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Modu<strong>le</strong> ; intégré 3<br />

Neurosciences Audition<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Audition<br />

Plan du <strong>cours</strong><br />

Cochlée : .................................................................................................................................2<br />

rappel anatomo-fonctionnel............................................................................................................ 2<br />

Rô<strong>le</strong> <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées internes (CCI) : <strong>le</strong>s "vraies" cellu<strong>le</strong>s sensoriel<strong>le</strong>s.............................. 4<br />

Rô<strong>le</strong> <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes (CCE) ....................................................................................... 5<br />

Synthèse du fonctionnement cochléaire... et <strong>de</strong> sa régulation centra<strong>le</strong> .................................... 6<br />

voies et centres auditifs ........................................................................................................9<br />

voies primaires et non primaires.................................................................................................... 9<br />

Intégration comportementa<strong>le</strong>........................................................................................................ 10<br />

Physiopathologies neurosensoriel<strong>le</strong>s <strong>de</strong> la cochlée ........................................................11<br />

physiopathologie <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées et <strong>de</strong>s neurones ganglionnaires .................................. 11<br />

<strong>Faculté</strong> <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine <strong>Montpellier</strong>-Nîmes


Modu<strong>le</strong> ; intégré 3<br />

Neurosciences Audition<br />

Cochlée :<br />

rappel anatomo-fonctionnel<br />

A gauche : cochlée humaine à la fin <strong>de</strong> son développement morphologique (5 mois in utero). La capsu<strong>le</strong><br />

osseuse a été disséquée, laissant apparaître <strong>le</strong>s 2 tours et <strong>de</strong>mi <strong>de</strong> spire <strong>de</strong> la cochlée membraneuse :<br />

noter <strong>le</strong>s fenêtres ron<strong>de</strong> (flèche rouge) et ova<strong>le</strong> (flèche jaune). A droite, cochlée <strong>de</strong> rat en microscopie<br />

é<strong>le</strong>ctronique à balayage ; après dissection <strong>de</strong> la capsu<strong>le</strong> osseuse et du labyrinthe membraneux, <strong>le</strong>s 3<br />

tours <strong>de</strong> spire <strong>de</strong> l’organe <strong>de</strong> Corti sont visib<strong>le</strong>s : la cochlée humaine ne comporte que 2 tours 1/2.<br />

Organe <strong>de</strong> corti en microscopie é<strong>le</strong>ctronique à balayage<br />

Au fort grossissement, l’arrangement <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées internes (CCI) sur une rangée et externes<br />

(CCEs) sur 3 rangées apparaît clairement. A droite : coupe transversa<strong>le</strong> .<br />

NB. Dans chaque cochlée humaine il y a 3.500 CCI et 12.500 CCE : un nombre ridicu<strong>le</strong>ment faib<strong>le</strong> si on<br />

<strong>le</strong> compare à la vingtaine <strong>de</strong> millions <strong>de</strong> photorécepteurs rétiniens ! Et ces cellu<strong>le</strong>s une fois différenciées<br />

(à 3 mois in utero) ne se renouvel<strong>le</strong>nt plus : on ne peut qu'en perdre !<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

<strong>Faculté</strong> <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine <strong>Montpellier</strong>-Nîmes


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Neurosciences Audition<br />

Comparaison entre la vue en microscopie à balayage (scanning, à gauche), plongeant sur la surface <strong>de</strong>s<br />

cellu<strong>le</strong>s ciliées, et l’image en microscopie optique (Nomarski, à droite).<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Zoom sur <strong>le</strong>s cils <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s<br />

ciliées internes (rangée du<br />

bas) et externes (3 rangées<br />

du haut)<br />

Cette simp<strong>le</strong> présentation <strong>de</strong>s principaux acteurs <strong>de</strong> la physiologie cochléaire, <strong>le</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées, est déjà<br />

un indice fort <strong>de</strong> la dualité fonctionnel<strong>le</strong> <strong>de</strong> cet organe sensoriel. De fait, on peut par<strong>le</strong>r <strong>de</strong> "cochlée <strong>de</strong>s<br />

cellu<strong>le</strong>s ciliées internes" et cochlée <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes et cette dualité va être confortée par la<br />

neurobiologie.<br />

Innervation <strong>de</strong> l'organe <strong>de</strong> Corti : neurones ganglionnaires<br />

