एक पेड़ जो हल्की हवा में हिलने के लिए पर्याप्त लचीला है, वह निस्संदेह एक तूफान के दौरान उखड़ जाएगा। दूसरी ओर, एक मजबूत पेड़ जो एक मजबूत आंधी के बल का विरोध करता है, वह हल्की हवा के दौरान शायद ही कांपेगा। लेकिन पेड़ के विपरीत, हमारे कान स्पेक्ट्रम के दोनों छोर को संभाल सकते हैं।

प्रकृति का एक चमत्कार, मानव श्रवण प्रणाली न केवल सबसे कमजोर ध्वनि संकेतों का पता लगाती है, बल्कि गरजने वाली आवाज़ों के सामने भी उल्लेखनीय लचीलापन प्रदर्शित करती है। यह अनुकूलनशीलता हमें अपने प्रियजनों की सबसे कोमल फुसफुसाहट को पहचानने और नाइट क्लब के गरजने वाले संगीत में डूबने की अनुमति देती है।

हाल ही में किए गए शोध में एक आकर्षक तंत्र का पता चला है जो हमारे श्रवण तंत्र को विभिन्न ध्वनि वातावरणों के अनुकूल होने में सक्षम बनाता है। जिस तरह हमारी पुतलियाँ अंधेरे में फैलती हैं और तेज रोशनी में सिकुड़ती हैं, उसी तरह हमारे कानों में भी ऐसे तंत्र होते हैं जो मंद ध्वनि वातावरण में ‘देखने’ के लिए समायोजित होने में मदद करते हैं और हमें कठोर ध्वनि वातावरण से बचाते हैं।

हम कैसे सुनते हैं?

हमारे श्रवण तंत्र के केंद्र में मानव कोक्लीया के भीतर जटिल बाल कोशिकाएँ होती हैं। प्रत्येक कोक्लीया में लगभग 16,000 कुप्पी के आकार की संवेदी कोशिकाएँ होती हैं, जिनमें से प्रत्येक में बालों जैसे उभारों का एक समूह होता है जिसे स्टीरियोसिलिया कहा जाता है। ये स्टीरियोसिलिया, सबसे छोटे से लेकर सबसे लंबे तक सीढ़ी की तरह व्यवस्थित होते हैं, जो हमारी सुनने की कुंजी हैं।

दो आसन्न स्टीरियोसिलिया एक तंतुमय बाह्यकोशिकीय बंधन द्वारा जुड़े होते हैं जिसे टिप लिंक कहा जाता है। ये टिप लिंक, कनेक्शनों के एक जटिल नेटवर्क की तरह काम करते हैं, हमारी सुनने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, ध्वनि तरंगों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं जिन्हें हमारा मस्तिष्क समझ सकता है।

जब ध्वनि तरंगें कान तक पहुँचती हैं, तो वे आंतरिक कान के तरल पदार्थ में कंपन पैदा करती हैं। ये कंपन स्टीरियोसिलिया को मोड़ देते हैं, जिससे उन्हें जोड़ने वाले टिप लिंक खिंच जाते हैं। यह खिंचाव स्टीरियोसिलिया में आयन चैनल खोलता है जो पोटेशियम आयनों को बाल कोशिका में प्रवेश करने और एक विद्युत संकेत बनाने की अनुमति देता है।

बालों की कोशिकाओं से जुड़ी तंत्रिका कोशिकाएँ इस संकेत को पकड़ती हैं और इसे मस्तिष्क तक भेजती हैं, जहाँ इसे ध्वनि के रूप में समझा जाता है। यह तंत्र एक माइक्रोफोन के समान है जो ध्वनि तरंगों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।

एक यांत्रिक सर्किट ब्रेकर

मनुष्य 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज की आवृत्ति और 5-120 डेसिबल (डीबी) की तीव्रता वाली ध्वनि को सुन सकता है। ये ध्वनियाँ टिप लिंक पर 10-100 पिकोन्यूटन (पीएन) का बल उत्पन्न करती हैं। हमें अपने हाथों में सेब या संतरा पकड़ने के लिए लगभग एक न्यूटन (एन) बल लगाना पड़ता है। एक न्यूटन एक हजार अरब पिकोन्यूटन के बराबर होता है। इसलिए हम कल्पना कर सकते हैं कि टिप लिंक पर लगने वाला बल कितना छोटा है।

