耳蜗基底膜模型动态响应分析
作者单位：江苏大学土木工程与力学学院 北京大学工学院
会议名称：《2018年全国固体力学学术会议》
会议日期：2018年
学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071003[理学-生理学]
基 金：基于超声动态响应分析技术的点阵夹芯板损伤识别与结构健康监测方法研究国家自然科学基金项目(11702118)
关 键 词：耳蜗基底膜 结构动态响应 行波理论 相似模型实验
摘 要：听觉的产生是由外界空气振动引起听觉器官的响应,并转换成动作电位传输至大脑皮层,继而被感知。其中位于内耳的耳蜗结构是将机械振动转换为神经电信号的关键结构。耳蜗是由前庭阶、蜗管和鼓阶三腔构成,充满淋巴液的骨质螺旋结构,基底膜位于蜗管下壁。由于基底膜的非均匀性,厚度、宽度和模量均沿着蜗管变化,当外部激励引起耳蜗内淋巴液振动,不同位置的基底膜将对各相应频率产生不同振动响应。基于实验研究发现,Bekesy提出振动激励将引起沿着基底膜传播的行波,即行波理论。然而,由于与淋巴液的耦合作用,以及结构的非线性影响等因素,目前对于基底膜的动态响应仍并不十分清楚。本文基于基底膜的实际尺寸和参数建模,分析了其对不同频率的稳态及瞬态响应。同时研究了阻尼和弹性边界条件对结构动态响应的影响。结果表明,基底膜的非均匀性使其不同位置分别对应了各自的特征频率。靠近底端部位对于高频激励更敏感,响应幅值更大,而顶端则对于低频的响应更明显,这与行波理论相符。此外,依据实际参数设计了相似模型,并进行动态实验研究。实验结果也验证了该结论。