21世紀以來♟，《Science》和《Nature》相繼報道：耳聾的問題比失明的問題更復雜，甚至更重要🥊。迄今為止，準確的詮釋耳蝸主動感音放大機製仍是人類一個重大的醫學難題。

耳蝸主動感音放大功能的實現伴隨著耳蝸內宏微觀各組織結構（基底膜、淋巴液、毛細胞、纖毛、馬達蛋白、鉀👩🏼‍🔧、鈣離子等）一系列復雜的耦合運動和能量轉換，但是這些生物物理機製尚不清楚🐌。 以上復雜的多結構聯動中所有微觀組織結構都附屬在基底膜上，即微觀組織結構的運動首先取決於基底膜的運動，故它的運動模式至關重要。

準確的刻畫基底膜的運動是詮釋耳蝸主動感音放大機理的關鍵科學問題。1960年，vonBékésy通過新鮮顳骨測試基底膜的運動⛪️🟠，提出了著名的行波理論，也因此獲得了諾貝爾獎。

由於耳蝸蝸管中充滿了淋巴液😏，結構組織非常精細而復雜，且低頻振動對應在螺旋耳蝸的頂尖🙀。頂尖部位較中底部超級微小精密復雜，實驗非常困難🚔，需要極度精密並且無創傷🪑。由此，von Békésy僅僅獲得了基底膜中高頻率運動數據，而缺乏低頻下的運動數據。

21世紀以來，科學家發現很多近代試驗現象無法通過行波理論得到解釋。

万事平台力學與工程科學學院姚文娟教授課題組基於數學物理及生物學等多學科理論，技巧性的利用張量映射方法，推導出空間螺旋耳蝸中淋巴液與基底膜的流-固耦合運動控製方程🥙，建立了吻合真實人體的空間螺旋形體耳蝸宏觀結構的力學理論解析模型。同時結合醫學和現代光源成像原理，建立了準確刻畫耳蝸的淋巴液—力—電—化多場耦合的數值模型（螺旋耳蝸的理論解析及精準的數值模型迄今為止未見報道）。

基於理論解析及數值聯合模型的計算分析，首次發現耳蝸宏觀支撐結構基底膜低頻下為新的駐波振動（迄今為止未見報道）👩‍🦯‍➡️。突破了諾貝爾獲獎者von Békésy於1960年通過實驗提出基底膜的行波運動理論的局限性。由此詮釋了低頻感音機製和行波理論不能解釋的許多近代實驗現象🕖。這一發現從理論上揭示了人類低頻感音機製中的生物物理力學耦合機理🪣，為耳科醫學的重大難題--耳蝸的主動感音放大機理以及感音性耳聾的病變機製提供生物力學的理論依據和應用基礎🪀。

該成果（Revealing the actions of the human cochlear basilar membrane at low frequency）已發表在中科院一區的國際TOP期刊Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation。

圖1 耳蝸主要宏觀結構圖 圖2耳蝸剖面的微觀結構（Corti器）

(a) Frequency amplitude curve (b) Frequency phase curve

Figure 4.Comparison of the amplitude and phases of the human BM calculated in this paper and the murine outer hair cells obtained by experiments at LFs

Figure 5.BM amplitude at LFs. (a) Analytical results; (b) 3D FEM results.

Figure 6.BM amplitude at middle and high frequencies. (a) 1,000 Hz and 3,000 Hz; (b) analytical and 3D FEM results and experimental data of von Békésy at 5,000 Hz; (c) analytical and 3D FEM results and experimental data of von Békésy at 10,000 Hz.