श्रवण तंत्र टिप लिंक पर निर्भर करता है। प्रत्येक टिप लिंक में दो प्रोटीन होते हैं, कैडहेरिन-23 (CDH23) और प्रोटोकैडहेरिन-15 (PCDH15)। तेज आवाज के संपर्क में आने पर इन प्रोटीन के टूटने का खतरा होता है। आश्चर्यजनक रूप से, यह टूटना वास्तव में एक सुरक्षात्मक तंत्र है जो हानिकारक ध्वनियों को कान में बाल कोशिकाओं तक पहुँचने से रोकता है, जो एक बार क्षतिग्रस्त होने के बाद पुनर्जीवित नहीं हो सकते हैं। लेकिन बाल कोशिकाओं के विपरीत टिप लिंक पुनर्जीवित हो सकते हैं, जो हमारी सुनने की क्षमता को बनाए रखने में मदद करता है।

टिप लिंक परिवेशी ध्वनियों के प्रति प्रतिक्रिया में स्वाभाविक रूप से अलग हो जाते हैं। आमतौर पर, टिप लिंक कॉम्प्लेक्स का औसत जीवनकाल लगभग 31.8 सेकंड होता है। टिप लिंक बार-बार खुलते और फिर से जुड़ते हैं और बाल कोशिकाओं में नेटवर्क बनाए रखते हैं।

तेज़ धमाके या तेज़ संगीत के बाद हमें जो अस्थायी श्रवण हानि हो सकती है, वह एक ही समय में कई टिप लिंक कॉम्प्लेक्स खोने का परिणाम है। एक बार कॉम्प्लेक्स फिर से बनने के बाद, हेयर सेल फ़ंक्शन सामान्य स्तर पर वापस आ जाता है। असल में, वे श्रवण प्रणाली में एक यांत्रिक सर्किट ब्रेकर की तरह काम करते हैं।

टिप लिंक का जीवनकाल उन ध्वनियों की प्रबलता से संबंधित है जिनके संपर्क में वे आते हैं। यदि प्रबलता अधिक है, तो टिप लिंक केवल थोड़े समय के लिए ही जीवित रहते हैं। वे जल्दी टूट जाते हैं। 1 kHz पर, टिप लिंक 5 pN का तनाव अनुभव करते हैं। 4 kHz की उच्च आवृत्ति पर, तनाव 34 pN तक बढ़ जाता है। टिप लिंक कॉम्प्लेक्स का औसत जीवनकाल 10 pN के बल के अधीन होने पर केवल आठ सेकंड है।

इसका तात्पर्य यह है कि शोर भरे वातावरण में टिप लिंक कुछ ही मिनटों में टूट जाती हैं।

“मानव कान 5 डीबी तक भी संवेदनशील है, और टिप लिंक जो उस कम उत्तेजना पर प्रतिक्रिया कर सकता है, उसे नाइट क्लब या ऑर्केस्ट्रा में तीखे शोर से बच नहीं पाना चाहिए, जिससे अधिकांश लोग बहरे हो जाते हैं। चूंकि ऐसा नहीं होता है, इसलिए यह उम्मीद करना उचित लगता है कि एक ऐसा तंत्र होगा जो बड़े बलों पर ट्रांसडक्शन की सुरक्षा करता है,” नए शोधपत्र के मुख्य लेखक और भारतीय विज्ञान शिक्षा और अनुसंधान संस्थान, मोहाली में रासायनिक विज्ञान विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर सब्यसाची रक्षित ने कहा।

अन्य प्रमुख लेखक और उसी विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर अभिषेक चौधरी ने कहा: “हम उस तंत्र को खोजने में रुचि रखते थे जो टिप लिंक को अलग-अलग आवृत्ति और आयाम की ताकतों से बचने में सक्षम बनाता है और उन विशेषताओं को पकड़ता है जो निर्बाध सुनने की व्याख्या कर सकते हैं।”

टिप लिंक को चरणों के माध्यम से रखना

हम धागे की लंबाई की मजबूती का पता लगाने के लिए एक सिरे को क्लैंप से छत पर सुरक्षित कर सकते हैं और दूसरे सिरे पर वजन लटका सकते हैं। इसी तरह, शोधकर्ताओं ने टिप लिंक कॉम्प्लेक्स को सुरक्षित करने के लिए एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (AFM) का इस्तेमाल किया और टिप लिंक के जीवनकाल का अवलोकन किया: बल की मात्रा बदलने पर यह बिना टूटे कितने समय तक जीवित रहा।

उन्होंने पाया कि टिप-लिंक कॉम्प्लेक्स बल के आधार पर तीन अलग-अलग प्रकार की प्रतिक्रियाएं प्रदर्शित करता है।

जैसा कि अनुमान लगाया गया था, जब लगाया गया बल कम था, तो परिसर का जीवनकाल कम हो गया। लेकिन जब बल की मात्रा बढ़ाई गई, तो जीवनकाल कम हो गया। परिसर लगभग 36 pN और 70 pN के बीच मध्य-श्रेणी के तन्यता बलों से भी आश्चर्यजनक रूप से अप्रभावित रहा।

