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Cellules sensorielles en chef

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Qu'est-ce qui fait que les neurones de second ordre de la corne grise postérieure de la moelle épinière sont appelés cellules sensorielles « chefs » ?

Pourquoi n'appelons-nous pas les neurones de 1er ordre ou de troisième ordre ou d'autres neurones de deuxième ordre dans différentes parties de la partie grise de la colonne vertébrale comme « chef » ?


Chef Cellules Sensorielles - Biologie

Nous expérimentons la réalité à travers nos sens. Les sens sont les méthodes physiologiques de perception, donc un sens est une faculté par laquelle les stimuli extérieurs sont perçus. Les sens et leur fonctionnement, leur classification et leur théorie sont des sujets qui se chevauchent et étudiés par une variété de domaines. De nombreux neurologues ne sont pas d'accord sur le nombre de sens qu'il y a réellement en raison d'une interprétation large de la définition d'un sens. Nos sens sont divisés en deux groupes différents. Notre extérocepteurs détecter les stimulations provenant de l'extérieur de notre corps : cela inclut l'odorat, le goût et l'équilibre. Les intercepteurs recevoir une stimulation de l'intérieur de notre corps : cela inclut la chute de la pression artérielle, les changements dans les niveaux de glucose et de pH. On enseigne généralement aux enfants qu'il y a cinq sens (la vue, l'ouïe, le toucher, l'odorat, le goût). Cependant, il est généralement admis qu'il existe au moins sept sens différents chez l'homme, et un minimum de deux autres observés chez d'autres organismes. Le sens peut également différer d'une personne à l'autre. Prenons le goût par exemple : ce qui peut avoir bon goût pour une personne aura un mauvais goût pour quelqu'un d'autre. Cela a à voir avec la façon dont le cerveau interprète les stimuli qui sont reçus.


Les voies respiratoires

Armin Braun, . Susanne Rittinghausen, dans La souris de laboratoire (deuxième édition) , 2012

Globules éosinophiles (gouttelettes)

Des globules éosinophiles sont parfois observés dans les cellules sustentaculaires de l'épithélium olfactif, les cellules épithéliales respiratoires et les cellules épithéliales des glandes séromuqueuses nasales (figure 2.7.12). Leur apparition est liée à l'âge et considérée comme représentant soit une réponse adaptative non spécifique [87], soit un changement dégénératif [75] . Dans les cas avancés, ces inclusions hyalines éosinophiles peuvent être associées à la formation de cristaux intra- et/ou extracellulaires et se trouvent également dans d'autres organes, y compris le poumon (voir ci-dessous). Il a été montré que les globules éosinophiles réagissaient avec des anticorps contre la carboxylestérase et avec des anticorps contre la séquence Ym1 de la protéine Ym2, un membre de la famille des chitinases [89, 90] .

Graphique 2.7.12 . Globules éosinophiles et formation de cristaux dans l'épithélium respiratoire olfactif et l'épithélium des glandes sous-muqueuses de la cavité nasale.


Réponses des plantes à la gravité

Qu'elles germent ou non à la lumière ou dans l'obscurité totale, les pousses sortent généralement du sol et les racines poussent vers le bas dans le sol. Une plante couchée sur le côté dans l'obscurité enverra des pousses vers le haut si on lui donne suffisamment de temps. Le gravitropisme garantit que les racines poussent dans le sol et que les pousses poussent vers la lumière du soleil. La croissance de l'extrémité apicale de la pousse vers le haut est appelée gravitropisme négatif, tandis que la croissance des racines vers le bas est appelée gravitropisme positif.

Amyloplastes (aussi connu sous le nom statolithes) sont des plastes spécialisés qui contiennent des granules d'amidon et se déposent vers le bas en réponse à la gravité. Les amyloplastes se trouvent dans les pousses et dans les cellules spécialisées de la coiffe racinaire. Lorsqu'une plante est inclinée, les statolithes tombent sur la nouvelle paroi cellulaire inférieure. Quelques heures plus tard, la pousse ou la racine montrera une croissance dans la nouvelle direction verticale.

Le mécanisme qui médie le gravitropisme est raisonnablement bien compris. Lorsque les amyloplastes se déposent au fond des cellules sensibles à la gravité dans la racine ou la pousse, ils entrent physiquement en contact avec le réticulum endoplasmique (RE), provoquant la libération d'ions calcium à l'intérieur du RE. Cette signalisation calcique dans les cellules provoque le transport polaire de l'hormone végétale IAA vers le bas de la cellule. Dans les racines, une forte concentration d'IAA inhibe l'élongation cellulaire. L'effet ralentit la croissance sur la face inférieure de la racine, tandis que les cellules se développent normalement sur la face supérieure. L'IAA a l'effet inverse dans les pousses, où une concentration plus élevée sur la face inférieure de la pousse stimule l'expansion cellulaire, provoquant la croissance de la pousse. Une fois que la pousse ou la racine a commencé à pousser verticalement, les amyloplastes reviennent à leur position normale. D'autres hypothèses, impliquant la cellule entière dans l'effet gravitropique, ont été proposées pour expliquer pourquoi certains mutants dépourvus d'amyloplastes peuvent encore présenter une faible réponse gravitropique.


Toucher

Toucher est la capacité de détecter la pression, les vibrations, la température, la douleur et d'autres stimuli tactiles. Ces types de stimuli sont détectés par les mécanorécepteurs, les thermorécepteurs et les nocicepteurs dans tout le corps, mais plus particulièrement dans la peau. Ces récepteurs sont particulièrement concentrés sur la langue, les lèvres, le visage, la paume des mains et la plante des pieds. Divers types de récepteurs tactiles dans la peau sont illustrés à la figure (PageIndex<2>).

Figure (PageIndex<2>) : les récepteurs tactiles de la peau comprennent les terminaisons nerveuses libres, les cellules de Merkel, les corpuscules de Meissner, les corpuscules de Pacini, les plexus radiculaires et les corpuscules de Ruffini. Chaque type de récepteur sensoriel répond à un type différent de stimulus tactile. Par exemple, les terminaisons nerveuses libres répondent généralement à la douleur et aux variations de température, tandis que les cellules de Merkel sont associées au sens du toucher léger et à la discrimination des formes et des textures.


Les neurones sont organisés en circuits

Chez les animaux multicellulaires complexes, tels que les insectes et les mammifères, divers types de neurones forment des circuits de signalisation. Dans le type simple de circuit appelé un arc réflexe, les interneurones connectent plusieurs neurones sensoriels et moteurs, permettant à un neurone sensoriel d'affecter plusieurs neurones moteurs et à un neurone moteur d'être affecté par plusieurs neurones sensoriels, de cette manière les interneurones intègrent et améliorent les réflexes. Par exemple, le réflexe rotulien chez l'homme implique un arc réflexe complexe dans lequel un muscle est stimulé à se contracter tandis qu'un autre est empêché de se contracter (Figure 21-5). De tels circuits permettent à un organisme de répondre à une entrée sensorielle par l'action coordonnée d'ensembles de muscles qui atteignent ensemble un objectif unique. Cependant, ces systèmes nerveux simples n'expliquent pas directement les fonctions cérébrales d'ordre supérieur telles que le raisonnement et le calcul.

Figure 21-5

L'arc réflexe du genou chez l'humain. Le positionnement et le mouvement de l'articulation du genou sont accomplis par deux muscles qui ont des actions opposées : la contraction du muscle quadriceps redresse la jambe, tandis que la contraction du muscle biceps plie le (plus. )

Les neurones sensoriels et moteurs de circuits tels que le réflexe rotulien sont contenus dans le système nerveux périphérique (Figure 21-6). Ces circuits envoient et reçoivent des informations du système nerveux central (SNC), qui comprend le cerveau et la moelle épinière et est composé principalement d'interneurones. Hautement spécialisé cellules réceptrices sensorielles, qui répondent à des stimuli environnementaux spécifiques, envoient leurs sorties soit directement au cerveau (par exemple, les récepteurs du goût et de l'odorat) soit aux neurones sensoriels périphériques (par exemple, les récepteurs de la douleur et de l'étirement). Le système nerveux périphérique contient deux grandes classes de motoneurones. Les motoneurones somatiques stimuler les muscles volontaires, tels que ceux des bras, des jambes et du cou les corps cellulaires de ces neurones sont situés à l'intérieur du système nerveux central, soit dans le cerveau, soit dans la moelle épinière. Les neurones moteurs autonomes innervent les glandes, le muscle cardiaque et les muscles lisses non sous contrôle conscient, tels que les muscles qui entourent l'intestin et d'autres organes du tractus gastro-intestinal. Les deux classes de motoneurones autonomes, sympathique et parasympathique, ont généralement des effets opposés : une classe stimule un muscle ou une glande, et l'autre l'inhibe. Les neurones sensoriels somatiques, qui transmettent des informations au système nerveux central, ont leurs corps cellulaires regroupés en ganglions, masses de tissu nerveux qui se trouvent juste à l'extérieur de la moelle épinière. Les corps cellulaires des motoneurones du système nerveux autonome se trouvent également dans les ganglions. Chaque nerf périphérique est en fait un faisceau d'axones, certains font partie des neurones moteurs, d'autres font partie des neurones sensoriels.

