Die Cochlea ist eine gewundene Struktur im Innenohr, welche die Haarzellen enthält. Dabei handelt es sich um die Sinnesrezeptoren des Hörsystems. Die Schallwellen werden von kleinen Gehörknöchelchen, die am Trommelfell befestigt sind, an die Cochlea übertragen. Sie versetzt das ovale Fenster, das zum Innenohr führt, in Schwingungen. Dadurch wird die Flüssigkeit in den Kammern der Cochlea in Bewegung versetzt, wodurch die Basilarmembran in Schwingung gebracht wird.

Die Basilarmembran erstreckt sich vom basalen Ende der Cochlea in der Nähe des ovalen Fensters bis zum apikalen Ende an ihrer Spitze. Obwohl sich die Cochlea selbst zum apikalen Ende hin verengt, weist die Basilarmembran einen entgegengesetzten Aufbau auf. Sie wird zum apikalen Ende hin breiter und flexibler.

Aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften schwingt das apikale Ende der Basilarmembran maximal, wenn es niederfrequenten Tönen ausgesetzt ist. Dagegen schwingt das schmalere, steifere basale Ende maximal, wenn es höheren Frequenzen ausgesetzt ist. Dieser Gradient der Frequenzen erzeugt die Tonotopie der Cochlea. Das ist eine topographische Karte der Tonhöhen.

Die Haarzellen werden durch die Scherkräfte stimuliert, die durch die Vibration der Basilarmembran unter ihnen im Verhältnis zur steiferen Tektorialmembran über ihnen entstehen. Aufgrund der Tonotopie der Basilarmembran werden die Haarzellen je nach dem Ort, an dem sie sich in der Cochlea befinden, bei unterschiedlichen Frequenzen maximal stimuliert. Die am basalen Ende liegenden Haarzellen reagieren besonders auf hohe Frequenzen, während die am apikalen Ende liegenden Haarzellen dagegen auf tiefe Frequenzen. Daher haben ihre postsynaptischen Hörnervenzellen das gleiche tonotopische Muster.

Diese Tonotopie wird über die gesamte Hörbahn aufrechterhalten. Dabei wandern Informationen aus verschiedenen Regionen der Cochlea in organisierten, parallelen Bahnen durch das Gehirn. Letztendlich enthält der primäre auditorische Cortex eine Karte der Impulse vom dem basalen bis zum apikalen Ende der Cochlea. Die Neuronen, die innerhalb dieser Karte stimuliert werden, korrelieren mit den gehörten Frequenzen und helfen so bei der Unterscheidung der Tonhöhen.

Die Cochlea spielt daher sowohl bei der Umwandlung von Schallinformationen in neuronale Signale als auch bei der Kodierung der Tonhöhe am Anfang eine wichtige Rolle.