L’oreille et l’audition L2 – Biologie Humaine et Technologies de la Santé L’oreille et l’audition Erwan STÉPHAN-BLANCHARD

Le son Son : partie audible du spectre des vibrations acoustiques L'audition prend en compte 2 paramètres des vibrations acoustiques : la fréquence ou nombre de vibrations par seconde (Hertz = Hz) qui définit les sons aigus et graves l'intensité ou amplitude de la vibration (décibel = dB) qui définit les sons forts ou faibles La période est l'inverse de la fréquence (T=1/F) : les courtes périodes caractérisent les sons aigus de hautes fréquences les périodes plus longues caractérisent les sons graves de basses fréquences

Le son (2) Son aigu cette sinusoïde représente un son pur d'une fréquence de 3000 Hz Son grave cette sinusoïde représente un son pur d'une fréquence de 300 Hz Sons fort (noir) et faible (bleu) ces sinusoïdes représentent des sons de même fréquence (300 Hz), mais d'intensités différentes

Le son (3) Son pur la vibration est caractérisée par une seule fréquence (p=période, t=temps, i=intensité) Son musical à la même fréquence fondamentale que le son pur ci-dessus s'ajoutent des harmoniques (fréquences plus aiguës, multiples entiers de la fréquence fondamentale) qui caractérisent le timbre de l'instrument ou de la voix Bruit : pas de fréquence caractéristique

Intensité : le décibel (dB)

L’homme ne peut pas percevoir les sons qui dépassent ces limites. Fréquences (Hz) L’oreille humaine perçoit les sons dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz (fréquence la plus grave) et 20 000 Hz (fréquence perçue la plus aiguë). Toute fréquence inférieure à 20 Hz est qualifiée d'infrasons et tout ce qui est au-delà de 20 kHz, d'ultrasons. L’homme ne peut pas percevoir les sons qui dépassent ces limites.

Courbe audiométrique Diagramme de WEGEL

Anatomie de l’oreille

L’oreille externe L’oreille externe se comporte comme une antenne acoustique : Le pavillon (associé au volume crânien) diffracte les ondes Le conduit auditif externe et la conque jouent un rôle de résonateur Le tympan est la terminaison acoustique de l’oreille externe

L’oreille externe (2) Fonction de transfert : Modification de l'amplitude et de la phase des ondes acoustiques lors de la propagation du milieu extérieur jusqu’au tympan. Ex. : Pour ce son pur, la fonction de transfert entre l'entrée (courbe bleue) et la sortie (courbe rouge) du signal est de +6 dB pour l' amplitude (x2) et de - p/2 pour la phase (retard de 1/4 de période).

L’oreille moyenne 1. Marteau 2. Ligament du marteau 3. Enclume 4. Ligament de l'enclume 5. Muscle de l'étrier 6. Platine de l'étrier 7. Tympan 8. Trompe d'Eustache 9. Muscle du marteau 10. Corde du tympan sectionnée

L’oreille moyenne (2) Fonction de transfert : L’oreille moyenne transmet l'énergie acoustique du tympan à l’oreille interne, en réalisant une adaptation d’impédance entre un milieu aérien et un milieu liquidien. L ’oreille moyenne est un amplificateur de pression : Rapport des surfaces (~ 20) entre le tympan (0,6 cm²) et la platine de l’étrier (0,03 cm²) Amplification théorique de pression : x26 (+28 dB)

L’oreille interne La capsule osseuse a été enlevée pour visualiser le vestibule (1 - équilibre) et le tour basal de la cochlée (4) avec l'organe de Corti (3). Les nerfs vestibulaires et cochléaires se rejoignent (2) à l'entrée du système nerveux central, pour former le VIIIème nerf crânien.

La cochlée Schéma de l'enroulement du canal cochléaire (1) et celui des rampes vestibulaire (2) et tympanique (3). Au centre (modiolus), le ganglion spiral (4) et les fibres du nerf cochléaire (5) apparaissent en jaune. La cochlée est constituée d'un ensemble de 3 tubes enroulés en spirale et emplis de fluides essentiels au bon fonctionnement des cellules sensorielles de l'oreille interne : périlymphe pour les rampes tympanique et vestibulaire endolymphe pour le canal cochléaire

La cochlée (2) Tonotopie passive : Distribution des fréquences le long de la membrane basilaire d'une cochlée humaine

L’organe de Corti C’est l'organe sensori-nerveux de la cochlée. Il est composé des cellules sensorielles (cellules ciliées), des fibres nerveuses qui leur sont connectées et des structures annexes ou de support. 1 CCI (1) et 3 CCEs (2) sont représentées de part et d'autre du tunnel de Corti (3). La membrane tectoriale (6), flottant dans l'endolymphe coiffe les stéréocils des cellules ciliées. La CCE solidement ancrée sur la cellule de Deiters (7) a sa membrane latérale en contact direct avec le tunnel de Corti (3) et les espaces de Nuel (8). Les fibres nerveuses gagnent ou quittent l'organe de Corti au travers de la membrane basilaire (4).

