Is the middle ear the first filter of frequency selectivity?

Abstract

Introduction and objectives

The cochlea has traditionally been considered as the first frequency selection filter in the auditory pathway due to the contraction of its external ciliated cells. Yet, much evidence has emerged from work carried out during experiments with animals, some of which is anatomical (connections between the auditory pathway and motor nuclei of the middle ear muscles); other work is physiological, which indicates that the middle ear might be the first filter through which specific sounds from noisy environments may initially be isolated.

Material and methods

In cooperation with the Department of Mechanical Engineering at the Technical School of Industrial Engineering at the University of Valladolid (UVa), we developed and refined a new admittance meter capable of evaluating changes in impedance that occur in the human middle ear depending on frequency. Using this device, we measured variation in impedance in 7 otologically healthy volunteers submitted to a varied range of sound environments.

Results

We found that hearing impedance is not constant, but rather that the attention offered by the examined subjects when following a conversation in a noisy environment leads to variations in hearing impedance at high frequencies.

Conclusions

In the light of these findings, we feel that the middle ear does not play a merely passive role in hearing but rather that the contraction of the intratympanic muscles makes variations in impedance possible such that the resonance frequency of the ear shifts towards higher frequencies. This thus enhances sound discrimination in noisy environments.

Resumen

Introducción y objetivos

La cóclea es considerada el primer filtro de selección frecuencial en la vía auditiva debido a la acción contráctil de las células ciliadas externas. Sin embargo numerosas evidencias en animales de experimentación, algunas anatómicas (conexiones entre la vía auditiva y los núcleos motores de los músculos del oído medio) y otras fisiológicas, apuntan a que el oído medio pudiera ser el primer filtro gracias al cual comienza a discriminarse un determinado sonido de un entorno ruidoso.

Métodos

En colaboración con el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Técnica Superior (ETS) de Ingenieros Industriales de la Universidad de Valladolid (UVa) hemos desarrollado y puesto a punto un nuevo admitancímetro capaz de analizar los cambios de impedancia que ocurren en el oído medio humano en función de la frecuencia. Con él hemos cuantificado la variación de la impedancia del oído en 7 voluntarios otológicamente sanos sometidos a diferentes entornos sonoros.

Resultados

Hemos hallado que la impedancia del oído no es constante sino que la atención que los sujetos explorados ofrecen para discriminar una conversación en un ambiente ruidoso hace que la impedancia del oído varíe en las frecuencias agudas.

Conclusiones

A la vista de los resultados consideramos que el oído medio no es un mero actor pasivo durante la audición sino que la contracción de los músculos endotimpánicos hacen posible variaciones de la impedancia de forma que la frecuencia de resonancia del oído se desplace hacia frecuencias agudas mejorando la discriminación de la palabra en ambientes ruidosos.