Cellules ciliées et sons audibles par l'oreille humaine
Cellules ciliées et sons audibles par l'oreille humaine
Cellules ciliées et sons audibles par l’oreille humaine
L’audition correspond à la perception par l’oreille de vibrations sonores : les sons, les bruits, la musique, etc. Cette perception est d’abord assurée par l’oreille externe, elle est transmise ensuite sous forme de vibrations à l’oreille moyenne, constituée du tympan et des osselets. Puis ces osselets transmettent leurs vibrations à l’oreille interne, constituée du vestibule et de la cochlée. Le vestibule est impliqué dans l’équilibre alors que la cochlée est impliquée dans la genèse de signaux nerveux qui sont ensuite envoyés au cortex, en particulier ici au cortex auditif, c’est alors qu’on a la sensation d’entendre quelque chose.
I. Sons percevables par l’oreille humaine
Les sons perçus par l’audition humaine sont d’abord qualifiables en terme d’intensité. L’unité de l’intensité est le décibel (dB), et l’oreille humaine est capable d’entendre des sons variant de 0 à 120 dB environ. Au-delà de 120 dB, le son est trop fort et cela peut entraîner des dommages irréversibles à l’oreille humaine.
En terme de fréquence, les sons sont aussi qualifiables de sons graves ou de sons aigus. Lorsque la fréquence est basse (autour de 20 Hz ou un peu plus), le son est grave. Plus le son est aigu plus sa fréquence est élevée, l’oreille humaine étant capable de percevoir des sons jusqu’à 20 000 Hz ou 20kHz.
II. Tonotopie cochléaire
La cochlée a une organisation en spirale. La présence de cellules capables d’enregistrer les sons les plus aigus se trouve au niveau de la base de la cochlée. La fréquence du son a une influence sur l’endroit où il est perçu. Plus on se déplace vers l’intérieur, vers l’apex de la cochlée, plus les sons perçus correspondent aux sons graves, jusqu’aux sons les plus graves qui se trouvent autour de 20 Hz, perçus par les cellules au cœur de la cochlée.
Cette organisation des cellules et de leur sensibilité aux différentes fréquences s’appelle la tonotopie cochléaire.
III. Cellules ciliées cochléaires : organisation et fonctionnement
Les cellules cochléaires ont différentes formes mais elles possèdent toutes à leur surface des cils vibratiles qui sont des prolongements de leur membrane. Ils sont capables de mouvements dans un sens ou dans l’autre. Les mouvements des cils sont coordonnés grâce à des petites structures (en jaune sur le schéma) qui les relient les uns aux autres.
Lorsqu’il y a mouvement des cils à cause des vibrations transmises depuis l’oreille externe vers l’oreille interne, il y a transmission de ce message à un neurone (en violet sur le schéma). Il y a alors naissance d’un message nerveux, qui part de la cellule cochléaire et est ensuite transmis tout le long du neurone, puis du nerf auditif jusqu’au cortex auditif.
Ainsi, on part d’un signal mécanique (puisqu’il y a vibration des cils suite au son) capté d’abord par l’oreille externe, puis moyenne, et ensuite il y a une transduction, c’est-à-dire une transformation (on parle de transduction mécano-nerveuse, mécano-électrique puisque les signaux nerveux sont des signaux de nature électrique) en signal nerveux.
La cellule ciliée et le neurone sensoriel auquel elle est reliée sont donc capables d’une transduction. Ce sont eux qui jouent le rôle de récepteur au son au niveau de l’oreille interne puis qui transmettent ce signal, cette fois-ci sous forme électrique, nerveuse, au sein du nerf vestibulo-cochléaire jusqu’au cortex auditif.
Conclusion
L’oreille humaine est capable de percevoir des sons de nature diverse avec une intensité variant de 0 à 120 dB, des sons plutôt graves ou plutôt aigus. Selon la nature et la fréquence du son, ce ne sont pas les mêmes cellules cochléaires qui sont impliquées mais le mécanisme est toujours le même : la vibration de cils à la surface de ces cellules cochléaires permet de générer des signaux nerveux de nature électrique transmis jusqu’au cerveau.
Nous avons environ 16 000 cellules ciliées, elles sont assez fragiles et endommagées par les hautes fréquences. Par ailleurs, elles se mettent en place pendant le développement embryonnaire et ensuite le capital est limité : elles ne se régénèrent pas. C’est la raison pour laquelle l’écoute à répétition de sons trop forts ou trop aigus endommage de façon irréversible l’audition et peuvent amener à la surdité.
