Cochlea - Human Ear

Étude approfondie de la cochlée. - L'anatomie de l'oreille humaine, partie 2

Ce deuxième article sur le thème l'anatomie de l'oreille humaine est consacré au processus de transformation des sons provenant de vibrations mécaniques en signaux neurologiques. Nous étudions plus en détail la cochlée et sa fonction par rapport aux cellules ciliées situées dans l’oreille interne et externe qui régissent notre sensibilité auditive.

EN SAVOIR PLUS
ANATOMIE DE L'OREILLE HUMAINE 

Dans le premier article " Anatomie de l'oreille humaine ", la cochlée était présentée de façon simplifiée.

Comme illustré dans la figure 1 (ci-dessous), cela décrit l'interaction entre la membrane basilaire et les fluides du canal de la cochlée. Le canal cochléaire est la partie auditive de l'oreille interne et se situe dans deux cavités, appelées Rampe Vestibulaire et Rampe Tympanique.

Les rampes vestibulaires et tympaniques sont connectés à l’extrémité de la membrane basilaire, pour former un long conduit communicant, comme illustré dans la figure ci-dessous. Toutefois, il ne s'agit là que d'une représentation simplifiée de la cochlée, souvent utilisée pour mettre l'accent sur l'interaction entre le fluide et le mouvement de la membrane basilaire.

Cochlée / Rampe médiane

Un examen plus détaillé de la coupe transversale de la cochlée (figure 2) montre une troisième cavité remplie de liquide, appelée rampe médiane, en parallèle des deux autres. On constate également que la rampe vestibulaire n'est pas en contact direct avec la membrane basilaire. En fait, elle est séparée de la rampe médiane par la membrane de Reissner.

Membrane basilaire

De même, la membrane basilaire sépare la rampe médiane de la rampe tympanique. Les fluides de la rampe vestibulaire et de la rampe tympanique sont appelés périlymphe. Le fluide dans la rampe médiane est appelé endolymphe. La séparation entre ces fluides est nécessaire pour maintenir une concentration élevée d'ions potassium (K+) dans l'endolymphe.

Cette définition est basée sur les connaissances actuelles du processus de transduction. Compte tenu de la difficulté à étudier le fonctionnement interne d'une cochlée fonctionnelle et parce que les mécanismes essentiels ne sont plus fonctionnels dans les tissus morts, de nombreuses inconnues demeurent et les travaux de recherche se poursuivent.

Une cellule ciliée interne a) lorsque l'oreille est au repos, b) avec des cils décalés dues au mouvement du fluide et de la membrane basilaire c) après la pénétration d'ions potassium (K+) et si des ions calcium (Ca++) déclenchent une impulsion nerveuse. Ensuite, l'excès d'ions est éliminé de la cellule (flèches en pointillés) pour ramener la cellule à son état initial.

Organe de Corti

Sur la membrane basilaire, se situe une structure complexe appelée organe de Corti. C’est le vrai organe responsable de l’audition, qui traduit les mouvements en impulsions électrochimiques, transmises ensuite au cerveau par le biais des nerfs auditifs. La couche supérieure de l'organe contient des milliers de cellules ciliées qui font partie de l'endolymphe.

On distingue les cellules ciliées internes et externes, comme illustré dans le schéma ci-dessous :

Organe de corti

Cellules ciliées internes

Les cellules ciliées internes convertissent les mouvements mécaniques en signaux neurologiques (figure 3). On peut les comparer à de petits interrupteurs. Lorsqu'elle est fermée, les K+ de l'endolymphe ne peuvent pas pénétrer dans les cellules ciliées.

Toutefois, le mouvement de la membrane basilaire et de l'endolymphe fait dévier les cils entre eux de façon à ce que les liaisons des pointes ouvrent les canaux ioniques, provoquant un afflux de K+. Ce changement de la concentration ouvre une autre voie permettant un afflux d'ions calcium Ca++, qui déclenchent à leur tour l'impulsion réelle transmise au système nerveux central. Les ions sont alors rapidement éliminés des cellules pour atteindre leur état initial avec une faible concentration de K+ et de Ca++ dans les cellules ciliées.

