科学家们发现耳朵里的分子可以将声音转化为大脑信号

对于研究听力和耳聋遗传的科学家来说，找到内耳中对声波做出反应并将其转化为电脉冲(大脑的语言)的确切遗传机制，一直是一个圣杯。

现在，这一探索已经取得了成果。位于加州拉霍亚的斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们已经确定了这种耳朵到大脑转换的关键组成部分——一种叫做TMHS的蛋白质。这种蛋白质是耳朵中所谓的机械传导通道的组成部分，它将信号从机械信号转化为机械信号声波转化成电脉冲传输到神经系统。

“科学家们已经尝试了几十年，以确定形成机械传导通道的蛋白质，”Ulrich Mueller博士说细胞生物学他是TSRI Dorris神经科学中心的主任，领导了这项新研究，研究结果发表在2012年12月7日的杂志上细胞．

科学家们不仅最终发现了这一过程中的关键蛋白质，而且这项工作还提出了一种有前途的新方法基因治疗．在实验室中，科学家们能够将功能性TMHS放入感觉细胞新生聋鼠的声音知觉，恢复其功能。“在人类的某些形态中耳聋在美国，也许有一种方法可以在出生后将这些基因植入并修复细胞，”穆勒说。

TMHS似乎是弹簧机制之间的直接联系内耳对声音和发射机器有反应电信号对大脑。当这种蛋白质在老鼠体内缺失时，这些信号就不会被发送到它们的大脑，它们就无法感知声音。

这种蛋白质的特定基因形式之前已经在患有常见遗传性耳聋的人群中被发现，这一发现似乎是这些基因变异如何导致听力损失的第一个解释。

许多不同的结构

听觉和机械传导的物理基础包括耳朵深处的受体细胞，它们收集振动并将其转化为电信号，沿着神经纤维传递到大脑中，在那里它们被解释为声音。

这种基本机制在很久以前就进化了，在1.2亿年前死亡的恐龙化石遗骸中发现了与现代人类内耳几乎相同的结构。基本上今天所有的哺乳动物都有相同的内耳。

在听觉中发生的事情是，从声源传播的机械振动波击中外耳，沿耳道传播到中耳，并撞击鼓膜。振动的耳膜移动着一组精致的骨头，这些骨头将振动传递给内耳中充满液体的螺旋，即耳蜗。当骨头移动时，它们会压缩耳蜗一侧的膜，导致耳蜗内的液体移动。

耳蜗内部有专门的“毛发”细胞，它们有对称的延伸阵列，从它们的表面突出出来，称为静纤毛。耳蜗内液体的运动导致静纤毛运动，这种运动导致被称为离子通道的蛋白质打开。这些通道的打开是由毛细胞周围的感觉神经元监控的信号，当这些神经元感觉到某种阈值水平的刺激时，它们就会开火，将电信号传递给大脑的听觉皮层。

因为听力涉及到很多不同的结构，有成百上千个潜在的基因参与其中，而且有很多方式可以破坏听力。

毛细胞早在出生前就在内耳道形成了，人的一生中毛细胞的数量是有限的。它们永远不会在一生中传播，许多(如果不是大多数的话)形式的耳聋与毛细胞的缺陷有关，最终导致它们的丧失。当毛细胞缺乏将声波转化为电信号的能力时，就会出现许多遗传性耳聋。

多年来，米勒和其他科学家已经确定了数十种与听力丧失有关的基因——一些来自对聋人的基因研究，另一些来自对小鼠的研究，小鼠的内耳与人类非常相似。

更清晰的画面

然而，缺少的是一幅完整的机械图景。科学家们已经知道了许多与耳聋有关的基因，但不知道它们如何解释各种形式的耳聋听力损失．然而，随着TMHS相关性的发现，情况变得更加清晰。

事实证明，TMHS在一种叫做尖链的分子复合物中起着作用，几年前人们发现这种分子复合物覆盖着从毛细胞中突出来的静纤毛。这些尖端的链接连接着相邻的静纤毛的顶部，将它们捆绑在一起，当它们缺失时，毛细胞就会分开。

但是提示链接不仅仅是维护这些包的结构。它们还包含一些对听力至关重要的机制——蛋白质在物理上接受声波的力量并将其转化为声波电脉冲通过调节离子通道的活性。此前，穆勒的实验室确定了形成尖端链接的分子，但离子通道以及将尖端链接连接到离子通道的分子仍然难以捉摸。米勒说，多年来，科学家们急切地寻找负责这一过程的蛋白质的确切身份。

在他们的新研究中，Mueller和他的同事们表明TMHS是这一过程的关键之一，它是离子通道的一个亚单位，直接与尖端链接结合。当TMHS蛋白缺失时，否则完全正常毛细胞失去了发送电子信号的能力。

科学家们用一种实验室技术证明了这一点，这种技术用试管中的细胞模拟听觉。从细胞中偏转的振动可以模拟声音，可以探测细胞是否能将振动转化为电信号——就像细胞试图向大脑发送信号时在身体中所做的那样。他们的研究表明，没有TMHS，这种能力就会消失。

穆勒说:“我们现在可以开始理解生物体如何将机械信号转换为电信号，这是大脑的语言。”