Les CCI sont reliées aux neurones du ganglion spiral (GS) par <strong>le</strong>s fibres myélinisées <strong>de</strong> la lame spira<strong>le</strong><br />

osseuse (LSO). Il existe 2 types <strong>de</strong> neurones : <strong>le</strong>s plus gros (flèches b<strong>le</strong>ues) et plus nombreux (95%)<br />

sont branchés sur <strong>le</strong>s CCI et véhicu<strong>le</strong>nt <strong>le</strong>s messages auditifs. Les petits neurones non myélinisés (flèche<br />

verte) branchés sur <strong>le</strong>s CCE ne véhicu<strong>le</strong>nt pas <strong>de</strong> message auditif : ils informent <strong>le</strong> SNC sur<br />

l'é<strong>le</strong>ctromotilité <strong>de</strong>s CCE.<br />

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Neurosciences Audition<br />

Rô<strong>le</strong> <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées internes (CCI) : <strong>le</strong>s "vraies" cellu<strong>le</strong>s sensoriel<strong>le</strong>s<br />

Les cellu<strong>le</strong>s ciliées internes<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Innervation <strong>de</strong> la cellu<strong>le</strong> ciliée interne :<br />

cablée pour transmettre rapi<strong>de</strong>ment <strong>le</strong> message codé au SNC.<br />

Les cellu<strong>le</strong>s ciliées internes sont <strong>le</strong>s vraies cellu<strong>le</strong>s sensoriel<strong>le</strong>s, au sens où el<strong>le</strong>s effectuent l'ensemb<strong>le</strong><br />

<strong>de</strong>s opérations <strong>de</strong> transduction en passant <strong>le</strong> message au nerf auditif (représenté en b<strong>le</strong>u) ; la synapse<br />

glutamatergique est régulée en rétro-contro<strong>le</strong> (feed-back) par <strong>le</strong> système efférent latéral (représenté en<br />

rose). Les neurotransmetteurs <strong>de</strong> ces <strong>de</strong>ux synapses sont indiqués.<br />

La cellu<strong>le</strong> ciliée interne (CCI) et son comp<strong>le</strong>xe synaptique<br />

La base d'une CCI est entourée, en moyenne, d'une dizaine <strong>de</strong> comp<strong>le</strong>xes synaptiques = la CCI (i) fait<br />

synapse avec une <strong>de</strong>ndrite du nerf auditif (a), el<strong>le</strong> même contactée par <strong>de</strong>s terminaisons efférentes<br />

(flèches vertes) ; la flèche jaune représente une synapse efférente.<br />

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Neurosciences Audition<br />

Fonctionnement <strong>de</strong> la synapse CCI / nerf auditif<br />

Le bascu<strong>le</strong>ment <strong>de</strong>s cils <strong>de</strong> la CCI ouvre <strong>le</strong>s canaux K+; au pô<strong>le</strong> synaptique, la dépolarisation libère <strong>le</strong><br />

glutamate qui excite la fibre auditive (b<strong>le</strong>ue).<br />

Rô<strong>le</strong> <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes (CCE)<br />

Les cellu<strong>le</strong>s ciliées externes : ou <strong>le</strong> "préampli-tuner"<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Les cellu<strong>le</strong>s ciliées externes et <strong>le</strong>ur innervation<br />

L'é<strong>le</strong>ctromotilité <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes, responsab<strong>le</strong> d'une pré-amplification et d'un filtrage actif<br />

