A cóclea é uma estrutura enrolada no ouvido interno que contém células ciliadas—os receptores sensoriais do sistema auditivo. Ondas sonoras são transmitidas à cóclea por pequenos ossos ligados ao tímpano chamado ossículos, que vibram a janela oval que leva ao ouvido interno. Isso faz com que o fluido nas câmaras da cóclea se mova, vibrando a membrana basilar.

A membrana basilar estende-se desde a extremidade basal da cóclea perto da janela oval até a extremidade apical na sua ponta. Embora a cóclea em si se estreite em direção à extremidade apical, a membrana basilar tem a geometria oposta—tornando-se mais ampla e flexível na direção da extremidade apical.

Principalmente por causa dessas características físicas, a extremidade apical da membrana basilar vibra ao ser exposta a sons de baixa frequência, enquanto que a extremidade basal mais estreita e rígida vibra ao ser exposta a altas frequências. Esse gradiente de resposta de frequência cria tonotopia—um mapa topográfico do tom—na cóclea.

As células ciliadas são estimuladas pela força de cisalhamento criada pela vibração da membrana basilar abaixo delas, em relação à membrana tectorial mais rígida acima delas. Devido à tonotopia da membrana basilar, as células ciliadas são estimuladas por diferentes frequências, dependendo de onde se encontram na cóclea. As na extremidade basal respondem melhor a altas frequências, e as na extremidade apical respondem melhor a baixas frequências. Consequentemente, as suas células pós-sinápticas—as células nervosas auditivas—têm o mesmo padrão tonotópico de resposta.

Essa tonotopia é mantida em toda a via auditiva, com informações de diferentes regiões da cóclea viajando em vias organizadas e paralelas através do cérebro. Em última análise, o córtex auditivo primário contém um “mapa” de sinais da extremidade basal da cóclea até à apical. Os neurónios estimulados dentro deste mapa correlacionam com as frequências ouvidas, auxiliando na discriminação do tom.

Portanto, a cóclea desempenha um papel vital tanto na transdução de informações sonoras para sinais neurais como na codificação inicial do tom.