Finalement, la perception de ces signaux auditifs correspond aux autres modes de perception dans nos sens. En effet, que ce soit pour la vision, l’ouïe, l’odorat, le toucher et le goût, lorsque le cerveau reçoit un message, c’est un message de nature nerveuse, donc électrique. Tous nos récepteurs sensoriels sont capables de transduction, et donc ils sont capables de transformer des signaux de nature diverse, tous ceux qui nous entourent, en signaux électriques qui sont ensuite reçus, perçus et interprétés par le cerveau.
L'oreille humaine et les principes de l'audition
L’oreille humaine et les principes de l’audition
Au même titre que la vue, l’odorat, le toucher ou le goût, l’ouïe fait partie de nos cinq sens, mais on parle d’audition pour désigner le fait que l’oreille est capable de percevoir les sons. Dans un second temps, ces sons perçus et collectés par notre oreille sont transmis vers le cerveau et c’est à ce moment-là qu’on est conscient d’entendre un son, un bruit, une musique, etc.
Schéma simplifié de l’oreille humaine
Voici un schéma simplifié de l’oreille humaine qui se lit de la gauche vers la droite. Il existe trois parties dans l’oreille humaine :
– L’oreille externe, en rose, qui correspond à ce qu’on appelle l’oreille dans la vie courante.
– L’oreille moyenne, en orange.
– L’oreille interne, en bleu.
L’oreille moyenne et l’oreille interne ne se voient pas à l’œil nu, mais elles sont impliquées dans la perception des sons, donc dans l’audition.
I. L’oreille externe
Le son correspond à un ensemble de vibrations collectées par l’oreille externe et en premier lieu par le pavillon, relativement large, qui joue le rôle d’antenne collectrice. Le son et les vibrations sont ensuite transmis dans le reste de l’oreille externe qu’on appelle le conduit auditif externe.
Ces vibrations sont perçues par une membrane, représentée en jaune et orange, qui s’appelle le tympan.
II. L’oreille moyenne
Le tympan humain est une petite membrane arrondie, d’à peu près 1 cm de hauteur sur un peu moins de 1 cm de largeur. Ce tympan vibre en fonction des vibrations correspondant aux sons perçus et transmis par le conduit auditif externe.
Ce tympan est relativement fragile mais il existe dans la zone de l’oreille moyenne des petits muscles qui, en se contractant, sous l’effet de la force de certains bruits, protègent un peu le tympan. Néanmoins, ces muscles sont assez fatigables et ne répondent pas à tous les bruits qui peuvent être dangereux pour l’oreille.
Ce tympan transmet ensuite ses vibrations à trois petits os, les osselets, qui font partie de l’oreille moyenne. Il s’agit du marteau, de l’enclume et de l’étrier (le plus petit os du corps humain). Ces osselets vont ensuite transmettre eux-mêmes leurs propres vibrations à l’oreille interne représentée en bleu.
III. L’oreille interne
L’oreille interne est composée de deux zones :
– le vestibule, constitué de trois canaux qu’on appelle canaux semi-circulaires,
– la cochlée, une sorte d’escargot.
Le vestibule est impliqué dans l’équilibre. Quand on a des problèmes d’équilibre, on recherche s’il n’y a pas un problème au niveau des cellules vestibulaires dans l’oreille interne.
La cochlée est impliquée dans l’audition. C’est de là que part le nerf auditif.
Est également représenté un conduit qui s’appelle la trompe d’Eustache, qui va vers le nez. Ce conduit a plusieurs rôles, il n’est pas impliqué dans l’audition, mais il est impliqué :
– dans l’évacuation de certaines bactéries, donc il y a un rôle protecteur au niveau de l’oreille interne ;
– dans la régulation de la pression et des vibrations au niveau du tympan. C’est lui qui est impliqué quand on se bouche le nez pour essayer de se déboucher les oreilles.
Au niveau de la cochlée, il y a un certain nombre de cellules, qui possèdent à leur surface des cils vibratiles, qui vibrent en fonction des sons et donc des vibrations transmises depuis l’oreille externe et moyenne. En fonction de ces vibrations des cils à la surface des cellules cochléaires, il y a formation d’un message nerveux qui passe par des neurones se trouvant au sein du nerf auditif qu’on appelle aussi nerf vestibulo-cochléaire.
Dans un second temps, ces messages nerveux seront transmis jusqu’au cortex, en particulier dans la zone du cortex auditif, et c’est à ce moment-là qu’on est conscient d’entendre les sons.
Les messages nerveux auditifs
Les messages nerveux auditifs
On sait qu’au niveau de la cochlée, des cellules ciliées transmettent les informations sonores à des neurones et qu’à partir de ces cellules ciliées est généré un message nerveux de nature électrique. Ce signal nerveux remonte jusqu’au cortex auditif en plusieurs étapes, en plusieurs voies. D’abord la voie principale qui va jusqu’au cortex auditif, ensuite la voie secondaire et ensuite les voies qui collaborent entre elles.