21-6

Un diagramme très schématique du système nerveux des vertébrés. Le système nerveux central (SNC) comprend le cerveau et la moelle épinière. Il reçoit des informations sensorielles directes des yeux, du nez, de la langue et des oreilles. Le système nerveux périphérique (SNP) comprend trois (plus. )

Après avoir passé en revue les caractéristiques générales de la structure, des interactions et des circuits simples des neurones, penchons-nous sur le mécanisme par lequel un neurone génère et conduit des impulsions électriques.


BIO 140 - Biologie humaine I - Manuel

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Chapitre 47

Perception sensorielle

  • Décrire différents types de récepteurs sensoriels
  • Décrire les structures responsables des sens particuliers du goût, de l'odorat, de l'ouïe, de l'équilibre et de la vision
  • Distinguer comment les différents goûts sont traduits
  • Décrire les moyens de mécanoréception pour l'audition et l'équilibre
  • Énumérez les structures de support autour de l'œil et décrivez la structure du globe oculaire
  • Décrire les processus de phototransduction

Un rôle majeur des récepteurs sensoriels est de nous aider à mieux connaître l'environnement qui nous entoure, ou l'état de notre environnement interne. Des stimuli provenant de diverses sources et de différents types sont reçus et transformés en signaux électrochimiques du système nerveux. Cela se produit lorsqu'un stimulus modifie le potentiel de la membrane cellulaire d'un neurone sensoriel. Le stimulus amène la cellule sensorielle à produire un potentiel d'action qui est relayé dans le système nerveux central (SNC), où il est intégré à d'autres informations sensorielles et parfois à des fonctions cognitives plus élevées pour devenir une perception consciente de ce stimulus. L'intégration centrale peut alors conduire à une réponse motrice.

Décrire la fonction sensorielle avec le terme sensation ou perception est une distinction délibérée. La sensation est l'activation des cellules réceptrices sensorielles au niveau du stimulus. La perception est le traitement central des stimuli sensoriels en un schéma significatif. La perception dépend de la sensation, mais toutes les sensations ne sont pas perçues. Les récepteurs sont les cellules ou les structures qui détectent les sensations. Une cellule réceptrice est modifiée directement par un stimulus. Un récepteur de protéine transmembranaire est une protéine de la membrane cellulaire qui médie un changement physiologique dans un neurone, le plus souvent par l'ouverture de canaux ioniques ou des changements dans les processus de signalisation cellulaire. Les récepteurs transmembranaires sont activés par des produits chimiques appelés ligands. Par exemple, une molécule dans les aliments peut servir de ligand pour les récepteurs du goût. D'autres protéines transmembranaires, qui ne sont pas exactement appelées récepteurs, sont sensibles aux changements mécaniques ou thermiques. Les modifications physiques de ces protéines augmentent le flux d'ions à travers la membrane et peuvent générer un potentiel d'action ou un potentiel gradué dans les neurones sensoriels.

Récepteurs sensoriels

Les stimuli dans l'environnement activent des cellules réceptrices spécialisées dans le système nerveux périphérique. Différents types de stimuli sont détectés par différents types de cellules réceptrices. Les cellules réceptrices peuvent être classées en types sur la base de trois critères différents : type de cellule, position et fonction. Les récepteurs peuvent être classés structurellement sur la base du type de cellule et de leur position par rapport aux stimuli qu'ils détectent. Ils peuvent également être classés fonctionnellement sur la base de la transduction de stimuli ou de la façon dont le stimulus mécanique, la lumière ou le produit chimique ont modifié le potentiel de la membrane cellulaire.

Types de récepteurs structurels

Les cellules qui interprètent les informations sur l'environnement peuvent être soit (1) un neurone qui a une terminaison nerveuse libre, avec des dendrites intégrées dans le tissu qui recevrait une sensation (2) un neurone qui a une terminaison encapsulée dans laquelle les terminaisons nerveuses sensorielles sont encapsulé dans du tissu conjonctif qui améliore leur sensibilité ou (3) une cellule réceptrice spécialisée, qui a des composants structurels distincts qui interprètent un type spécifique de stimulus (Figure 1). Les récepteurs de la douleur et de la température dans le derme de la peau sont des exemples de neurones qui ont des terminaisons nerveuses libres. Également situés dans le derme de la peau se trouvent des corpuscules lamellaires, des neurones avec des terminaisons nerveuses encapsulées qui répondent à la pression et au toucher. Les cellules de la rétine qui répondent aux stimuli lumineux sont un exemple de récepteur spécialisé, un photorécepteur .

Figure 1 : Les types de cellules réceptrices peuvent être classés en fonction de leur structure. Les neurones sensoriels peuvent avoir soit (a) des terminaisons nerveuses libres, soit (b) des terminaisons encapsulées. Les photorécepteurs dans les yeux, tels que les cellules en bâtonnets, sont des exemples de (c) cellules réceptrices spécialisées. Ces cellules libèrent des neurotransmetteurs sur une cellule bipolaire, qui se synapse alors avec les neurones du nerf optique.

Une autre façon de classer les récepteurs est basée sur leur emplacement par rapport aux stimuli. Un extérocepteur est un récepteur situé à proximité d'un stimulus dans l'environnement externe, tels que les récepteurs somatosensoriels situés dans la peau. Un interocepteur est celui qui interprète les stimuli des organes et tissus internes, tels que les récepteurs qui détectent l'augmentation de la pression artérielle dans l'aorte ou le sinus carotidien. Enfin, un propriocepteur est un récepteur situé à proximité d'une partie mobile du corps, comme un muscle, qui interprète les positions des tissus lorsqu'ils se déplacent.

Types de récepteurs fonctionnels

Une troisième classification des récepteurs est la façon dont le récepteur transduit les stimuli en changements de potentiel membranaire. Les stimuli sont de trois types généraux. Certains stimuli sont des ions et des macromolécules qui affectent les protéines réceptrices transmembranaires lorsque ces produits chimiques diffusent à travers la membrane cellulaire. Certains stimuli sont des variations physiques de l'environnement qui affectent les potentiels membranaires des cellules réceptrices. D'autres stimuli incluent le rayonnement électromagnétique de la lumière visible. Pour les humains, la seule énergie électromagnétique perçue par nos yeux est la lumière visible. Certains autres organismes ont des récepteurs qui manquent aux humains, tels que les capteurs de chaleur des serpents, les capteurs de lumière ultraviolette des abeilles ou les récepteurs magnétiques des oiseaux migrateurs.

Les cellules réceptrices peuvent être catégorisées en fonction du type de stimuli qu'elles transduisent. Les stimuli chimiques peuvent être interprétés par un chimiorécepteur qui interprète les stimuli chimiques, comme le goût ou l'odeur d'un objet. Les osmorécepteurs répondent aux concentrations de solutés des fluides corporels. De plus, la douleur est principalement un sens chimique qui interprète la présence de produits chimiques provenant de lésions tissulaires ou de stimuli intenses similaires, via un nocicepteur. Les stimuli physiques, tels que la pression et les vibrations, ainsi que la sensation de son et la position du corps (équilibre), sont interprétés par un mécanorécepteur. Un autre stimulus physique qui a son propre type de récepteur est la température, qui est détectée par un thermorécepteur qui est soit sensible aux températures supérieures (chaleur) ou inférieures (froid) à la température corporelle normale.

Modalités sensorielles

Demandez à n'importe qui quels sont les sens, et ils énuméreront probablement les cinq sens principaux : le goût, l'odorat, le toucher, l'ouïe et la vue. Cependant, ce ne sont pas tous les sens. L'omission la plus évidente de cette liste est l'équilibre. De plus, ce que l'on appelle simplement le toucher peut être subdivisé en pression, vibration, étirement et position du follicule pileux, sur la base du type de mécanorécepteurs qui perçoivent ces sensations tactiles. D'autres sens négligés incluent la perception de la température par les thermorécepteurs et la perception de la douleur par les nocicepteurs.

Dans le domaine de la physiologie, les sens peuvent être classés comme généraux ou spécifiques. Un sens général est celui qui est distribué dans tout le corps et a des cellules réceptrices dans les structures d'autres organes. Les mécanorécepteurs dans la peau, les muscles ou les parois des vaisseaux sanguins sont des exemples de ce type. Les sens généraux contribuent souvent au sens du toucher, comme décrit ci-dessus, ou à la proprioception (mouvement du corps) et à la kinesthésie (mouvement du corps), ou au sens viscéral, qui est le plus important pour les fonctions autonomes. Un sens particulier est celui auquel un organe spécifique lui est consacré, à savoir l'œil, l'oreille interne, la langue ou le nez.

Chacun des sens est appelé une modalité sensorielle. La modalité fait référence à la manière dont l'information est codée, ce qui est similaire à l'idée de transduction. Les principales modalités sensorielles peuvent être décrites en fonction de la façon dont chacune est transduite. Les sens chimiques sont le goût et l'odorat. Le sens général que l'on appelle habituellement le toucher comprend la sensation chimique sous forme de nociception ou de douleur. La pression, les vibrations, l'étirement musculaire et le mouvement des cheveux par un stimulus externe sont tous détectés par les mécanorécepteurs. L'ouïe et l'équilibre sont également détectés par les mécanorécepteurs. Enfin, la vision implique l'activation de photorécepteurs.

