Звуковые волны, поступающие в наружное ухо, ударяются о барабанную перепонку. Ее движение передается расположенным в среднем ухе трем небольшим косточкам — молоточку, наковальне и стремечку. Стремечко, лежащее ближе всего к внутреннему уху, играет роль своеобразного пистона: оно заставляет вибрировать тимпанальную мембрану. На ней и расположен собственно орган слуха (кортиев орган), несущий волосковые клетки. Их пучки врастают в так называемую текториальную мембрану, тянущуюся по всей улитке параллельно тимпанальной мембране и в непосредственной близости от нее. Оси спиралей этих двух мембран не совпадают, поэтому, когда стремечко смещает тимпанальную мембрану, они сдвигаются относительно друг друга. В результате возникает движение эндолимфы, которое смещает пучки волосковых клеток.
Согласно описанной выше схеме (конечно, несколько упрощенной), при функционировании любой части внутреннего уха внешний стимул (ускорение или звук) преобразуется в давление на пучок волосковой клетки. Ключевым моментом для понимания функции отдельной волосковой клетки должно быть объяснение механизма, с помощью которого механическое воздействие трансформируется в электрический сигнал, идущий затем по нервным путям в мозг. Для полноты картины необходимо также исследование интактного внутреннего уха млекопитающих. Однако на этом пути лежат серьезные трудности. Височная кость, в которой заключен лабиринт, необычайно твердая; волосковые клетки у млекопитающих очень чувствительны к нарушениям кровоснабжения; кроме того, они довольно мелкие, и к ним трудно подвести микроэлектроды. Сложно также точно определить силу воздействия на пучок волосковой клетки при наличии естественных раздражителей внутреннего уха.
По этим причинам внутреннее ухо чаше всего изучали у низших позвоночных: рыб, лягушек, ящериц, черепах. Более стойкие и относительно крупные волосковые клетки амфибий позволяют проводить такие опыты, которые пока, к сожалению, нельзя осуществить на волосковых клетках млекопитающих. В описываемых данной статьей исследованиях использовались, главным образом, волосковые клетки внутреннего уха американской лягушки-быка.
Вначале у лягушки извлекают орган равновесия — мешочек, затем удаляют его отолитовую мембрану, и обнажается эпителиальный слой с находящимися в нем волосковыми клетками.
Эпителий, погруженный в физиологический раствор (эта жидкость по многим свойствам похожа на естественные жидкости организма), помещают под микроскоп, через апикальную поверхность в отдельную волосковую клетку втыкается микроэлектрод. Между киноцилией и окружающими ее стереоцилиями вводят стеклянный микрозонд, с помощью которого можно отклонять пучок волосковой клетки в том или ином направлении. Движения зонда контролируются аппаратом типа «ручка пилота» или компьютером: и тот и другой способ позволяют смещать пучок с большой точностью. Отклонение пучка можно также наблюдать в микроскоп. Микроэлектрод регистрирует электрический потенциал внутри волосковой клетки и его изменения при движении пучка.