I. Voie principale
Ici est représenté le cerveau humain vu de profil, avec l’avant à gauche et l’arrière à droite.
Dans la voie principale, la cochlée (à l’intérieur de l’oreille interne) donne naissance à des messages nerveux électriques. Ces signaux remontent en 5 étapes jusqu’au cortex auditif qui se trouve à l’intérieur du cerveau. Chaque étape correspond à un neurone qui participe à la perception globale du son. A chaque étape le son est décortiqué et les informations nerveuses sont prétraitées avant une reconnaissance et une mémorisation globale au niveau du cortex auditif.
Etapes 1 et 2 : au niveau du bulbe rachidien (juste en-dessous le cerveau), détection de la durée, l’intensité, la fréquence du son.
Etape 3 : au niveau du mésencéphale, détection de la localisation, de la provenance du son.
Etape 4 : au niveau du thalamus (au cœur du cerveau), il y a un début d’intégration et la préparation éventuelle d’une réponse qui peut être une réponse motrice et, par exemple, une réponse vocale lorsqu’on répond avec sa bouche et ses cordes vocales à un son qui a été perçu.
Etape 5 : le message nerveux arrive par un dernier neurone au niveau du cortex auditif. Ce cortex auditif correspond à plusieurs zones, dont deux ont été représentées. On pourrait même parler d’un cortex primaire, secondaire, voire tertiaire. Le cortex auditif primaire est la zone représentée en jaune. Elle se trouve en profondeur dans le sillon latéral ou sillon de Sylvius. Le cortex auditif primaire collabore avec la zone juste en dessous, représentée en vert, qui est le cortex auditif secondaire.
Cette voie principale fait donc intervenir cinq neurones à la suite jusqu’à la perception globale au niveau du cortex auditif. On a donc reconnaissance et mémorisation des sons, des bruits, des musiques entendues. On parle de perception consciente.
Pour que cette perception soit consciente (qu’on ait vraiment l’impression d’avoir entendu quelque chose), il faut être éveillé. Lorsqu’on dort, nos voies auditives fonctionnent, mais en dehors de la situation d’éveil on n’a pas de perception consciente, on ne se rend pas compte qu’on entend les sons, même si les voies et les messages arrivent jusqu’au cortex auditif.
II. Voie secondaire
La voie secondaire est représentée en violet. Ces voies auditives font intervenir une collaboration avec des zones du cerveau impliquées dans les émotions, dans l’éveil justement, éventuellement dans le plaisir, et puis elles rejoignent aussi un cortex polysensoriel qui regroupe des informations issues de l’audition mais aussi de la vue, éventuellement de l’odorat, du toucher etc. Au final, il y a un traitement plus global des informations perçues et des informations dont nous sommes conscients.
III. Voies collaborant entre-elles
On a représenté une zone, ici l’aire de Broca (impliquée notamment dans le langage) qui collabore avec le cortex auditif. Ainsi, celui-ci collabore avec d’autres zones du cerveau dans la réalisation des grandes fonctions, par exemple le langage. En effet, parler met en jeu le fait de connaître des mots appris, et le fait de mobiliser ces connaissances pour pouvoir ressortir les mots que l’on veut exprimer. Il y aussi un lien avec les zones qui vont permettre d’interpréter ce qu’on entend et d’élaborer une réponse éventuellement vocale.
Le cortex auditif qui a reçu les informations par cette voie directe représentée en bleue collabore avec d’autres zones du cerveau qui sont à la surface du cerveau, au niveau du cortex, mais aussi en profondeur avec des noyaux, par exemple le thalamus. Le thalamus est important : il est au cœur de notre cerveau, il assure le lien entre l’hémisphère gauche et droit. Ici, il va assurer un lien entre le cortex auditif à gauche et le cortex auditif à droite.
C’est particulièrement important pour l’ouïe puisque le cortex auditif gauche et le cortex droit n’ont pas tout à fait le même rôle. Lorsqu’il s’agit de vision, les cortex visuels gauche et droit ont à peu près le même rôle. Ici, on est sur des rôles un peu différents : le cortex auditif gauche est plutôt impliqué dans le langage, la reconnaissance d’un langage qu’on entend, alors que le cortex auditif droit est plutôt impliqué dans la reconnaissance et l’évaluation du ton employé par la personne qui nous parle, de l’accent éventuel, de la musique, etc. On a donc deux cortex auditifs primaires qui fonctionnent de la même façon, mais qui communiquent et qui collaborent puisqu’ils n’ont pas tout à fait le même rôle dans la perception auditive.