Mechanics of a single-ossicle ear: optical measurements and finite-element modeling of the avian middle ear

Datum: 18 april 2018

Locatie: Campus Middelheim, A.143 - Middelheimlan 1 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Middelheim)

Tijdstip: 17 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Pieter Muyshondt

Promotor: Joris Dirckx & Peter Aerts

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Pieter Muyshondt - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

In tegenstelling tot het menselijke oor, dat drie gehoorbeentjes bevat, hebben vogels maar één beentje in hun middenoor, genaamd de columella. Ondanks het feit dat vogels geluiden met een bepaalde intensiteit ongeveer even goed kunnen horen als mensen is het onduidelijk hoe vogels hiertoe staat zijn door gebruik te maken van slechts één beentje, en dit komt omdat de mechanische werking van het vogelmiddenoor grotendeels onbekend is. In mensen waarbij de gehoorbeentjes geblokkeerd of beschadigd zijn worden de beentjes soms vervangen door een éénbeentjesprothese, maar de chirurgische ingreep is niet altijd even succesvol. Door te kijken naar hoe de natuur een goed functionerend oor met slechts één beentje heeft ontwikkeld dat enerzijds kan omgaan met grote drukveranderingen uit de omgeving, en anderzijds in staat is om geluidssignalen van het trommelvlies naar het binnenoor toe te leiden, hopen we het ontwerp en de werking van éénbeentjesprothesen te kunnen verbeteren.

Dit werk onderzoekt de mechanische principes van het middenoor van vogels door gebruik te maken van optische meettechnieken en computationele modellering. De akoestische vibraties van het trommelvlies en de columella in de eend werden gemeten met digitale stroboscopische holografie en laser Doppler vibrometrie, en de mechanica van het systeem wordt gemodelleerd a.h.v. de eindige-elementen methode. De bewegingen van de columella worden beïnvloed door de vloeistoffen in het binnenoor. Daarom werd de impedantie van het binnenoor gemeten in de struisvogel d.m.v. van laser vibrometrie. Vervolgens werd de beweging van de columella, veroorzaakt door trage drukveranderingen, gemeten x-stralen tomografie. Dynamische bewegingen als gevolg van invallende geluidsgolven werden gemeten met laser vibrometrie.

In een eindige-elementenmodel werd de invloed van de binnenoorimpedantie op deze bewegingen bestudeerd. Een andere studie onderzocht het mogelijke effect van bekopening op de geluidstransmissie in het middenoor van hanen, waarbij werd gebruik gemaakt van laser vibrometrie. De gemeten attenuatie wijst op een mogelijk beschermingsmechanisme van het gehoor van de haan tegen zijn eigen gekraai. Als laatste werd het plaatsen van beentjesprothesen getest in in-vitro vibratie-experimenten op mensenoren met een breuk in de hamer, het eerste gehoorbeentje in de middenoorketen. De vergaarde kennis over de mechanische principes van het vogeloor vormt een belangrijke stap naar het verbeteren van het ontwerp van éénbeentjesprothesen.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen