（基底板）を含んでいます。有毛細胞の感覚毛の先端には、イオンを通す穴「イオンチャネル」があります。このチャネルは、感覚上皮帯の振動に連なる感覚毛の屈曲により開き、リンパ液から陽イオンのK⁺を主に流入させます。そして、有毛細胞が電気興奮します。すなわち、この過程で、“音の機械的（物理的）刺激が電気信号に変換”されることになります。有毛細胞は、トランスデューサです。細胞の電気興奮により、神経伝達物質が放出され、神経線維を通じて脳へと音情報が伝わります。

蝸牛には、音信号を増幅するもう一つの仕組みがあります。それは、別の細胞シート層である血管条に備わった生体電池です（図3）。この電池は、電気回路のように有毛細胞と電気的につながっており、細胞へのK⁺流入を加速することで、聴覚の鋭敏性において重要な役割を果たしています。この電池は、血管条の細胞内外のK⁺濃度差を活用して大きな起電力を産みます。電池の影響により、有毛細胞の感覚毛が接するリンパ液（内リンパ液）は、常に+80~+100 mVの高電位を示します。また、内リンパ液は、K⁺が150 mMと高く、Na⁺が2~5 mMと低いという特徴も有します。これらの環境は、体内で蝸牛にしか観察されません。