Transduction de l'onde sonore : oreille interne

 

 

La perception des sons se fait au niveau de l’oreille interne, au niveau de la cochlée. Sur la paroi inférieure du limaçon membraneux se trouve l’organe de Corti, organe de la perception sensorielle auditive.

 

                    1) Structure de l’organe de Corti

 

L'organe de Corti est l'organe de la perception auditive. Constitué de cellules sensorielles (cellules ciliées internes ou CCI et cellules ciliées externes CCE), principalement situées dans le canal cochléaire, l’organe de Corti repose sur la membrane basilaire* et est recouvert par la membrane tectoriale qui flotte dans l'endolymphe contenue dans le canal cochléaire. La membrane basilaire s’élargit de la base à l’apex de la cochlée ; cette morphologie joue un rôle primordial dans l’analyse des différentes fréquences des ondes sonores par les cellules ciliées.

 

L'organe de Corti présente deux types de mécanorécepteurs : les cellules ciliées internes, disposées sur une seule rangée, et les cellules ciliées externes, disposées en trois rangées.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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                    2) Fonctionnement de la cochlée

 

La cochlée permet des capacités d’analyse sonore très précise, aussi bien en fréquence qu’en intensité. Elle permet d’analyser des sons entre 20 Hz et 20'000 Hz.

Le premier phénomène intervenant dans la perception des sons se fait par la déformation de la membrane basilaire où se situe l’organe de Corti. La pression acoustique transmise au liquide de l’oreille interne, par l’intermédiaire de l’étrier, génère une onde de pression qui va déformer la membrane basilaire en un lieu précis qui dépend de la fréquence. Les fréquences aigües agissent à la base de la cochlée et les fréquences graves à l’apex. C’est ce qu’on appelle la tonotopie cochléaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’analyse des fréquences sur la membrane basilaire est donc fonction du gradient d’élargissement de cette membrane. Cette variation morphologique de la largeur de la membrane basilaire est responsable de la tonotopie passive de la cochlée.

 

 

 

 

 

En 1961, Georg Von Békésy obtient le prix Nobel de Médecine avec le modèle de l’onde propagée. La tonotopie passive correspond à ce modèle avec une filtration mécanique des ondes en fonction de leur fréquence.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cette théorie s’est révélée insuffisante pour expliquer l’excellente discrimination des fréquences par la cochlée humaine. Il a été démontré, par la suite, que la vibration de la membrane basilaire pouvait être amplifiée, sur une partie très étroite, et donc provoquer l’activation de deux zones distinctes de cette membrane pour des fréquences très proches. Ce phénomène est expliqué par la tonotopie active et est possible grâce à l’électromotilité des cellules ciliées externes.

 

                    3) Rôle et fonctionnement de l’organe de Corti et de ses cellules ciliées

 

Les cellules ciliées de l’organe de Corti sont responsables de la transformation de l’onde mécanique en onde électrique. Les cellules appelées ciliées car elles possèdent, à leur sommet, des cils qui bougent en fonction des mouvements de la membrane basilaire, suite aux mouvements liquidiens de l'endolymphe. On distingue deux types de cellules ciliées : les cellules ciliées internes (ou CCI) et cellules ciliées externes (ou CCE).

                                  

                                   a) Les cellules ciliées internes

 

 

Les cellules ciliées internes sont les cellules qui participent le plus à l’audition. Chaque CCI a une dizaine de synapses qui la relie au nerf auditif cochléaire. Les CCI représentent 95% des fibres de ce nerf auditif, qui transmet le signal électrique au cerveau.

L’onde mécanique liquidienne, déclenchée par les mouvements de l’étrier, en passant dans la rampe vestibulaire, va entrainer une pression sur la membrane basilaire, où se situent les cellules ciliées, qui va bouger de haut en bas, entrainant l’inclinaison des CCI. Cette inclinaison va provoquer l’ouverture d’un canal au sommet de ces cellules ciliées, appelé canal ionique, fermé en temps normal. Les ions potassium K+, présents dans l’endolymphe, vont pénétrer dans la CCI et se rendre au pôle inférieur de la cellule, où ils vont provoquer, au niveau de la synapse (point de contact entre la CCI et le nerf auditif) une impulsion électrique au niveau du nerf afférent (qui va au cerveau).
Le message chimique est ainsi transformé en message électrique.

 

                                  

 

                                  b) Les cellules ciliées externes

 

Les cellules ciliées externes sont situées à l’extérieur de l’organe de Corti. Leurs cils sont en contact permanent avec la membrane tectoriale et leur extrémité est reliée, comme les CCI, au nerf cochléaire afférent (en vert dans le schéma ci-dessous), mais également au nerf cochléaire efférent (qui vient du cerveau, en rouge). Les CCE interviennent directement sur le fonctionnement des CCI. En effet, les CCI, elles, ne sont pas directement reliées à la membrane tectoriale et il faut que l’amplitude des mouvements de la membrane basilaire, de haut en bas, soit suffisante, pour que les cils des CCI soient en contact avec cette membrane tectoriale, et activer donc le processus de transduction. Si l’onde est inférieure à 50 dB, les CCI ne sont pas stimulées. C’est alors qu’interviennent les CCE, qui vont, par leur contraction, amplifier les mouvements de la membrane basilaire pour des ondes inférieures à 50 dB. C’est le phénomène d’électromotilité.

L’inclinaison des cils des CCE entrainent le même phénomène que pour les CCI, c’est-à-dire l’ouverture des canaux ioniques, et donc l’apparition d’une onde électrique au niveau du nerf afférent, situé à son extrémité. En revanche, pour les CCE, il existe un contrôle du cerveau, par l’intermédiaire du nerf efférent, qui va envoyer un signal électrique à ces cellules pour les contracter, correspondant ainsi au phénomène d’électromotilité cité auparavant.

 

Les CCE jouent donc le rôle d'oscillateurs qui amplifient très localement la vibration de la membrane basilaire. Cette propriété des CCE augmente la sensibilité de la cochlée d'environ 60 dB et améliore sa capacité à coder de manière différentielle des fréquences très proches. Le rôle des CCE est donc primordial pour la fonction auditive, ce sont de véritables amplificateurs cochléaires.
Pour un son pur de 10 kHz, par exemple, la tonotopie active induit une amplification d’environ 50 dB sur une portion très fine de la membrane basilaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Animation-bilan de l’organe de Corti :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Se référer à la page : "Lexique"