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耳はどうやって音を「聞く」に変えるのか。聴覚のしくみ

読む時間の目安: 4分 ・ 公開日 2026-10-05

01音はどうやって内耳まで届くのか。外耳と中耳の働き

外耳が空気の振動である音を集めて鼓膜に伝え、中耳の耳小骨がその振動を、内耳の蝸牛まで機械的な振動として伝えています。

耳は、外耳・中耳・内耳という3つの部分からできています。外耳は、耳介と耳道からなり、空気を伝わってきた音の振動を集めて、鼓膜まで届ける働きをしています。

2011年に学術誌Nature Communicationsに発表されたレビュー論文によると、外耳道に入った空気の振動は、「きわめて特殊な器官」である中耳によって機械的な振動に変換されます。中耳では、鼓膜の振動が、耳小骨という小さな骨を通じて内耳の入り口まで伝わり、そこで圧力の波に変換されます。

この圧力の波が、次の段階で、渦巻き状の内耳の器官である蝸牛の中を伝わっていきます。

02蝸牛の中で、音はどうやって電気信号になるのか

蝸牛の中の有毛細胞は、基底膜の振動によって毛(有毛突起)が傾くと、イオンの通り道(イオンチャネル)が開き、振動を神経の電気信号に変換します。

同じ2011年のレビュー論文は、中耳から伝わった圧力の波が、蝸牛の中で周波数ごとの成分に分かれ、蝸牛の中にある基底膜という膜を振動させることを説明しています。

基底膜が振動すると、その上に並ぶ感覚細胞である有毛細胞の毛(有毛突起)が、上にある蓋のような膜(テクトリア膜)との結合によって、ずれるように傾きます。この傾きが、毛の根もとにある、カドヘリン23とプロトカドヘリン15という分子でできた「先端リンク」を引っぱり、機械的に開閉するイオンの通り道を開かせます。

イオンの通り道が開くと、カルシウムなどのイオンが細胞内に流れ込み、電気信号が生まれます。この信号が聴神経を通って脳に伝わることで、私たちは「音が聞こえた」と感じます。

03音の高さの違いは、どこで区別されるのか。場所説(トノトピー)

場所説(トノトピー)とは、基底膜のどの場所が最も強く振動するかによって、音の高さ(周波数)が区別されるという考え方のことです。

蝸牛の中の基底膜は、場所によって振動しやすい周波数が異なります。2013年に学術誌Acoustical Science and Technologyに発表されたレビュー論文によると、基底膜の渦巻きの奥側(頂部)は低い周波数に、入り口側(基部)は高い周波数に、最も強く反応します。

基底膜のそれぞれの場所には、最も強く反応する周波数である「特性周波数」が決まっており、この場所と周波数の対応関係を、トノトピーと呼びます。同じ論文によると、このトノトピーの並びは、蝸牛から聴神経、脳の聴覚皮質まで、聴覚の経路全体で保たれています。

04場所だけでは決まらない。時間的な情報との組み合わせ

音の高さは、基底膜のどこが振動するかという場所の情報だけでなく、聴神経が音の振動のタイミングに合わせて発火する時間的な情報も組み合わさって区別されています。

同じレビュー論文は、人が音の高さの違いに気づける範囲を、おおよそ30Hzから5000Hzの間としています。この範囲のうち、おおむね2〜4kHzまでは、聴神経が音の振動のタイミングに合わせて発火する「位相固定」という現象が見られます。

位相固定は、4〜5kHzを超えるあたりから弱くなり、同じ論文によると、ちょうどこのあたりから、人が音の高さの違いに気づきにくくなることも知られています。このことから、音の高さの知覚は、場所の情報だけでなく、神経の発火タイミングという時間の情報も組み合わさって成り立っていると考えられています。

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このレッスンで覚えておきたい用語です。英語名も一緒に覚えると、海外の教科書や論文が読みやすくなります。