21世纪以来，《Science》和《Nature》相继报道：耳聋的问题比失明的问题更复杂，甚至更重要。迄今为止，准确的诠释耳蜗主动感音放大机制仍是人类一个重大的医学难题。

耳蜗主动感音放大功能的实现伴随着耳蜗内宏微观各组织结构（基底膜、淋巴液、毛细胞、纤毛、马达蛋白、钾、钙离子等）一系列复杂的耦合运动和能量转换，但是这些生物物理机制尚不清楚。 以上复杂的多结构联动中所有微观组织结构都附属在基底膜上，即微观组织结构的运动首先取决于基底膜的运动，故它的运动模式至关重要。

准确的刻画基底膜的运动是诠释耳蜗主动感音放大机理的关键科学问题。1960年，vonBékésy通过新鲜颞骨测试基底膜的运动，提出了著名的行波理论，也因此获得了诺贝尔奖。

由于耳蜗蜗管中充满了淋巴液，结构组织非常精细而复杂，且低频振动对应在螺旋耳蜗的顶尖。顶尖部位较中底部超级微小精密复杂，实验非常困难，需要极度精密并且无创伤。由此，von Békésy仅仅获得了基底膜中高频率运动数据，而缺乏低频下的运动数据。

21世纪以来，科学家发现很多近代试验现象无法通过行波理论得到解释。

上海大学力学与工程科学学院姚文娟教授课题组基于数学物理及生物学等多学科理论，技巧性的利用张量映射方法，推导出空间螺旋耳蜗中淋巴液与基底膜的流-固耦合运动控制方程，建立了吻合真实人体的空间螺旋形体耳蜗宏观结构的力学理论解析模型。同时结合医学和现代光源成像原理，建立了准确刻画耳蜗的淋巴液—力—电—化多场耦合的数值模型（螺旋耳蜗的理论解析及精准的数值模型迄今为止未见报道）。

基于理论解析及数值联合模型的计算分析，首次发现耳蜗宏观支撑结构基底膜低频下为新的驻波振动（迄今为止未见报道）。突破了诺贝尔获奖者von Békésy于1960年通过实验提出基底膜的行波运动理论的局限性。由此诠释了低频感音机制和行波理论不能解释的许多近代实验现象。这一发现从理论上揭示了人类低频感音机制中的生物物理力学耦合机理，为耳科医学的重大难题--耳蜗的主动感音放大机理以及感音性耳聋的病变机制提供生物力学的理论依据和应用基础。

该成果（Revealing the actions of the human cochlear basilar membrane at low frequency）已发表在中科院一区的国际TOP期刊Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation。

图1 耳蜗主要宏观结构图 图2耳蜗剖面的微观结构（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.