Énumérer toutes les différentes modalités sensorielles, qui peuvent être au nombre de 17, implique de séparer les cinq sens principaux en catégories plus spécifiques, ou sous-modalités, du sens le plus large. Une modalité sensorielle individuelle représente la sensation d'un type spécifique de stimulus. Par exemple, le sens général du toucher, connu sous le nom de somatosensation, peut être séparé en pression légère, pression profonde, vibration, démangeaison, douleur, température ou mouvement des cheveux.

Gustation (Goût)

Seules quelques sous-modalités reconnues existent dans le sens du goût ou de la gustation. Jusqu'à récemment, seuls quatre goûts étaient reconnus : le sucré, le salé, l'acide et l'amer. Les recherches au tournant du 20e siècle ont conduit à la reconnaissance du cinquième goût, l'umami, au milieu des années 1980. Umami est un mot japonais qui signifie "goût délicieux" et est souvent traduit par salé. Des recherches très récentes ont suggéré qu'il pourrait également y avoir un sixième goût pour les graisses ou les lipides.

La gustation est le sens particulier associé à la langue. La surface de la langue, ainsi que le reste de la cavité buccale, est tapissée d'un épithélium pavimenteux stratifié. Les bosses surélevées appelées papilles (singulier = papille) contiennent les structures de la transduction gustative. Il existe quatre types de papilles, en fonction de leur apparence (Figure 2) : circonvallées, foliées, filiformes et fongiformes. Dans la structure des papilles se trouvent des papilles gustatives qui contiennent des cellules réceptrices gustatives spécialisées pour la transduction des stimuli gustatifs. Ces cellules réceptrices sont sensibles aux produits chimiques contenus dans les aliments ingérés, et elles libèrent des neurotransmetteurs en fonction de la quantité de produit chimique dans l'aliment. Les neurotransmetteurs des cellules gustatives peuvent activer les neurones sensoriels des nerfs crâniens facial, glossopharyngé et vague.

Figure 2 : La langue est recouverte de petites bosses, appelées papilles, qui contiennent des papilles gustatives sensibles aux produits chimiques contenus dans les aliments ou les boissons ingérés. Différents types de papilles se trouvent dans différentes régions de la langue. Les papilles gustatives contiennent des cellules réceptrices gustatives spécialisées qui répondent aux stimuli chimiques dissous dans la salive. Ces cellules réceptrices activent les neurones sensoriels qui font partie des nerfs faciaux et glossopharyngés. LM × 1600. (Micrographie fournie par les Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Le goût salé est simplement la perception des ions sodium (Na + ) dans la salive. Lorsque vous mangez quelque chose de salé, les cristaux de sel se dissocient en les ions composants Na + et Cl &ndash , qui se dissolvent dans la salive de votre bouche. La concentration en Na + devient élevée en dehors des cellules gustatives, créant un fort gradient de concentration qui entraîne la diffusion de l'ion dans les cellules. L'entrée de Na+ dans ces cellules entraîne la dépolarisation de la membrane cellulaire et la génération d'un potentiel récepteur.

Le goût aigre est la perception de la concentration en H +. Tout comme les ions sodium dans les saveurs salées, ces ions hydrogène pénètrent dans la cellule et déclenchent la dépolarisation. Les saveurs acides sont essentiellement la perception des acides dans nos aliments. L'augmentation des concentrations d'ions hydrogène dans la salive (abaissement du pH de la salive) déclenche des potentiels gradués progressivement plus forts dans les cellules gustatives. Par exemple, le jus d'orange&mdash qui contient de l'acide citrique&mdash aura un goût aigre car il a un pH d'environ 3. Bien sûr, il est souvent sucré de sorte que le goût aigre est masqué.

Les deux premiers goûts (salé et acide) sont déclenchés par les cations Na + et H + . Les autres goûts résultent de molécules alimentaires se liant à un récepteur couplé aux protéines G. Un système de transduction du signal de la protéine G conduit finalement à la dépolarisation de la cellule gustative. Le goût sucré est la sensibilité des cellules gustatives à la présence de glucose dissous dans la salive. D'autres monosaccharides tels que le fructose, ou des édulcorants artificiels tels que l'aspartame (NutraSweet&trade), la saccharine ou le sucralose (Splenda&trade) activent également les récepteurs sucrés. L'affinité pour chacune de ces molécules varie, et certaines auront un goût plus sucré que le glucose car elles se lient différemment à la protéine G et au récepteur couplé.

Le goût amer est similaire au sucré en ce que les molécules alimentaires se lient aux récepteurs couplés aux protéines G. Cependant, cela peut se produire de différentes manières, car il existe une grande diversité de molécules au goût amer. Certaines molécules amères dépolarisent les cellules gustatives, tandis que d'autres hyperpolarisent les cellules gustatives. De même, certaines molécules amères augmentent l'activation des protéines G au sein des cellules gustatives, tandis que d'autres molécules amères diminuent l'activation des protéines G. La réponse spécifique dépend de la molécule qui se lie au récepteur.

Un groupe majeur de molécules au goût amer sont les alcaloïdes. Les alcaloïdes sont des molécules contenant de l'azote que l'on trouve couramment dans les produits végétaux au goût amer, tels que le café, le houblon (dans la bière), les tanins (dans le vin), le thé et l'aspirine. En contenant des alcaloïdes toxiques, la plante est moins sensible aux infections microbiennes et moins attrayante pour les herbivores.

Par conséquent, la fonction du goût amer peut principalement être liée à la stimulation du réflexe nauséeux pour éviter d'ingérer des poisons. Pour cette raison, de nombreux aliments amers qui sont normalement ingérés sont souvent combinés avec un composant sucré pour les rendre plus agréables au goût (crème et sucre dans le café, par exemple). La concentration la plus élevée de récepteurs amers semble se trouver dans la langue postérieure, où un réflexe nauséeux pourrait encore cracher de la nourriture toxique.

Le goût connu sous le nom d'umami est souvent appelé goût salé. Comme le sucré et l'amer, il est basé sur l'activation de récepteurs couplés aux protéines G par une molécule spécifique. La molécule qui active ce récepteur est l'acide aminé L-glutamate. Par conséquent, la saveur umami est souvent perçue en mangeant des aliments riches en protéines. Sans surprise, les plats qui contiennent de la viande sont souvent décrits comme salés.

Une fois que les cellules gustatives sont activées par les molécules gustatives, elles libèrent des neurotransmetteurs sur les dendrites des neurones sensoriels. Ces neurones font partie des nerfs crâniens faciaux et glossopharyngés, ainsi qu'un composant du nerf vague dédié au réflexe nauséeux. Le nerf facial se connecte aux papilles gustatives dans le tiers antérieur de la langue. Le nerf glossopharyngien se connecte aux papilles gustatives dans les deux tiers postérieurs de la langue. Le nerf vague se connecte aux papilles gustatives à l'extrême postérieur de la langue, à la limite du pharynx, qui sont plus sensibles aux stimuli nocifs tels que l'amertume.

Regardez la vidéo liée ci-dessous pour en savoir plus sur le Dr Danielle Reed du Monell Chemical Senses Center à Philadelphie, en Pennsylvanie, qui s'est intéressée à la science dès son plus jeune âge en raison de ses expériences sensorielles. Elle a reconnu que son sens du goût était unique par rapport à d'autres personnes qu'elle connaissait. Maintenant, elle étudie les différences génétiques entre les gens et leur sensibilité aux stimuli gustatifs. Dans la vidéo, il y a une brève image d'une personne tirant la langue, qui a été recouverte d'un colorant coloré. C'est ainsi que le Dr Reed est capable de visualiser et de compter les papilles à la surface de la langue. Les gens se divisent en deux groupes appelés &ldquotasters&rdquo et &ldquonon-tasters&rdquo en fonction de la densité des papilles sur leur langue, qui indique également le nombre de papilles gustatives. Les non-goûteurs peuvent goûter les aliments, mais ils ne sont pas aussi sensibles à certains goûts, comme l'amertume. Le Dr Reed a découvert qu'elle ne goûte pas, ce qui explique pourquoi elle percevait l'amertume différemment des autres personnes qu'elle connaissait. Êtes-vous très sensible aux goûts? Pouvez-vous voir des similitudes entre les membres de votre famille?

Olfaction (odeur)

Comme le goût, le sens de l'odorat, ou olfaction, est également sensible aux stimuli chimiques. Les neurones récepteurs olfactifs sont situés dans une petite région à l'intérieur de la cavité nasale supérieure (Figure 3). Cette région est appelée épithélium olfactif et contient des neurones sensoriels bipolaires. Chaque neurone sensoriel olfactif a des dendrites qui s'étendent de la surface apicale de l'épithélium dans le mucus tapissant la cavité. Lorsque les molécules en suspension dans l'air sont inhalées par le nez, elles traversent la région épithéliale olfactive et se dissolvent dans le mucus. Ces molécules odorantes se lient à des protéines qui les maintiennent dissoutes dans le mucus et aident à les transporter vers les dendrites olfactives. Le complexe odorant&ndashprotéine se lie à une protéine réceptrice à l'intérieur de la membrane cellulaire d'une dendrite olfactive. Ces récepteurs sont couplés aux protéines G et produiront un potentiel membranaire gradué dans les neurones olfactifs.