<strong>de</strong> la vibration, est contrôlée par <strong>le</strong> système efférent médian (représenté en rouge), principa<strong>le</strong>ment<br />

cholinergique. Une information sur cette activité est renvoyée au SNC par <strong>le</strong>s neurones <strong>de</strong> type II<br />

(représentant 5 % du nerf auditif, en vert) : il ne s'agit pas d'un message auditif !<br />

Le mécanisme actif <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes<br />

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Neurosciences Audition<br />

La base physiologique du mécanisme actif <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes repose sur la présence, au<br />

niveau <strong>de</strong> <strong>le</strong>ur membrane latéra<strong>le</strong>, d'une mosaïque <strong>de</strong> molécu<strong>le</strong>s transmembranaires <strong>de</strong> prestine,<br />

protéine qui change <strong>de</strong> conformité (se raccourcit) lorsque <strong>le</strong>s ions K+ pénètrent dans la cellu<strong>le</strong> (voir<br />

transduction). La liaison entre ces molécu<strong>le</strong>s <strong>de</strong> prestine (véritab<strong>le</strong>s moteurs) et <strong>le</strong> réseau du<br />

cytosque<strong>le</strong>tte <strong>de</strong> la CCE induit sa contraction (dépolarisation), puis son élongation (hyperpolarisation).<br />

L'é<strong>le</strong>ctro-contraction <strong>de</strong>s CCE amplifie loca<strong>le</strong>ment la vibration <strong>de</strong> la partition cochléaire et <strong>le</strong>s CCI vont<br />

être excitées avec un maximum d'efficacité.<br />

Synthèse du fonctionnement cochléaire... et <strong>de</strong> sa régulation centra<strong>le</strong><br />

Le fonctionnement <strong>de</strong> l'organe <strong>de</strong> Corti, pour un son <strong>de</strong> faib<strong>le</strong> intensité (paro<strong>le</strong> par exemp<strong>le</strong>) peut<br />

schématiquement se résumer en 5 phases :<br />

(1) Les vibrations sonores transmises à la périlymphe font ondu<strong>le</strong>r la membrane basilaire vers <strong>le</strong> haut et <strong>le</strong><br />

bas. La tonotopie passive (on<strong>de</strong> propagée?) mobilise la membrane basilaire <strong>de</strong> la base (sons aigus) à<br />

l'apex (sons graves) <strong>de</strong> la cochlée.<br />

(2) Les stéréocils <strong>de</strong>s CCE, implantés dans la membrane tectoria<strong>le</strong> sont déplacés horizonta<strong>le</strong>ment :<br />

lorsque la membrane basilaire s'élève, <strong>le</strong>s cils sont basculés vers l'extérieur et la CCE est dépolarisée<br />

(entrée <strong>de</strong>s ions K+) .<br />

(3) Les CCE excitées (dépolarisées) se contractent (é<strong>le</strong>ctromotilité). Du fait du couplage étroit entre CCE,<br />

membrane basilaire et lame réticulaire, ce mécanisme actif fournit <strong>de</strong> l'énergie amplifiant la vibration<br />

initia<strong>le</strong> ; en même temps il joue un rô<strong>le</strong> <strong>de</strong> filtre sé<strong>le</strong>ctif (tonotopie active).<br />

(4) La CCI est excitée, probab<strong>le</strong>ment par un contact direct avec la ban<strong>de</strong> <strong>de</strong> Hensen <strong>de</strong> la membrane<br />

tectoria<strong>le</strong>.<br />

(5) La synapse entre CCI et fibre du nerf auditif est activée et un message est envoyé au cerveau.<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

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Neurosciences Audition<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Résumé du fonctionnement d'une cochlée saine<br />

Dans une cochlée norma<strong>le</strong>, l'on<strong>de</strong> dite <strong>de</strong> Békésy provoque un maximum <strong>de</strong> vibration sur<br />

la partition cochléaire en fonction <strong>de</strong> la fréquence du son : c'est la tonotopie passive<br />

