Un nuevo modelo identificó cómo el oído logra amplificar los sonidos tenues y detectar los intensos

Las células ciliadas del oído interno, responsables de la percepción de sonidos de baja intensidad y del equilibrio, han sido reinterpretadas a partir de principios de la termodinámica por un equipo del Laboratorio Europeo de Biología Molecular, bajo la dirección de Roman Belousov.

Estas células son fundamentales tanto en humanos como en otras especies, ya que permiten transformar las vibraciones del entorno en señales eléctricas comprensibles para el sistema nervioso. Su deterioro está asociado a la pérdida irreversible de audición y de capacidades vinculadas al equilibrio. Por eso, su estudio resulta prioritario en neurociencia y otología.

Según informó el portal especializado Phys.org, el estudio propone un nuevo marco conceptual para entender el funcionamiento fundamental de la audición. El trabajo demostró que los haces de cilios en estas células actúan como máquinas termodinámicas en miniatura y alternan entre distintos regímenes energéticos en función de la señal acústica recibida.

El modelo desarrollado por el equipo de Belousov identifica cuatro regímenes termodinámicos posibles para la operación de los haces de cilios auditivos. De estos, solo dos serían relevantes en condiciones biológicas: uno en el que la energía mecánica proveniente del sonido ingresa a la célula y permite la percepción, y otro donde la célula aporta energía al estímulo, asociado con la amplificación de señales sonoras débiles.

Los otros dos regímenes, descritos como propiedades exóticas a escala nanoscópica, incluyen la disipación activa de calor y la refrigeración local, aunque según la información, no tendrían relevancia fisiológica comprobada.

Funcionamiento activo de los haces de cilios en el oído interno

Los haces de cilios de cada célula ciliada en el oído interno consisten en proyecciones similares a cerdas que vibran al recibir ondas sonoras. Esta energía mecánica se transforma en señales eléctricas que se transmiten al cerebro.

A diferencia de modelos previos, que consideraban estos haces como receptores pasivos, los resultados publicados, muestran que los haces oscilan de manera activa gracias a motores moleculares internos. Este mecanismo posibilita tanto la amplificación de sonidos tenues como el ajuste a frecuencias específicas.

Para validar el modelo en tejido biológico, el grupo de Belousov realizó experimentos con el sáculo, un órgano del oído interno de la rana toro que se utiliza como análogo sencillo de la cóclea en mamíferos. El tejido disecado se suspendió entre dos cámaras con fluido endolinfático y se empleó microscopía de alta resolución para registrar las oscilaciones espontáneas de los haces. Los parámetros mecánicos obtenidos, como la fricción y la rigidez, dotaron al modelo de valores precisos y realismo fisiológico.

Descubrimientos sobre la amplificación y percepción sonora

El hallazgo central del estudio es que la transición entre los regímenes de amplificación y detección depende directamente de la intensidad del estímulo: la amplificación ocurre solo cuando la señal sonora es débil. Este mecanismo explica cómo el oído humano distingue entre sonidos suaves e intensos al aplicar los mismos principios físicos.

Los haces de cilios auditivos no solo detectan ondas sonoras, sino que también las amplifican activamente o simplemente las perciben, según la intensidad del estímulo. Actúan como máquinas termodinámicas cuyas transiciones energéticas se observaron en el modelo del laboratorio.

El experimento se realizó con órganos sensoriales de rana toro y parámetros físicos obtenidos de manera experimental.

Implicaciones para la investigación auditiva

El equipo de Belousov sostiene que este nuevo marco termodinámico podría ayudar a diferenciar las funciones de las células ciliadas internas y externas en la cóclea de mamíferos, ya que ambas desempeñarían roles ligados a distintos regímenes energéticos.

La relevancia de estos avances va más allá de la teoría: comprender en detalle la mecánica de las células ciliadas podría facilitar el desarrollo de nuevas estrategias para tratar o revertir la pérdida auditiva, dado que la destrucción de estas células constituye la causa principal de sordera irreversible, indicó el portal especializado.