Introducción a los modelos cocleares

La utilización de modelos físicos y matemáticos, ha sido muy importante para establecer la existencia de ondas viajeras en la cóclea como un hecho, más que solo otra teoría. Aunque es posible hacer que un modelo haga lo que uno desea, los modelos, por muy cuidadosamente construidos, pueden tener problemas obvios de interpretación de datos experimentales o errores conceptuales en teorías de mecánica coclear. Estos pueden incluso sugerirmecanismos ocultos pasados por alto o no vistos en la cóclea.

El modelo permite trabajar con varias estructuras y parámetros en una manera que no podría ser posible en una cóclea real. Los modelos no toman en cuenta los problemas inherentes al trabajo con tejidos biológicos, especialmente en especies vivas. Sin entrar en un tratamiento detallado de cualquier modelo en particular, será útil discutir brevemente algunos de los problemas que los constructores de modelos intentan direccionar. 

Los primeros modelos físicos y matemáticos de la cóclea, fueron diseñados para reproducir la mecánica coclear y descubrir su esencia. Un buen ejemplo es el modelo de Juergen Tonndorf`s, el cual fue similar al estudiado originalmente por Bekesy. Una membrana de ancho variable separaba dos canales de fluido; este modelo era varias veces el tamaño de la cóclea real. A su vez, los modelos matemáticos realizados, como el de Josef Zwislocki, fueron unidimensionales y se comportaban mejor para frecuencias de entrada con longitudes de onda relativamente largas comparadas a la dimensión transversal de la cóclea. 

En conjunto, las ondas viajeras producidas en estos modelos relativamente simples imitan aceptablemente el fenómeno observado por Bekesy en cócleas reales de cadáveres humanos. 

De cualquier manera las décadas pasadas de investigación han demostrado claramente que los cambios post-mortem en los tejidos cocleares tienen efectos sustanciales en la mecánica de la sección coclear. En la cóclea viva se piensa que ocurre un efecto de resonancia en el peak de la onda viajera, demostrado básicamente por la agudeza del peak del patrón de desplazamiento. Por lo tanto, ni en las observaciones de los primeros modelos cocleares, ni las observaciones de Bekesy en cadáveres, pueden describir adecuadamente el movimiento de la membrana basilar en una cóclea viva. Efectivamente, el consenso en la actualidad es que los patrones de vibración de la cóclea viva no pueden ser completamente explicados por mecanismos completamente pasivos. 

Una de las motivaciones para mantener estas cosas lo más simple posibles en modelos matemáticos, no obstante, es mantener las ecuaciones involucradas en el terreno de la solubilidad. Aunque el problema de encontrar las soluciones no ha cambiado, los avances en matemáticas, ingeniería e informática han proporcionado la construcción del modelo moderno, el que posee una mucho mejor flexibilidad. Modelos más recientes han permitido examinar, por ejemplo, en dos y tres dimensiones, en donde ambos fenómenos de ondas cortas y largas pueden ser acomodadas. Recuerde que el largo de onda de la onda viajera constantemente cambia a medida que la onda avanza en la cóclea, así en realidad un solo modelo de onda corta o larga no puede emular completamente la hidrodinámica de la cóclea real, es decir, necesitamos de varios filtros o etapas en la función de análisis de onda de un modelo.