Cellules ciliées de l'oreille interne

Dans le premier article, il a été démontré que chaque section de la membrane basilaire réagit plus intensément à une certaine fréquence (Figure 1). De plus, chaque section est associée à un ensemble spécifique de nerfs auditifs, et le système nerveux central identifie la fréquence en fonction de la fibre qui transmet l'impulsion.

En principe, une seule impulsion suffit pour communiquer une fréquence, et effectivement, chaque cycle d'onde ne correspond pas à une impulsion (figure 4). Au contraire, le nombre d'impulsions déclenchées par seconde dépend de l'intensité du son - plus le son est intense, plus nombreuses sont les impulsions déclenchées.

Comme illustré à la figure 4, les impulsions seront synchronisées avec les informations relatives à la phase des ondes sonores. Ce déphasage est particulièrement précis à basse fréquence et devient moins exact à haute fréquence. Cela permet au système auditif de comparer le timing entre les oreilles droite et gauche (lire : " Écoute en 3D ". Selon la forme de la tête et de la distance entre les oreilles, les signaux émis sur le côté sont enregistrés légèrement plus tôt par une oreille.

Outre la comparaison du temps de réception des salves de signaux, le système auditif dispose d'un indice directionnel pour les sons continus.

Système auditif

Cellules ciliées externes

Les cellules ciliées externes ne participent pas à la transduction. Au contraire, elles sont utilisées pour augmenter la sensibilité.

Les cloisons cellulaires renferment une protéine motrice nommée prestine, dont le volume augmente lorsqu'elle se fixe à un anion, en l'occurrence un anion chlorure (Cl-). Lorsque le mouvement de la cellule ciliée génère un afflux de K+, le Cl- est extrait des molécules de prestine, entraînant une diminution de leur volume (Figure 5). Lorsque la concentration de K+ est encore réduite, les anions se rattachent et les molécules reviennent à leur volume initial.

Ainsi, l'ensemble de la cellule se contracte ou se dilate, ce qui augmente l'amplitude des vibrations de la membrane basilaire. Le laps de temps écoulé entre deux impulsions successives correspond à un cycle d'onde complet (ou à des multiples de ce cycle) du son, de sorte que les impulsions sont toujours déclenchées dans la même phase du cycle d'onde, soit ici peu après le déclenchement.

Cellules ciliées de l'oreille

Fonctionnement schématique de la cellule ciliée externe avec a) une faible concentration d'ions potassium (K+) à l'intérieur de la cellule, les anions chlorure (Cl-) étant fixés aux molécules de prestine b) après un fort influx de K+, qui extrait le Cl- des molécules de prestine.



Sensibilité et dommages auditifs

Dosimètre de bruit
EN SAVOIR PLUS
DOSIMÈTRE DE BRUIT 
TYPE 4448

Le processus d'électromotilité est essentiel à la détection de sons très faibles. Les recherches montrent que sans la contribution active des cellules ciliées externes, nous perdons 20 à 40 dB de sensibilité.

Les sons faibles, tels que le bruit des feuilles et des oiseaux en forêt, dans une bibliothèque ou dans un salon, seraient inaudibles ou très difficiles à détecter sans ce mécanisme. Alors, pourquoi consacrer trois pages à la description des processus électrochimiques ? Nous souhaitons démontrer que l'oreille interne est un organe fragile qui demande beaucoup d'attention. À la naissance, l'oreille humaine compte environ 3500 cellules ciliées internes et 12000 cellules ciliées externes.

Malheureusement, elles ne peuvent se régénérer - et la destruction de ces cellules entraîne une perte auditive irréversible. Si l'âge et les pathologies sont des facteurs aggravants, l'une des principales causes de perte auditive ( qui peut être évitée) reste l'exposition prolongée au bruit.

Protection auditive



Matthias Scholz
Concepteur d'interface utilisateur
Ph.D. Acoustique appliquée
Brüel & Kjær

La morale de l'histoire est simple: Au travail, comme dans la vie quotidienne, protégez vos oreilles des détonations et des bruits excessifs ! Un moyen idéal pour vérifier que vous n'évoluez pas dans un environnement susceptible de nuire à votre audition (ou à votre santé.)

Notre dosimètre de bruit Type 4448 est conçu pour évaluer le bruit ambiant - et en calculant l'exposition au bruit, il permet de préconiser la protection auditive requise pour minimiser les risques associés à une exposition excessive au bruit.