L’organe de Corti (2) (1) Les vibrations sonores font onduler la membrane basilaire. (2) Lorsque la membrane basilaire s'élève, les cils sont basculés vers l'extérieur et la CCE est dépolarisée (entrée des ions K+). (3) Les CCEs dépolarisées se contractent (électromotilité) et amplifient la vibration initiale ; ils jouent aussi un rôle de filtre sélectif (tonotopie active). (4) La CCI est excitée par un contact direct avec la membrane tectoriale. (5) La synapse entre CCI et fibre du nerf auditif est activée et un message est envoyé au cerveau.

Les cellules ciliées Cellule ciliée interne (CCI) Cellule ciliée externe (CCE) 1. Noyau 2. Stéréocils 3. Plaque cuticulaire 4. Nerf auditif (neurone de type I) 5. Efférence latérale 6. Efférence médiane 7. Nerf auditif (neurone de type II)

Les cellules ciliées (2) Homme : ~3500 CCIs et 12500 CCEs Les cellules ciliées partagent avec les neurones la propriété de faire leur mitose terminale avant de se différencier; en d'autres termes, leur nombre est fixé très tôt dans le développement (10 sem. de gestation chez l'homme), et les cellules ciliées endommagées au cours de la vie ne sont pas remplacées, dans la cochlée de mammifère. Spire cochléaire de rat en MEB

Les cellules ciliées (3) Les stéréocils des cellules ciliées sont le siège de la transduction mécano-électrique, c'est-à-dire de la transformation de la vibration sonore en message nerveux interprétable par le cerveau. Le mécanisme de cette transduction est similaire pour les deux types de cellules sensorielles. Stéréocils CCI (linéaire) Stéréocils CCE (W)

Les voies auditives 1. Sillon latéral (de Sylvius) 2. Aire temporale 3. Cortex auditif

Voie auditive primaire Voie courte (3 ou 4 relais), rapide (grosses fibres myélinisées) qui aboutit au cortex auditif primaire (à droite). Le nerf cochléaire (VIII) véhicule l'information codée par la cochlée, chacun des relais effectuant un travail spécifique de décodage et d'interprétation qui est ensuite transmis aux relais supérieurs. Intégration du thalamus : préparation d'une réponse motrice (vocale par exemple) cortex auditif : reconnaissance, mémorisation

Voie auditive secondaire Après plusieurs relais dans la formation réticulée, puis dans le thalamus non spécifique, cette voie aboutit au cortex polysensoriel. Le rôle de cette voie, qui regroupe les différents messages sensoriels envoyés simultanément au cerveau, est de permettre une sélection du type d'information à traiter en priorité ; elle est reliée aux centres des motivations et d'éveil, ainsi qu'aux centres de la vie végétative.

Pathologies neuro-sensorielles Type Causes Physiopathologie Conséquences Épigénétique - Drogues ototoxiques (diurétiques, antibiotiques) - Traumatisme acoustique Perte des cellules ciliées - Baisse audition - Surdité acquise Absence totale de cellules ciliées Disparition de l’organe de Corti Surdité totale Pathologie des neurones cochléaires - Accident ischémique local Excitotoxicité au glutamate - Presbyacousie - Acouphènes Génétiques Mutations Surdité

Autres pathologies Type Causes Physiopathologie Conséquences Otites (externe, moyenne) - Bactérienne (Pseudomonas) - Mycosique - Inflammation du conduit auditif externe - Inflammation de la muqueuse respiratoire - Oedèmes des tissus du canal - Douleur du pavillon auriculaire - Suintement (otorrhée) Labyrinthite (otite interne) Bactérienne Virale Allergies - Infection de l’oreille interne - Inflammation Perte équilibre Perte de l’ouïe Neurinome de l’acoustique Tumeur nerveuse bénigne Surdité unilatérale Acouphènes Vertiges… Otospongiose Facteurs génétiques Modif. hormonales Fixation de la platine de l’étrier Calcification Surdité

Presbyacousie Bande son Audiogramme clinique Ces courbes audiométriques représentent la capacité auditive de sujets "normaux". Avec l'âge la courbe s'affaisse dans les fréquences aiguës (presbyacousie). Bande son

Explorations fonctionnelles Méthode objective 1 : Potentiels unitaires de la cochlée Les potentiels unitaires sont enregistrés directement dans une seule cellule ou fibre nerveuse du nerf auditif.

Explorations fonctionnelles (2) Méthode objective 2 : Potentiels globaux cochléaires Les potentiels globaux cochléaires (composites), recueillis à distance par électrocochléographie, reflètent l'ensemble des potentiels unitaires.

Explorations fonctionnelles (3) Méthode objective 3 : Potentiels évoqués L'électrode placée sur le crâne permet d'enregistrer 5 ondes majeures (I à V) : la première (I), avec une latence d' 1 ms, reflète toujours le potentiel du nerf auditif ; les autres, celles des noyaux relais du tronc cérébral.