L'axone d'un neurone olfactif s'étend de la surface basale de l'épithélium, à travers un foramen olfactif dans la plaque cribriforme de l'os ethmoïde, et dans le cerveau. Le groupe d'axones appelé tractus olfactif se connecte au bulbe olfactif sur la surface ventrale du lobe frontal. De là, les axones se séparent pour voyager vers plusieurs régions du cerveau. Certains se déplacent vers le cerveau, en particulier vers le cortex olfactif primaire qui est situé dans les zones inférieure et médiale du lobe temporal. D'autres se projettent sur les structures du système limbique et de l'hypothalamus, où les odeurs sont associées à la mémoire à long terme et aux réponses émotionnelles. C'est ainsi que certaines odeurs déclenchent des souvenirs émotionnels, comme l'odeur de la nourriture associée à un lieu de naissance. L'odorat est la seule modalité sensorielle qui ne se synapse pas dans le thalamus avant de se connecter au cortex cérébral. Cette connexion intime entre le système olfactif et le cortex cérébral est l'une des raisons pour lesquelles l'odeur peut être un puissant déclencheur de souvenirs et d'émotions.

L'épithélium nasal, y compris les cellules olfactives, peut être endommagé par les produits chimiques toxiques en suspension dans l'air. Par conséquent, les neurones olfactifs sont régulièrement remplacés au sein de l'épithélium nasal, après quoi les axones des nouveaux neurones doivent trouver leurs connexions appropriées dans le bulbe olfactif. Ces nouveaux axones se développent le long des axones déjà en place dans le nerf crânien.

Figure 3 : (a) Le système olfactif commence dans les structures périphériques de la cavité nasale. (b) Les neurones récepteurs olfactifs se trouvent dans l'épithélium olfactif. (c) Les axones des neurones récepteurs olfactifs se projettent à travers la plaque cribriforme de l'os ethmoïde et se synapsent avec les neurones du bulbe olfactif (source tissulaire : simien). LM × 812. (Micrographie fournie par les Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Troubles de la.

Système olfactif : Anosmie

Un traumatisme contondant au visage, comme celui qui est courant dans de nombreux accidents de voiture, peut entraîner la perte du nerf olfactif et, par la suite, la perte de l'odorat. Cette condition est connue sous le nom d'anosmie. Lorsque le lobe frontal du cerveau se déplace par rapport à l'os ethmoïde, les axones du tractus olfactif peuvent être séparés. Les combattants professionnels souffrent souvent d'anosmie en raison de traumatismes répétés au visage et à la tête. De plus, certains produits pharmaceutiques, tels que les antibiotiques, peuvent provoquer une anosmie en tuant tous les neurones olfactifs à la fois. Si aucun axone n'est en place dans le nerf olfactif, alors les axones des neurones olfactifs nouvellement formés n'ont aucun guide pour les conduire à leurs connexions dans le bulbe olfactif. Il existe également des causes temporaires d'anosmie, telles que celles causées par des réponses inflammatoires liées à des infections respiratoires ou à des allergies.

La perte de l'odorat peut donner un goût fade aux aliments. Une personne ayant un odorat altéré peut avoir besoin de niveaux d'épices et d'assaisonnement supplémentaires pour pouvoir goûter les aliments. L'anosmie peut également être liée à certaines présentations de dépression légère, car la perte de plaisir de la nourriture peut conduire à un sentiment général de désespoir.

La capacité des neurones olfactifs à se remplacer diminue avec l'âge, entraînant une anosmie liée à l'âge. Cela explique pourquoi certaines personnes âgées salent davantage leur nourriture que les plus jeunes. Cependant, cet apport accru en sodium peut augmenter le volume sanguin et la pression artérielle, augmentant le risque de maladies cardiovasculaires chez les personnes âgées.

Audition (Audience)

L'audition, ou audition, est la transduction des ondes sonores en un signal neuronal qui est rendue possible par les structures de l'oreille (Figure 4). La grande structure charnue sur la face latérale de la tête est connue sous le nom d'oreillette. Certaines sources appelleront également cette structure le pavillon, bien que ce terme soit plus approprié pour une structure qui peut être déplacée, telle que l'oreille externe d'un chat. Les courbes en forme de C de l'oreillette dirigent les ondes sonores vers le conduit auditif. Le canal pénètre dans le crâne par le méat auditif externe de l'os temporal. Au bout du conduit auditif se trouve la membrane tympanique, ou tympan, qui vibre après avoir été frappée par des ondes sonores. L'oreillette, le conduit auditif et la membrane tympanique sont souvent appelés oreille externe. L'oreille moyenne est constituée d'un espace enjambé par trois petits os appelés osselets. Les trois osselets sont le marteau, l'enclume et l'étrier, qui sont des noms latins qui se traduisent approximativement par marteau, enclume et étrier. Le marteau est attaché à la membrane tympanique et s'articule avec l'enclume. L'enclume, à son tour, s'articule avec l'étrier. L'étrier est ensuite attaché à l'oreille interne, où les ondes sonores seront transduites en un signal neuronal. L'oreille moyenne est reliée au pharynx par la trompe d'Eustache, ce qui aide à équilibrer la pression de l'air à travers la membrane tympanique. Le tube est normalement fermé mais s'ouvre lorsque les muscles du pharynx se contractent pendant la déglutition ou le bâillement.

Figure 4 : L'oreille externe contient l'oreillette, le conduit auditif et la membrane tympanique. L'oreille moyenne contient les osselets et est reliée au pharynx par la trompe d'Eustache. L'oreille interne contient la cochlée et le vestibule, qui sont respectivement responsables de l'audition et de l'équilibre.

L'oreille interne est souvent décrite comme un labyrinthe osseux, car elle est composée d'une série de canaux intégrés dans l'os temporal. Il a deux régions distinctes, la cochlée et le vestibule, qui sont respectivement responsables de l'audition et de l'équilibre. Les signaux neuronaux de ces deux régions sont transmis au tronc cérébral par des faisceaux de fibres distincts. Cependant, ces deux faisceaux distincts voyagent ensemble de l'oreille interne au tronc cérébral en tant que nerf vestibulo-cochléaire. Le son est transformé en signaux neuronaux dans la région cochléaire de l'oreille interne, qui contient les neurones sensoriels des ganglions spiraux. Ces ganglions sont situés dans la cochlée en forme de spirale de l'oreille interne. La cochlée est attachée à l'étrier par la fenêtre ovale.

La fenêtre ovale est située au début d'un tube rempli de liquide dans la cochlée appelé la rampe vestibulaire. La rampe vestibulaire s'étend à partir de la fenêtre ovale, se déplaçant au-dessus du canal cochléaire, qui est la cavité centrale de la cochlée qui contient les neurones transducteurs du son. À l'extrémité supérieure de la cochlée, la rampe vestibulaire s'incurve au-dessus du canal cochléaire. Le tube rempli de liquide, maintenant appelé la rampe tympanique , retourne à la base de la cochlée, se déplaçant cette fois sous le canal cochléaire. La rampe tympanique se termine à la fenêtre ronde , qui est recouverte d'une membrane qui contient le fluide à l'intérieur de la rampe. Au fur et à mesure que les vibrations des osselets traversent la fenêtre ovale, le fluide de la rampe vestibulaire et de la rampe tympanique se déplace dans un mouvement ondulatoire. La fréquence des ondes fluides correspond aux fréquences des ondes sonores (Figure 5). La membrane recouvrant la fenêtre ronde se gonflera ou se plissera avec le mouvement du fluide à l'intérieur de la rampe tympanique.

Figure 5 : Une onde sonore fait vibrer la membrane tympanique. Cette vibration est amplifiée lorsqu'elle se déplace à travers le marteau, l'enclume et l'étrier. La vibration amplifiée est captée par la fenêtre ovale provoquant des ondes de pression dans le fluide de la rampe vestibulaire et de la rampe tympanique. La complexité des ondes de pression est déterminée par les changements d'amplitude et de fréquence des ondes sonores entrant dans l'oreille.

Une vue en coupe transversale de la cochlée montre que la rampe vestibulaire et la rampe tympanique longent les deux côtés du canal cochléaire (Figure 6). Le canal cochléaire contient plusieurs organes de Corti , qui traduisent le mouvement ondulatoire des deux échelles en signaux neuronaux. Les organes de Corti se trouvent au-dessus de la membrane basilaire, qui est le côté du canal cochléaire situé entre les organes de Corti et la rampe tympanique. Lorsque les ondes fluides se déplacent à travers la rampe vestibulaire et la rampe tympanique, la membrane basilaire se déplace à un endroit spécifique, en fonction de la fréquence des ondes. Les ondes à haute fréquence déplacent la région de la membrane basilaire proche de la base de la cochlée. Les ondes à basse fréquence déplacent la région de la membrane basilaire située près de l'extrémité de la cochlée.

Figure 6 : Les trois espaces principaux de la cochlée sont mis en évidence. La scala tympani et la scala vestibuli se trouvent de chaque côté du canal cochléaire. L'organe de Corti, contenant les cellules ciliées des mécanorécepteurs, est adjacent à la rampe tympanique, où il se trouve au sommet de la membrane basilaire.

