[생리학] 10. 감각생리학 (5) 귀와 청각 -1

10. 감각생리학

 

10.5 귀와 청각 -1

소리는 고막을 진동시키고, 고막의 진동은 중이의 이소골(ossicle)을 진동시키며, 이소골의 진동은 와우의 난원창에 압력을 가함으로써 난원창 막을 진동시킵니다. 난원창의 진동은 와우의 림프 내에 압력파를 발생시켜 기저막의 진동을 일으킵니다. 감각모세포들이 기저막 위에 위치하고 있으며, 소리에 반응하는 기저막의 진동은 감각모세포의 돌기들을 구부러지게 합니다. 이것은 감각모세포에서 활동전위를 형성하는데, 이것은 감각섬유를 통해 뇌로 전달되어 소리로 해석됩니다.

 

 

음파는 공기나 물과 같은 매개물을 통해 진행하는 고압과 저압의 교대 영역이며, 따라서 음파는 진공상태에서는 진행되지 않습니다. 돌이 떨어진 호수의 잔물결처럼 음파가 음원으로부터 사방으로 퍼져나갑니다. 음파는 주파수와 강도로 특정지어지며, 주파수(frequency)는 Hz로 측정됩니다. 소리의 음정은 주파수에 비례하기 때문에 음파의 주파수가 클수록 음정은 높아집니다.

음파의 세기는 음파의 진폭에 비례하며 dB 단위로 측정됩니다. 겨우 들을 수 있는 청각의 역치 음의 강도는 0dB입니다. 각각의 10dB은 소리의 강도가 10배 증가한다는 것을 의미하므로, 10dB에서는 소리가 역치보다 10배 크고, 20dB에서는 소리가 역치보다 100배 더 큽니다.

훈련된 젊은이의 귀는 20~20,000Hz 영역의 소리를 들을 수 있고, 0.3%의 주파수 차이가 나는 두 개의 음을 구별할 수 있습니다. 사람의 귀는 0.1~0.5dB의 소리의 강도를 구별할 수 있으며, 들을 수 있는 청각 강도의 영역은 겨우 들을 수 있는 것에서부터 고통스러울 정도로 큰 것까지 10¹²배에 달합니다.

 

(1) 외이

음파는 이개(이각, pinna 또는 auricle)에 의해 외이도(external auitory canal)에 모아지고, 외이(outer ear)는 이개와 외이도로 구성되어 있습니다. 외이도는 강도를 높이면서 음파를 고막(eardrum 또는 tympanic membrane)으로 전달합니다. 외이도의 음파는 고막에서 아주 작은 진동을 일으키는데, 평균 소리의 강도인 60dB 정도로 대화할 때 고막이 움직이는 것은 수소분자의 직경정도로 추정됩니다.

 

(2) 중이

중이(middle ear)는 바깥의 고막과 안쪽의 와우 사이의 공간이고, 중이에는 추골(malleus), 침골(incus), 등골(stapes) 세 개의 이소골(middle-ear ossicle)이 있습니다. 추골은 고막에 붙어 있어서 고막의 진동이 추골과 침골을 경유해 등골로 전달됩니다. 와우의 난원창에 부착되어 있는 등골은 고막의 진동에 반응하여 난원창이 진동하게 됩니다.

고막의 진동이 하나의 뼈가 아닌 세 개의 뼈로 전달되는 것이 방어 기능 중 하나이며, 만약 소리가 너무 크면 이소골은 조이게 됩니다. 이러한 방어는 등골의 목 부위에 부착된 등골근의 작용에 의해 증가합니다. 소리가 너무 크면 등골근이 수축해 난원창에 대한 등골의 진동을 감소시킵니다. 이 작용은 와우 내의 청각 신경 손상을 예방하는 데 기여합니다. 하지만, 총소리와 같은 매우 큰 소리가 갑자기 도달하면, 등골근은 신경 손상을 막을 만큼 충분히 빠르게 반응하지 못합니다.

 

(3) 와우

두개골의 치밀한 측두골(temporal bone) 내에는 완두콩 크기의 달팽이 껍데기 모양의 와우가 들어 있습니다. 와우(cochlea)는 전정기관과 함께 내이(inner ear)를 구성합니다.

등골과 난원창의 진동은 골성미로의 한 부분인 전정계내의 외림프액을 밀어내는데, 전정계(scala vestibuli)는 와우의 세개의 방 중 윗방입니다. 그리고 나머지 두 개의 방 중 하부에 있는 방은 고실계(scala tympani)이고, 중앙에 있는 방은 중앙계(scala media, 와우관)입니다. 와우의 전체 구조처럼 와우관(cochlear duct)은 3회전을 이루도록 꼬여 있으며 달팽이 껍데기의 기저부, 중앙부, 첨부와 유사합니다. 와우관은 막성미로의 일부이기 때문에 내림프를 포함하고 있습니다.

와우관의 끝은 닫혀 있고, 와우관의 끝과 와우벽 사이에는 작은 구멍인 와우공(helicotrema)이 형성되어 있어 와우관의 전정계와 고실계의 외림프가 와우관의 첨부에서 연속되어 있습니다. 등골의 진동에 의해 생성되는 난원창의 진동은 전정계내에서 압력파를 일으키고, 이 파동은 고실계로 향해갑니다. 고실계내에서 외림프의 움직임은 와우의 기저부로 나아가서 정원창을 고실쪽으로 밀어냅니다. 이러한 현상은 외림프와 같은 액체가 압축되지 않아 난원창이 안쪽으로 밀리면 정원창이 바깥쪽으로 밀리게 됩니다.

음파의 주파수가 충분히 낮을 때, 전정계 외림프의 압력파가 와우공을 통해 고실계까지 가는데 필요한 적절한 시간이 있습니다. 그러나 음파의 주파수가 증가함에 따라 전정계 외림프의 압력파는 와우의 첨부까지 멀리 갈 시간이 없고 대신 전정계를 와우관과 분리시켜주는 전정막을 통하고, 와우관을 고실계와 분리시켜주는 기저막을 통해 고실계의 외림프로 전달됩니다. 따라서 이 압력파들이 나아가는 거리는 음파의 주파수가 증가함에 따라 감소하게 됩니다.

따라서 전정계에서 외림프를 통해 고실계로 전달되는 음파에 의해 전정막과 기저막은 밀리게 됩니다. 전정막의 움직임은 청각에 직접 기여하지는 않지만 기저막의 움직임은 음정 구별의 중심이 됩니다. 서로 다른 음파의 주파수는 기저막의 다른 부분의 진동을 극대화하고, 음파의 주파수가 높을수록 등골에 더 가까운 부위의 기저막의 최대 진동을 극대화합니다.

 

◎ 이관

이관(auditory tube)은 중이에서 비인두(nasopharynx)로 이어지는 통로입니다. 이관은 대개 찌그러져 있어 찌꺼기나 감염물질이 경구를 통해 중이로 들어가는 것을 막아줍니다. 이관과 추골에 부착해 있는 고막장근이 수축하게되면 이관이 열리는데, 이런 현상은 음식물을 삼킬 때, 하품할 때, 재채기할 때에 발생합니다. 사람들은 차를 몰고 산을 오르면서 침을 삼킬 때 귀에서 '펑'하는 소리를 느낍니다. 이런 현상은 이관이 열리면서 공기가 대기압이 높은 중이에서 대기압이 낮은 비인두로 이동하기 때문에 발생합니다.