(aiguës à la base, graves à l'apex). Cela provoque 1) la stimulation <strong>de</strong>s CCE qui se<br />

contractent (é<strong>le</strong>ctromotilité) et 2) amplifient et accor<strong>de</strong>nt en fréquence l'on<strong>de</strong> <strong>de</strong> vibration<br />

qui 3) excite sé<strong>le</strong>ctivement la cellu<strong>le</strong> ciliée interne (CCI). Le message est alors transmis<br />

au SNC par <strong>le</strong> nerf auditif. En retour <strong>le</strong> SNC peut contrô<strong>le</strong>r l'é<strong>le</strong>ctromotilité (système<br />

efférent médian) et la synapse entre la cellu<strong>le</strong> ciliée interne et <strong>le</strong> nerf auditif (système<br />

efférent latéral).<br />

Nota : l'é<strong>le</strong>ctro-contraction <strong>de</strong>s CCE se transforme aussi en vibration <strong>de</strong>s liqui<strong>de</strong>s<br />

cochléaires et peut être récupérée par un microphone posé dans <strong>le</strong> conduit auditif externe<br />

: ce sont <strong>le</strong>s oto-émissions acoustiques (OAE) <strong>de</strong>venues un test objectif <strong>de</strong> la fonction<br />

cochléaire, non invasif et rapi<strong>de</strong>, très utilisé chez <strong>le</strong> nouveau-né.<br />

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Neurosciences Audition<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Résumé du fonctionnement d'une cochlée privée <strong>de</strong> cellu<strong>le</strong>s ciliées externes<br />

Sans CCE, la cochlée perd sa sensibilité et sa sé<strong>le</strong>ctivité en fréquences. Il faut un son<br />

beaucoup plus fort (+ 60 dB) pour stimu<strong>le</strong>r directement <strong>le</strong>s CCI. Pire, <strong>le</strong> mécanisme<br />

d'accord en fréquences étant perdu,la même CCI peut être stimulée par <strong>de</strong>s fréquences<br />

voisines : la discrimination fréquentiel<strong>le</strong> ne pourra plus se faire correctement dans <strong>le</strong><br />

cerveau.<br />

Cf. plus loin : pathologies neurosensoriel<strong>le</strong>s <strong>de</strong> la cochlée.<br />

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Neurosciences Audition<br />

voies et centres auditifs<br />

voies primaires et non primaires<br />

Voie auditive primaire (à gauche) : spécifique à l'audition et discriminative (revoyez <strong>le</strong>s principes<br />

<strong>de</strong> fonctionnement au chapitre "généralités"). Le nerf auditif (neurones <strong>de</strong> type I branchés sur <strong>le</strong>s<br />

cellu<strong>le</strong>s ciliées internes) entre dans <strong>le</strong> tronc cérébral où un premier relais est effectué (noyaux<br />

cochléaires), la voie primaire croise la ligne médiane pour monter au cerveau : el<strong>le</strong> relaie dans l'olive<br />

supérieure, <strong>le</strong> colliculus inférieur et <strong>le</strong> thalamus (corps genouillé médian) avant d'aboutir au cortex<br />

auditif (temporal).<br />

Voie non primaire (réticulaire, à droite) : non spécifique (revoyez <strong>le</strong>s principes <strong>de</strong> fonctionnement<br />

au chapitre "généralités"). Après <strong>le</strong> premier relais (noyaux cochléaires), <strong>le</strong>s informations auditives<br />

sont intégrées aux autres informations sensoriel<strong>le</strong>s dans la formation réticulée; cette voie bilatéra<strong>le</strong><br />

passe par <strong>le</strong> thalamus non-spécifique et aboutit entre autre au cortex associatif.<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

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Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Intégration comportementa<strong>le</strong><br />

Schéma synthétique du fonctionnement et <strong>de</strong>s interactions <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux types <strong>de</strong> voies :<br />

