Biophysics · 22.12
聴覚の生物物理学III：ベーケーシーの進行波モデル
Biophysics of hearing III — Békésy’s model
🧠 Békésyのモデルでは、音が基底膜上を進行波traveling wave進行波（traveling wave）traveling wave（進行波）として進み、周波数ごとに最大振幅となる場所が異なる。 高音は硬い基底部base基底部（base）base（基底部）、低音は柔らかい頂部apex頂部（apex）apex（頂部）で最大となり、周波数が空間的位置へ変換される。
中耳から卵円窓oval window卵円窓（oval window）oval window（卵円窓）へ入った振動は基底膜上で周波数ごとに分離され、その局所変位が有毛細胞の機械―電気変換へ入力される。
基底膜の勾配
| 部位 | 構造 | 最大応答 |
|---|---|---|
| 基底部base基底部（base）base（基底部）・卵円窓oval window卵円窓（oval window）oval window（卵円窓）側 | 狭く硬い | 高周波high frequency高周波（high frequency）high frequency（高周波） |
| 頂部apex頂部（apex）apex（頂部）・蝸牛孔側 | 広く柔らかい | 低周波low frequency低周波（low frequency）low frequency（低周波） |
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='stapes'>アブミ骨</span>が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='oval window'>卵円窓</span>を振動"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cochlear fluid'>蝸牛液</span>に圧力波"]
B --> C["基底膜上の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='traveling wave'>進行波</span>"]
C --> D["周波数固有の位置で振幅最大"]
D --> E["有毛細胞の活性化"]
E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='tonotopy'>周波数局在</span>的な神経符号（tonotopic code）"]この場所符号place code場所符号（place code）place code（場所符号）は蝸牛から聴覚皮質まで保たれる。単純な受動膜モデルだけでは鋭い周波数選択性を十分説明できず、実際には外有毛細胞outer hair cell外有毛細胞（outer hair cell）outer hair cell（外有毛細胞）の能動増幅がピークを増強する。
💡 蝸牛は周波数分析器として働く。時間的な振動を基底膜上の位置パターンへ展開する、力学的なフーリエFourierフーリエ（Fourier）Fourier（フーリエ）分析器とみなせる。
まとめ
- 音は基底膜上を進行波traveling wave進行波（traveling wave）traveling wave（進行波）として進む。
- 高音は基底部base基底部（base）base（基底部）、低音は頂部apex頂部（apex）apex（頂部）で最大振幅となる。
- 周波数―場所変換frequency-to-place conversion場所変換（frequency-to-place conversion）frequency-to-place conversion（場所変換）が周波数局在tonotopy周波数局在（tonotopy）tonotopy（周波数局在）を形成する。