Les organes de Corti contiennent des cellules ciliées, qui portent le nom des stéréocils ressemblant à des cheveux qui s'étendent des surfaces apicales des cellules (Figure 7). Les stéréocils sont un ensemble de structures ressemblant à des microvillosités disposées du plus haut au plus court. Les fibres protéiques attachent les poils adjacents ensemble dans chaque réseau, de sorte que le réseau se plie en réponse aux mouvements de la membrane basilaire. Les stéréocils s'étendent des cellules ciliées à la membrane tectoriale sus-jacente, qui est attachée médialement à l'organe de Corti. Lorsque les ondes de pression de la scala déplacent la membrane basilaire, la membrane tectoriale glisse à travers les stéréocils. Cela plie les stéréocils vers ou loin du membre le plus haut de chaque tableau. Lorsque les stéréocils se plient vers le membre le plus haut de leur réseau, la tension dans les attaches protéiques ouvre des canaux ioniques dans la membrane des cellules ciliées. Cela dépolarisera la membrane des cellules ciliées, déclenchant des impulsions nerveuses qui descendent les fibres nerveuses afférentes attachées aux cellules ciliées. Lorsque les stéréocils se plient vers le membre le plus court de leur réseau, la tension sur les attaches se relâche et les canaux ioniques se ferment. Lorsqu'aucun son n'est présent et que les stéréocils sont droits, une petite quantité de tension existe toujours sur les attaches, maintenant le potentiel membranaire de la cellule ciliée légèrement dépolarisé.

Figure 7 : La cellule ciliée est un mécanorécepteur avec un réseau de stéréocils émergeant de sa surface apicale. Les stéréocils sont attachés ensemble par des protéines qui ouvrent des canaux ioniques lorsque le réseau est plié vers le membre le plus haut de leur réseau et fermés lorsque le réseau est plié vers le membre le plus court de leur réseau.

Figure 8 : LM × 412. (Micrographie fournie par la Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Comme indiqué ci-dessus, une région donnée de la membrane basilaire ne bougera que si le son entrant est à une fréquence spécifique. Étant donné que la membrane tectoriale ne se déplace que là où la membrane basilaire se déplace, les cellules ciliées de cette région ne répondront également qu'aux sons de cette fréquence spécifique. Par conséquent, lorsque la fréquence d'un son change, différentes cellules ciliées sont activées tout au long de la membrane basilaire. La cochlée code des stimuli auditifs pour des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz, qui est la gamme de sons que les oreilles humaines peuvent détecter. L'unité de Hertz mesure la fréquence des ondes sonores en termes de cycles produits par seconde. Des fréquences aussi basses que 20 Hz sont détectées par les cellules ciliées au sommet ou à la pointe de la cochlée. Les fréquences dans les plages supérieures de 20 KHz sont codées par les cellules ciliées à la base de la cochlée, à proximité des fenêtres rondes et ovales (Figure 9). La plupart des stimuli auditifs contiennent un mélange de sons à diverses fréquences et intensités (représentées par l'amplitude de l'onde sonore). Les cellules ciliées le long du canal cochléaire, qui sont chacune sensibles à une fréquence particulière, permettent à la cochlée de séparer les stimuli auditifs par fréquence, tout comme un prisme sépare la lumière visible en ses couleurs composantes.

Figure 9 : L'onde sonore stationnaire générée dans la cochlée par le mouvement de la fenêtre ovale dévie la membrane basilaire en fonction de la fréquence du son. Par conséquent, les cellules ciliées à la base de la cochlée ne sont activées que par les hautes fréquences, tandis que celles situées au sommet de la cochlée ne sont activées que par les basses fréquences.

Regardez la vidéo liée ci-dessous pour en savoir plus sur la façon dont les structures de l'oreille convertissent les ondes sonores en un signal neuronal en déplaçant les « ldquohairs », ou stéréocils, du canal cochléaire. Des emplacements spécifiques le long du conduit codent des fréquences ou des pas spécifiques. Le cerveau interprète la signification des sons que nous entendons comme de la musique, de la parole, du bruit, etc. Quelles structures de l'oreille sont responsables de l'amplification et du transfert du son de l'oreille externe à l'oreille interne ?

Regardez la vidéo liée ci-dessous pour en savoir plus sur l'oreille interne et pour voir la cochlée se dérouler, avec la base à l'arrière de l'image et l'apex à l'avant.Des longueurs d'onde spécifiques du son font vibrer des régions spécifiques de la membrane basilaire, un peu comme les touches d'un piano produisent un son à différentes fréquences. D'après l'animation, où les fréquences&mdashde haut en bas&mdash provoquent-elles une activité dans les cellules ciliées du canal cochléaire ?

Équilibre (Équilibre)

Avec l'audition, l'oreille interne est responsable de l'encodage des informations sur l'équilibre, le sens de l'équilibre. Un mécanorécepteur similaire et une cellule ciliée mdasha avec des stéréocils et des sens mdashsens la position de la tête, le mouvement de la tête et si nos corps sont en mouvement. Ces cellules sont situées dans le vestibule de l'oreille interne. La position de la tête est détectée par l'utricule et le saccule, tandis que le mouvement de la tête est détecté par les canaux semi-circulaires. Les signaux neuronaux générés dans le ganglion vestibulaire sont transmis par le nerf vestibulo-cochléaire au tronc cérébral et au cervelet.

L'utricule et le saccule sont tous deux en grande partie composés de tissu maculaire (pluriel = maculae). La macula est composée de cellules ciliées entourées de cellules de soutien. Les stéréocils des cellules ciliées s'étendent dans un gel visqueux appelé membrane otolithique (Figure 10). Au-dessus de la membrane otolithique se trouve une couche de cristaux de carbonate de calcium, appelés otolithes. Les otolithes rendent essentiellement la membrane otolithique supérieure lourde. La membrane otolithique se déplace séparément de la macula en réponse aux mouvements de la tête. L'inclinaison de la tête fait glisser la membrane otolithique sur la macula dans le sens de la gravité. La membrane otolithique en mouvement, à son tour, plie les stérocilia, provoquant la dépolarisation de certaines cellules ciliées tandis que d'autres s'hyperpolarisent. La position exacte de la tête est interprétée par le cerveau en fonction du schéma de dépolarisation des cellules ciliées.

Figure 10 : Les macules sont spécialisées dans la détection d'accélération linéaire, par exemple lorsque la gravité agit sur la tête inclinable, ou si la tête commence à se déplacer en ligne droite. La différence d'inertie entre les stéréocils des cellules ciliées et la membrane otolithique dans laquelle ils sont incrustés entraîne une force de cisaillement qui fait plier les stéréocils dans la direction de cette accélération linéaire.

Les canaux semi-circulaires sont trois extensions annulaires du vestibule. L'un est orienté dans le plan horizontal, tandis que les deux autres sont orientés dans le plan vertical. Les canaux verticaux antérieur et postérieur sont orientés à environ 45 degrés par rapport au plan sagittal (Figure 11). La base de chaque canal semi-circulaire, où il rencontre le vestibule, se connecte à une région élargie connue sous le nom d'ampoule. L'ampoule contient les cellules ciliées qui répondent au mouvement de rotation, comme tourner la tête en disant &ldquono.&rdquo Les stéréocils de ces cellules ciliées s'étendent dans la cupule, une membrane qui se fixe au sommet de l'ampoule. Lorsque la tête tourne dans un plan parallèle au canal semi-circulaire, le fluide est à la traîne, déviant la cupule dans la direction opposée au mouvement de la tête. Les canaux semi-circulaires contiennent plusieurs ampoules, certaines orientées horizontalement et d'autres verticalement. En comparant les mouvements relatifs des ampoules horizontales et verticales, le système vestibulaire peut détecter la direction de la plupart des mouvements de la tête dans un espace tridimensionnel (3D).

Figure 11 : Le mouvement de rotation de la tête est codé par les cellules ciliées à la base des canaux semi-circulaires. Lorsque l'un des canaux se déplace en arc de cercle avec la tête, le fluide interne se déplace dans la direction opposée, provoquant la flexion de la cupule et des stéréocils. Le mouvement de deux canaux dans un plan donne des informations sur la direction dans laquelle la tête se déplace, et l'activation des six canaux peut donner une indication très précise du mouvement de la tête en trois dimensions.

Somatosensation (Toucher)

La somatosensation est considérée comme un sens général, par opposition aux sens particuliers abordés dans cette section. La somatosensation est l'ensemble des modalités sensorielles associées au toucher, à la proprioception et à l'interoception. Ces modalités comprennent la pression, les vibrations, le toucher léger, le chatouillement, les démangeaisons, la température, la douleur, la proprioception et la kinesthésie. Cela signifie que ses récepteurs ne sont pas associés à un organe spécialisé, mais sont plutôt répartis dans tout le corps dans une variété d'organes. De nombreux récepteurs somatosensoriels sont situés dans la peau, mais des récepteurs se trouvent également dans les muscles, les tendons, les capsules articulaires, les ligaments et dans les parois des organes viscéraux.