जब 80 pN से ज़्यादा ताकत वाले बल के संपर्क में आते हैं – जो तीव्र आवाज़ों को दर्शाता है – तो सुनने की प्रणाली की सुरक्षा के लिए टिप-लिंक डिस्कनेक्ट हो जाते हैं। इससे भी ज़्यादा ताकत पर, टिप-लिंक सिर्फ़ थोड़े समय के लिए ही बरकरार रहते हैं।

डॉ. रक्षित ने कहा, “टिप लिंक बल संवेदक की तरह काम करते हैं, आने वाले बल को संतुलित करते हैं और हमें खतरे से बचाने के लिए आगे बढ़ते हैं। अधिक शोर के स्तर पर यह प्रतिक्रिया संचरण को काट देती है और बाल कोशिकाओं की रक्षा करती है।”

हमारे कानों में एक संवेदनशील स्विचबोर्ड की तरह, टिप-लिंक सबसे पहले आने वाली आवाज़ों से सूक्ष्म यांत्रिक संकेतों का पता लगाता है। फिर यह उन्हें विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है, जिससे हमें धीमी आवाज़ें सुनने में मदद मिलती है। डॉ. चौधरी ने कहा, “हालांकि, यह छोटा प्रोटीन-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स ध्वनि के तेज़ होने पर गेटकीपर में बदल जाता है।” हमने पाया कि टिप-लिंक बल फ़िल्टर के रूप में कार्य करते हैं, आयन चैनलों को सक्रिय करने के लिए चुनिंदा रूप से कम बलों को संचारित करते हैं जबकि मध्यम बल स्तरों को अवरुद्ध करते हैं। इसके अलावा, जब अत्यधिक उच्च बलों का सामना करना पड़ता है, तो टिप-लिंक पूरी तरह से अलग हो जाते हैं, जिससे हमारे श्रवण तंत्र को नुकसान होने से बचाया जा सकता है।”

यह सर्वविदित है कि PCDH15 प्रोटीन में उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप वंशानुगत बहरापन होता है। सब्यसाची कहते हैं, “हमने उत्परिवर्तित टिप लिंक के साथ इसी तरह के अध्ययन किए, और पाया कि उत्परिवर्ती का जीवनकाल-बल वक्र नाटकीय रूप से भिन्न है।”

टिप लिंक के जीवनकाल में नियमित टिप लिंक में बल सीमा में तीन तरह की प्रतिक्रियाएं दिखाई दीं। हालांकि, उत्परिवर्तित टिप लिंक में, सभी बल सीमाओं में बल बढ़ने के साथ प्रतिक्रिया कम हो जाती है।

उन्होंने कहा, “हम उत्परिवर्तित टिप लिंक में सामान्य टिप लिंक में पाए जाने वाले मध्य-श्रेणी के व्यवहार को देखने में सक्षम नहीं थे।”

इसका तात्पर्य यह है कि सामान्य टिप लिंक की मध्य-सीमा बलों के प्रति प्रतिक्रिया करने की क्षमता सुनने के लिए महत्वपूर्ण है, तथा वंशानुगत बहरापन इस कार्य में उत्परिवर्तन-संबंधी हानि के परिणामस्वरूप होता है।

“टिप-लिंक्स के जटिल तंत्रों को उजागर करके, हम तेज आवाज के कारण होने वाली श्रवण हानि से बचाव के लिए अभिनव रणनीति विकसित करने का मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं। आगे के शोध के साथ, हम इस आकर्षक जैविक प्रणाली के और रहस्यों को उजागर करने की इच्छा रखते हैं। यह संभावित रूप से श्रवण हानि से प्रभावित लाखों लोगों के जीवन की गुणवत्ता को बढ़ा सकता है,” IISER मोहाली के प्रमुख लेखक और पूर्व पोस्टडॉक्टर अमीन सागर ने कहा।

टीम में निशा अरोड़ा, जगदीश पी. हाजरा, संदीप रॉय, गौरव के. भाटी, सारिका गुप्ता, केपी योगेंद्रन, अभिषेक चौधरी, अमीन सागर और सब्यसाची रक्षित शामिल थे। अध्ययन पत्र प्रकाशित किया गया था जर्नल में नेचर कम्युनिकेशंस.

टीवी वेंकटेश्वरन भारतीय विज्ञान शिक्षा एवं अनुसंधान संस्थान, मोहाली में विज्ञान संचारक और विजिटिंग फैकल्टी सदस्य हैं।