人类为何能在嘈杂环境中听到微弱的声音？这一直是听觉生理学中的未解之谜。近日，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究团队通过光学显微镜和高速相机，揭示了内耳毛细胞通过一种称为“相位滑移”的动力学过程来检测微弱声音的机制。该研究以牛蛙的毛细胞为模型，发表于《物理评论快报》。

研究团队发现，当声音信号强烈时，毛细胞的纤毛束会与声波同步振动，且同步程度随声音强度增加而增强。然而，当声音微弱时，这种同步会间歇性地丢失并重新建立，即发生“相位滑移”。这种动态不稳定性使得毛细胞能够从背景噪声中提取微弱信号。领导该研究的UCLA物理学与天文学副教授Dolores Bozovic表示：“相位滑移确实会发生，令人惊讶的是其间歇性特征。如果同步持续存在，细胞可能更强大，但正是这种间歇性赋予了检测微弱声音的能力。”

研究小组选择牛蛙而非哺乳动物，是因为牛蛙的毛细胞更坚韧，便于在体外实验中精确测量。牛蛙的听觉器官是球囊，其功能与哺乳动物的耳蜗相似，包含类似的毛细胞。在实验中，研究人员将牛蛙的毛细胞置于改良的显微镜载片上，用柔性玻璃纤维机械刺激纤毛束，模拟声波振动，并通过高速摄像机记录其运动。结果显示，相位滑移发生在动态不稳定区域附近，即系统行为发生变化的“分歧点”。滑移速率随信号振幅增加而降低，但不存在明确的阈值。

该研究为理解听觉敏感性的物理基础提供了新视角。纽约洛克菲勒大学的神经科学教授A. James Hudspeth评价道：“这项研究提供了大量证据，表明内耳毛细胞同时处理多个动态分支，赋予听觉特殊的敏感性。”未来，研究团队将进一步探索毛细胞之间的相互作用及其对信号的反应。