Deux types de signaux somatosensoriels qui sont transmis par les terminaisons nerveuses libres sont la douleur et la température. Ces deux modalités utilisent des thermorécepteurs et des nocicepteurs pour transduire les stimuli de température et de douleur, respectivement. Les récepteurs de température sont stimulés lorsque les températures locales diffèrent de la température corporelle. Certains thermorécepteurs sont sensibles au froid et d'autres à la chaleur. La nociception est la sensation de stimuli potentiellement dommageables. Des stimuli mécaniques, chimiques ou thermiques au-delà d'un seuil défini provoqueront des sensations douloureuses. Les tissus stressés ou endommagés libèrent des produits chimiques qui activent les protéines réceptrices dans les nocicepteurs. Par exemple, la sensation de chaleur associée aux aliments épicés fait intervenir la capsaïcine, la molécule active des piments forts. Les molécules de capsaïcine se lient à un canal ionique transmembranaire dans les nocicepteurs qui est sensible aux températures supérieures à 37°C. La dynamique de la liaison de la capsaïcine avec ce canal ionique transmembranaire est inhabituelle en ce que la molécule reste liée pendant une longue période. Pour cette raison, cela diminuera la capacité d'autres stimuli à provoquer des sensations de douleur à travers le nocicepteur activé. Pour cette raison, la capsaïcine peut être utilisée comme analgésique topique, comme dans des produits tels que Icy Hot&trade.

Si vous faites glisser votre doigt sur une surface texturée, la peau de votre doigt vibrera. Ces vibrations à basse fréquence sont détectées par des mécanorécepteurs appelés cellules de Merkel, également connues sous le nom de mécanorécepteurs cutanés de type I. Les cellules de Merkel sont situées dans la couche basale de l'épiderme. La pression et les vibrations profondes sont transmises par des corpuscules lamellaires (paciniens), qui sont des récepteurs avec des terminaisons encapsulées trouvés profondément dans le derme ou le tissu sous-cutané. Le toucher léger est transduit par les terminaisons encapsulées connues sous le nom de corpuscules tactiles (Meissner). Les follicules sont également enveloppés dans un plexus de terminaisons nerveuses appelé plexus du follicule pileux. Ces terminaisons nerveuses détectent le mouvement des poils à la surface de la peau, comme lorsqu'un insecte peut marcher le long de la peau. L'étirement de la peau est transduit par des récepteurs d'étirement appelés corpuscules bulbeux. Les corpuscules bulbeux sont également appelés corpuscules de Ruffini ou mécanorécepteurs cutanés de type II.

D'autres récepteurs somatosensoriels se trouvent dans les articulations et les muscles. Les récepteurs d'étirement surveillent l'étirement des tendons, des muscles et des composants des articulations. Par exemple, avez-vous déjà étiré vos muscles avant ou après l'exercice et avez-vous remarqué que vous ne pouvez vous étirer que jusqu'à un certain point avant que vos muscles ne reviennent à un état moins étiré ? Ce spasme est un réflexe initié par les récepteurs d'étirement pour éviter la déchirure musculaire. De tels récepteurs d'étirement peuvent également empêcher la sur-contraction d'un muscle. Dans le tissu musculaire squelettique, ces récepteurs d'étirement sont appelés fuseaux musculaires. Les organes tendineux de Golgi transduisent de la même manière les niveaux d'étirement des tendons. Les corpuscules bulbeux sont également présents dans les capsules articulaires, où ils mesurent l'étirement des composants du système squelettique à l'intérieur de l'articulation. Les types de terminaisons nerveuses, leurs emplacements et les stimuli qu'elles transduisent sont présentés dans le tableau 1.

Tableau 1 : Mécanorécepteurs de la somatosensation

Nom Nom historique (éponyme) Emplacements) Stimuli
terminaisons nerveuses libres * Derme, cornée, langue, capsules articulaires, organes viscéraux Douleur, température, déformation mécanique
Mécanorécepteurs Disques Merkel&rsquos Jonction épidermique et dermique, muqueuses Vibration basse fréquence (5&ndash15 Hz)
Corpuscule bulbeux Corpuscule de Ruffini&rsquos Derme, capsules articulaires S'étirer
Corpuscule tactile Corpuscule de Meissner Derme papillaire, en particulier au bout des doigts et des lèvres Toucher léger, vibrations inférieures à 50 Hz
Corpuscule lamellaire Corpuscule de Pacini Derme profond, tissu sous-cutané Pression profonde, vibration à haute fréquence (environ 250 Hz)
Plexus folliculaire pileux * Enroulé autour des follicules pileux dans le derme Mouvement des cheveux
Fuseau musculaire * En ligne avec les fibres musculaires squelettiques Contraction et étirement musculaire
Organe d'étirement des tendons Organe tendineux de Golgi En ligne avec les tendons

*Aucun nom éponyme correspondant.

Vision

La vision est le sens particulier de la vue qui est basé sur la transduction de stimuli lumineux reçus par les yeux. Les yeux sont situés dans l'une ou l'autre des orbites du crâne. Les orbites osseuses entourent les globes oculaires, les protégeant et ancrant les tissus mous de l'œil (Figure 12). Les paupières, avec des cils à leurs bords d'attaque, aident à protéger l'œil des abrasions en bloquant les particules qui peuvent atterrir à la surface de l'œil. La surface interne de chaque couvercle est une fine membrane connue sous le nom de conjonctive palpébrale. La conjonctive s'étend sur les zones blanches de l'œil (la sclérotique), reliant les paupières au globe oculaire. Les larmes sont produites par la glande lacrymale, située sous les bords latéraux du nez. Les larmes produites par cette glande traversent le canal lacrymal jusqu'au coin médial de l'œil, où les larmes coulent sur la conjonctive, éliminant les particules étrangères.

Figure 12 : L'œil est situé dans l'orbite et entouré de tissus mous qui protègent et soutiennent sa fonction. L'orbite est entourée d'os crâniens du crâne.

Le mouvement de l'œil dans l'orbite est accompli par la contraction de six muscles extraoculaires qui proviennent des os de l'orbite et s'insèrent dans la surface du globe oculaire (Figure 13). Quatre des muscles sont disposés aux points cardinaux autour de l'œil et portent le nom de ces emplacements. Il s'agit du droit supérieur, du droit médial, du droit inférieur et du droit latéral. Lorsque chacun de ces muscles se contracte, l'œil se déplace vers le muscle qui se contracte. Par exemple, lorsque le droit supérieur se contracte, l'œil tourne pour regarder vers le haut. L'oblique supérieur prend naissance à l'orbite postérieure, près de l'origine des quatre muscles droits. Cependant, le tendon des muscles obliques passe à travers un morceau de cartilage en forme de poulie connu sous le nom de trochlée. Le tendon s'insère obliquement dans la surface supérieure de l'œil. L'angle du tendon à travers la trochlée signifie que la contraction de l'oblique supérieur fait tourner l'œil en dedans. Le muscle oblique inférieur provient du plancher de l'orbite et s'insère dans la surface inférolatérale de l'œil. Lorsqu'il se contracte, il fait pivoter latéralement l'œil, en opposition à l'oblique supérieur. La rotation de l'œil par les deux muscles obliques est nécessaire car l'œil n'est pas parfaitement aligné sur le plan sagittal. Lorsque l'œil regarde vers le haut ou vers le bas, l'œil doit également pivoter légèrement pour compenser le grand droit supérieur tirant à un angle d'environ 20 degrés, plutôt que vers le haut. Il en est de même pour le droit inférieur, qui est compensé par la contraction de l'oblique inférieur. Un septième muscle de l'orbite est le releveur de la paupière supérieure, qui est responsable de l'élévation et de la rétraction de la paupière supérieure, un mouvement qui se produit généralement de concert avec l'élévation de l'œil par le droit supérieur (voir Figure 12).

Les muscles extraoculaires sont innervés par trois nerfs crâniens. Le droit latéral, qui provoque l'abduction de l'œil, est innervé par le nerf abducens. L'oblique supérieur est innervé par le nerf trochléaire. Tous les autres muscles sont innervés par le nerf oculomoteur, de même que le releveur de la paupière supérieure. Les noyaux moteurs de ces nerfs crâniens se connectent au tronc cérébral, qui coordonne les mouvements oculaires.

Figure 13 : Les muscles extraoculaires déplacent l'œil dans l'orbite.

L'œil lui-même est une sphère creuse composée de trois couches de tissu. La couche la plus externe est la tunique fibreuse, qui comprend la sclérotique blanche et la cornée claire. La sclérotique représente les cinq sixièmes de la surface de l'œil, dont la plupart n'est pas visible, bien que les humains soient uniques par rapport à de nombreuses autres espèces en ce qu'ils ont une grande partie du « blanc de l'œil » visible (Figure 14). La cornée transparente recouvre la pointe antérieure de l'œil et permet à la lumière de pénétrer dans l'œil. La couche intermédiaire de l'œil est la tunique vasculaire, qui est principalement composée de la choroïde, du corps ciliaire et de l'iris. La choroïde est une couche de tissu conjonctif hautement vascularisé qui fournit un apport sanguin au globe oculaire. La choroïde est postérieure au corps ciliaire, une structure musculaire qui est attachée au cristallin par des ligaments suspenseurs, ou fibres de la zonule. Ces deux structures courbent le cristallin, lui permettant de focaliser la lumière sur le fond de l'œil. L'iris et la partie colorée de l'œil recouvrent le corps ciliaire et sont visibles dans l'œil antérieur. L'iris est un muscle lisse qui ouvre ou ferme la pupille, qui est le trou au centre de l'œil qui permet à la lumière d'entrer. L'iris contracte la pupille en réponse à une lumière vive et dilate la pupille en réponse à une lumière faible. La couche la plus interne de l'œil est la tunique neurale, ou rétine, qui contient le tissu nerveux responsable de la photoréception.