Nota : revoir à ce propos <strong>le</strong> <strong>cours</strong> sur <strong>le</strong>s généralités<br />

Nota : revoir à ce propos <strong>le</strong> <strong>cours</strong> sur <strong>le</strong>s généralités<br />

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Neurosciences Audition<br />

Physiopathologies neurosensoriel<strong>le</strong>s <strong>de</strong> la cochlée<br />

physiopathologie <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées et <strong>de</strong>s neurones ganglionnaires<br />

Physiopathologie <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées<br />

Surdité liée à la perte <strong>de</strong>s CCE, à la suite d'un traitement ototoxique par exemp<strong>le</strong>.<br />

On note une perte progressive <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées externes (CCEs) se traduisant par une baisse <strong>de</strong><br />

sensibilité et <strong>de</strong> discrimination en fréquences.<br />

La figure du bas où la majorité <strong>de</strong>s CCEs a disparu correspond à une perte <strong>de</strong> 60 dB et une<br />

discrimination fortement atténuée. Cela se traduit, sur l'audiogramme vocal <strong>de</strong> droite par la courbe rouge :<br />

impossibilité <strong>de</strong> répéter un mot avant 60 dB et impossibilité <strong>de</strong> dépasser 70% <strong>de</strong> réponses justes quel<br />

que soit <strong>le</strong> niveau, alors qu'il suffit <strong>de</strong> 20 dB pour qu'un sujet normo-entendant (courbe b<strong>le</strong>ue) obtienne<br />

100% <strong>de</strong> réponses justes!<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

Perte tota<strong>le</strong> <strong>de</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées (externes et internes) = surdité tota<strong>le</strong>.<br />

La disparition <strong>de</strong> toutes <strong>le</strong>s cellu<strong>le</strong>s ciliées entraîne une surdité tota<strong>le</strong>.<br />

Les cellu<strong>le</strong>s ciliées détruites n’ont pas la propriété <strong>de</strong> régénérer (en tout cas dans la cochlée <strong>de</strong><br />

mammifère) ... même si <strong>le</strong>s recherches se poursuivent dans ce domaine.<br />

Seul l’implant cochléaire, qui stimu<strong>le</strong> directement <strong>le</strong>s fibres du nerf auditif, peut redonner quelques<br />

facultés auditives.<br />

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Neurosciences Audition<br />

Physiopathologie <strong>de</strong>s neurones ganglionnaires<br />

Avril 2005<br />

R. Pujol<br />

La cellu<strong>le</strong> ciliée interne surstimulée libère trop <strong>de</strong> glutamate. Il peut en en résulter :<br />

- une phase aiguë avec surdité temporaire et acouphène (voir plus bas)<br />

- une phase retardée avec mort neurona<strong>le</strong> et surdité définitive<br />

En condition <strong>de</strong> bruit excessif (mais c'est aussi <strong>le</strong> cas en condition ischémique), la CCI libère trop <strong>de</strong><br />

glutamate et son action excitotoxique détruit la postsynapse. En phase aiguë, la synapse peut se réparer<br />

et fonctionner à nouveau (surdité temporaire). En phase retardée, la répétition <strong>de</strong> ce phénomène peut<br />

entraîner une mort neurona<strong>le</strong>, liée à l’entrée massive <strong>de</strong> calcium (surdité définitive).<br />

Lésion <strong>de</strong> la terminaison du nerf auditif et déclanchement d'un acouphène<br />

La libération excessive <strong>de</strong> glutamate (cf. ci-<strong>de</strong>ssus) détruit la synapse, mais aussi irrite la terminaison du<br />

nerf auditif qui se met à envoyer au système nerveux central <strong>de</strong>s volées <strong>de</strong> messages aberrants<br />

interprétés comme <strong>de</strong>s acouphènes.<br />

<strong>Faculté</strong> <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine <strong>Montpellier</strong>-Nîmes

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