L'œil est également divisé en deux cavités : la cavité antérieure et la cavité postérieure. La cavité antérieure est l'espace entre la cornée et le cristallin, y compris l'iris et le corps ciliaire. Il est rempli d'un fluide aqueux appelé humeur aqueuse. La cavité postérieure est l'espace derrière le cristallin qui s'étend jusqu'à la face postérieure du globe oculaire intérieur, où se trouve la rétine. La cavité postérieure est remplie d'un fluide plus visqueux appelé humeur vitrée.

La rétine est composée de plusieurs couches et contient des cellules spécialisées pour le traitement initial des stimuli visuels. Les photorécepteurs (tiges et cônes) modifient leur potentiel membranaire lorsqu'ils sont stimulés par l'énergie lumineuse. Le changement de potentiel membranaire modifie la quantité de neurotransmetteur que les cellules photoréceptrices libèrent sur les cellules bipolaires de la couche synaptique externe. C'est la cellule bipolaire de la rétine qui relie un photorécepteur à une cellule ganglionnaire rétinienne (RGC) dans la couche synaptique interne. Là, les cellules amacrines contribuent en outre au traitement rétinien avant qu'un potentiel d'action ne soit produit par le RGC. Les axones des CGR, qui se trouvent dans la couche la plus interne de la rétine, se rassemblent au niveau de la papille optique et quittent l'œil comme nerf optique (voir Figure 14). Parce que ces axones traversent la rétine, il n'y a pas de photorécepteurs à l'arrière de l'œil, là où commence le nerf optique. Cela crée un &ldquoblind spot&rdquo dans la rétine, et un angle mort correspondant dans notre champ visuel.

Figure 14 : La sphère de l'œil peut être divisée en chambres antérieure et postérieure. La paroi de l'œil est composée de trois couches : la tunique fibreuse, la tunique vasculaire et la tunique neurale. Dans la tunique neurale se trouve la rétine, avec trois couches de cellules et deux couches synaptiques entre les deux. Le centre de la rétine présente une petite échancrure appelée fovéa.

Notez que les photorécepteurs de la rétine (bâtonnets et cônes) sont situés derrière les axones, les CGR, les cellules bipolaires et les vaisseaux sanguins rétiniens. Une quantité importante de lumière est absorbée par ces structures avant que la lumière n'atteigne les cellules photoréceptrices. Cependant, au centre exact de la rétine se trouve une petite zone connue sous le nom de fovéa. Au niveau de la fovéa, la rétine manque de cellules de soutien et de vaisseaux sanguins et ne contient que des photorécepteurs. Par conséquent, l'acuité visuelle, ou la netteté de la vision, est maximale au niveau de la fovéa. En effet, la fovéa est l'endroit où la moindre quantité de lumière entrante est absorbée par les autres structures rétiniennes (voir Figure 14). Au fur et à mesure que l'on se déplace dans les deux sens à partir de ce point central de la rétine, l'acuité visuelle diminue considérablement. De plus, chaque cellule photoréceptrice de la fovéa est connectée à un seul RGC. Par conséquent, ce RGC n'a pas à intégrer les entrées de plusieurs photorécepteurs, ce qui réduit la précision de la transduction visuelle. Vers les bords de la rétine, plusieurs photorécepteurs convergent sur les RGC (à travers les cellules bipolaires) jusqu'à un rapport de 50 à 1. La différence d'acuité visuelle entre la fovéa et la rétine périphérique est facilement mise en évidence en regardant directement un mot au milieu de ce paragraphe. Le stimulus visuel au milieu du champ de vision tombe sur la fovéa et est au point le plus net. Sans quitter ce mot des yeux, remarquez que les mots au début ou à la fin du paragraphe ne sont pas nets. Les images de votre vision périphérique sont focalisées par la rétine périphérique et ont des bords vagues et flous et des mots qui ne sont pas aussi clairement identifiés. En conséquence, une grande partie de la fonction neuronale des yeux consiste à déplacer les yeux et la tête de sorte que les stimuli visuels importants soient centrés sur la fovéa.

La lumière tombant sur la rétine provoque des modifications chimiques des molécules de pigment dans les photorécepteurs, entraînant finalement une modification de l'activité des RGC. Les cellules photoréceptrices ont deux parties, le segment interne et le segment externe (Figure 15). Le segment interne contient le noyau et d'autres organites communs d'une cellule, tandis que le segment externe est une région spécialisée dans laquelle a lieu la photoréception. Il existe deux types de photorécepteurs&mdashrods et de cônes&mdashqui diffèrent par la forme de leur segment externe. Les segments externes en forme de bâtonnets du photorécepteur à bâtonnets contiennent un empilement de disques liés à la membrane qui contiennent le pigment photosensible rhodopsine. Les segments externes en forme de cône du photorécepteur conique contiennent leurs pigments photosensibles dans les replis de la membrane cellulaire. Il existe trois photopigments coniques, appelés opsines, qui sont chacun sensibles à une longueur d'onde particulière de la lumière. La longueur d'onde de la lumière visible détermine sa couleur. Les pigments des yeux humains sont spécialisés dans la perception de trois couleurs primaires différentes : le rouge, le vert et le bleu.

Figure 15 : (a) Tous les photorécepteurs ont des segments internes contenant le noyau et d'autres organites importants et des segments externes avec des réseaux de membranes contenant les molécules d'opsine photosensibles. Les segments externes de tige sont de longues formes colonnaires avec des piles de disques liés à la membrane qui contiennent le pigment de rhodopsine. Les segments externes du cône sont des formes courtes et effilées avec des plis de membrane à la place des disques dans les tiges. (b) Le tissu de la rétine montre une couche dense de noyaux des bâtonnets et des cônes. LM &fois 800. (Micrographie fournie par les Regents of University of Michigan Medical School &copie 2012)

Au niveau moléculaire, les stimuli visuels provoquent des modifications de la molécule de photopigment qui entraînent des modifications du potentiel membranaire de la cellule photoréceptrice. Une seule unité de lumière s'appelle un photon, qui est décrit en physique comme un paquet d'énergie avec les propriétés d'une particule et d'une onde. L'énergie d'un photon est représentée par sa longueur d'onde, chaque longueur d'onde de la lumière visible correspondant à une couleur particulière. La lumière visible est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde comprise entre 380 et 720 nm. Les longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique supérieures à 720 nm tombent dans la gamme infrarouge, tandis que les longueurs d'onde inférieures à 380 nm tombent dans la gamme ultraviolette.La lumière avec une longueur d'onde de 380 nm est bleue tandis que la lumière avec une longueur d'onde de 720 nm est rouge foncé. Toutes les autres couleurs se situent entre le rouge et le bleu à divers points le long de l'échelle de longueur d'onde.

Les pigments d'opsine sont en fait des protéines transmembranaires qui contiennent un cofacteur appelé rétinien. La rétine est une molécule d'hydrocarbure liée à la vitamine A. Lorsqu'un photon frappe la rétine, la longue chaîne d'hydrocarbure de la molécule est biochimiquement modifiée. Plus précisément, les photons font passer certains des carbones à double liaison au sein de la chaîne d'un cis à un trans conformation. Ce processus est appelé photoisomérisation. Avant d'interagir avec un photon, les carbones flexibles à double liaison rétiniens sont dans le cis conformation. Cette molécule est appelée 11-cis-rétinienne. Un photon interagissant avec la molécule provoque le changement des carbones flexibles à double liaison en trans- conformation, formant tout-trans-rétinal, qui a une chaîne hydrocarbonée droite (Figure 16).

Le changement de forme de la rétine dans les photorécepteurs initie la transduction visuelle dans la rétine. L'activation des protéines rétiniennes et opsine entraîne l'activation d'une protéine G. La protéine G modifie le potentiel membranaire de la cellule photoréceptrice, qui libère alors moins de neurotransmetteurs dans la couche synaptique externe de la rétine. Jusqu'à ce que la molécule rétinienne redevienne le 11-cis-forme rétinienne, l'opsine ne peut pas répondre à l'énergie lumineuse, c'est ce qu'on appelle le blanchiment. Lorsqu'un grand groupe de photopigments est blanchi, la rétine enverra des informations comme si des informations visuelles opposées étaient perçues. Après un flash lumineux, les images rémanentes sont généralement vues en négatif. La photoisomérisation est inversée par une série de changements enzymatiques afin que la rétine réagisse à plus d'énergie lumineuse.

Figure 16 : La molécule rétinienne a deux isomères, (a) un avant qu'un photon n'interagisse avec elle et (b) un qui est altéré par photoisomérisation.

Les opsines sont sensibles aux longueurs d'onde limitées de la lumière. La rhodopsine, le photopigment des bâtonnets, est le plus sensible à la lumière à une longueur d'onde de 498 nm. Les trois opsines de couleur ont des sensibilités maximales de 564 nm, 534 nm et 420 nm correspondant approximativement aux couleurs primaires rouge, vert et bleu (Figure 17). L'absorbance de la rhodopsine dans les bâtonnets est beaucoup plus sensible que dans les cônes d'opsine en particulier, les bâtonnets sont sensibles à la vision dans des conditions de faible luminosité et les cônes sont sensibles à des conditions plus lumineuses. Sous la lumière normale du soleil, la rhodopsine sera constamment blanchie pendant que les cônes sont actifs. Dans une pièce sombre, il n'y a pas assez de lumière pour activer les cônes d'opsine et la vision dépend entièrement des bâtonnets. Les bâtonnets sont si sensibles à la lumière qu'un seul photon peut entraîner un potentiel d'action d'un bâtonnet RGC correspondant.

Les trois types d'opsines de cône, étant sensibles à différentes longueurs d'onde de la lumière, nous fournissent une vision des couleurs. En comparant l'activité des trois cônes différents, le cerveau peut extraire des informations de couleur à partir de stimuli visuels. Par exemple, une lumière bleue brillante ayant une longueur d'onde d'environ 450 nm activerait les cônes &ldquored&rdquo de manière minimale, les cônes &ldquogreen&rdquo marginalement et les cônes &ldquoblue&rdquo principalement. L'activation relative des trois cônes différents est calculée par le cerveau, qui perçoit la couleur comme du bleu. Cependant, les cônes ne peuvent pas réagir à la lumière de faible intensité et les bâtonnets ne perçoivent pas la couleur de la lumière. Par conséquent, notre vision en basse lumière est & essence mdashin & niveaux de gris mdashin. En d'autres termes, dans une pièce sombre, tout apparaît comme une nuance de gris. Si vous pensez que vous pouvez voir les couleurs dans l'obscurité, c'est probablement parce que votre cerveau sait de quelle couleur est quelque chose et s'appuie sur cette mémoire.

Figure 17 : La comparaison des spectres de sensibilité maximale et d'absorbance des quatre photopigments suggère qu'ils sont les plus sensibles à des longueurs d'onde particulières.

Regardez la vidéo liée ci-dessous pour en savoir plus sur une coupe transversale du cerveau qui décrit le chemin visuel de l'œil au cortex occipital. La première moitié de la voie est la projection des CGR à travers le nerf optique vers le noyau genouillé latéral dans le thalamus de chaque côté. Cette première fibre de la voie se synapse sur une cellule thalamique qui se projette ensuite vers le cortex visuel dans le lobe occipital où se déroule la « vue », ou perception visuelle. Cette vidéo donne un aperçu abrégé du système visuel en se concentrant sur le trajet des yeux au lobe occipital. La vidéo indique (à 0:45) que "les cellules spécialisées de la rétine appelées cellules ganglionnaires convertissent les rayons lumineux en signaux électriques". Quel aspect du traitement rétinien est simplifié par cette déclaration ? Expliquez votre réponse.

Nerfs sensoriels

Une fois qu'une cellule sensorielle a transformé un stimulus en une impulsion nerveuse, cette impulsion doit voyager le long des axones pour atteindre le SNC. Dans de nombreux sens spéciaux, les axones quittant les récepteurs sensoriels ont une disposition topographique, ce qui signifie que l'emplacement du récepteur sensoriel est lié à l'emplacement de l'axone dans le nerf. Par exemple, dans la rétine, les axones des CGR de la fovéa sont situés au centre du nerf optique, où ils sont entourés par les axones des CGR plus périphériques.

Nerfs spinaux

Généralement, les nerfs rachidiens contiennent des axones afférents provenant de récepteurs sensoriels situés à la périphérie, tels que la peau, mélangés à des axones efférents se déplaçant vers les muscles ou d'autres organes effecteurs. Lorsque le nerf spinal se rapproche de la moelle épinière, il se divise en racines dorsale et ventrale. La racine dorsale ne contient que les axones des neurones sensoriels, tandis que les racines ventrales ne contiennent que les axones des motoneurones. Certaines des branches vont se synapser avec des neurones locaux dans le ganglion de la racine dorsale, la corne postérieure (dorsale) ou même la corne antérieure (ventrale), au niveau de la moelle épinière où elles pénètrent. D'autres branches parcourront une courte distance le long de la colonne vertébrale pour interagir avec les neurones situés à d'autres niveaux de la moelle épinière. Une branche peut également se transformer en colonne postérieure (dorsale) de la substance blanche pour se connecter au cerveau. Par souci de commodité, nous utiliserons les termes ventral et dorsal en référence aux structures de la moelle épinière qui font partie de ces voies. Cela aidera à souligner les relations entre les différents composants. En règle générale, les systèmes nerveux rachidiens qui se connectent au cerveau sont controlatéraux, en ce sens que le côté droit du corps est connecté au côté gauche du cerveau et le côté gauche du corps au côté droit du cerveau.

Nerfs crâniens

Les nerfs crâniens transmettent des informations sensorielles spécifiques de la tête et du cou directement au cerveau. Pour les sensations sous le cou, le côté droit du corps est connecté au côté gauche du cerveau et le côté gauche du corps au côté droit du cerveau. Alors que l'information spinale est controlatérale, les systèmes nerveux crâniens sont principalement ipsilatéraux, ce qui signifie qu'un nerf crânien du côté droit de la tête est connecté au côté droit du cerveau. Certains nerfs crâniens ne contiennent que des axones sensoriels, tels que les nerfs olfactif, optique et vestibulo-cochléaire. D'autres nerfs crâniens contiennent à la fois des axones sensoriels et moteurs, notamment les nerfs trijumeau, facial, glossopharyngé et vague (cependant, le nerf vague n'est pas associé au système nerveux somatique). Les sens généraux de la somatosensation du visage voyagent à travers le système trijumeau.

Revue de chapitre

Les sens sont l'olfaction (l'odorat), la gustation (le goût), la somatosensation (les sensations associées à la peau et au corps), l'audition (l'ouïe), l'équilibre (l'équilibre) et la vision. À l'exception de la somatosensation, cette liste représente les sens spéciaux, ou les systèmes du corps qui sont associés à des organes spécifiques tels que la langue ou l'œil. La somatosensation appartient aux sens généraux, qui sont ces structures sensorielles réparties dans tout le corps et dans les parois de divers organes. Les sens spéciaux font tous principalement partie du système nerveux somatique en ce sens qu'ils sont perçus consciemment par des processus cérébraux, bien que certains sens spéciaux contribuent à la fonction autonome. Les sens généraux peuvent être divisés en somatosensation, qui est généralement considérée comme le toucher, mais comprend la perception tactile, de pression, de vibration, de température et de douleur. Les sens généraux incluent également les sens viscéraux, qui sont séparés de la fonction du système nerveux somatique en ce qu'ils ne s'élèvent normalement pas au niveau de la perception consciente.

Les cellules qui traduisent les stimuli sensoriels en signaux électrochimiques du système nerveux sont classées sur la base des aspects structurels ou fonctionnels des cellules. Les classifications structurelles sont basées soit sur l'anatomie de la cellule qui interagit avec le stimulus (terminaisons nerveuses libres, terminaisons encapsulées ou cellule réceptrice spécialisée), soit sur l'emplacement de la cellule par rapport au stimulus (interocepteur, extérocepteur, propriocepteur). Troisièmement, la classification fonctionnelle est basée sur la façon dont la cellule transduit le stimulus en un signal neuronal. Les chimiorécepteurs répondent aux stimuli chimiques et sont à la base de l'olfaction et de la gustation. Les osmorécepteurs et les nocicepteurs pour l'équilibre hydrique et la réception de la douleur, respectivement, sont liés aux chimiorécepteurs. Les mécanorécepteurs répondent aux stimuli mécaniques et constituent la base de la plupart des aspects de la somatosensation, ainsi que la base de l'audition et de l'équilibre dans l'oreille interne. Les thermorécepteurs sont sensibles aux changements de température et les photorécepteurs sont sensibles à l'énergie lumineuse.

Les nerfs qui transmettent les informations sensorielles de la périphérie au SNC sont soit des nerfs rachidiens, connectés à la moelle épinière, soit des nerfs crâniens, connectés au cerveau. Les nerfs rachidiens ont des populations mixtes de fibres, certaines sont des fibres motrices et d'autres sont sensorielles. Les fibres sensorielles se connectent à la moelle épinière par la racine dorsale, qui est attachée au ganglion de la racine dorsale. Les informations sensorielles du corps qui sont transmises par les nerfs rachidiens seront projetées du côté opposé du cerveau pour être traitées par le cortex cérébral. Les nerfs crâniens peuvent être des fibres strictement sensorielles, telles que les nerfs olfactif, optique et vestibulo-cochléaire, ou des nerfs sensitifs et moteurs mixtes, tels que les nerfs trijumeau, facial, glossopharyngien et vague. Les nerfs crâniens sont connectés au même côté du cerveau d'où proviennent les informations sensorielles.


La biotechnologie et l'avenir des soins auditifs : entretien avec Carl LeBel, PhD, directeur du développement, Frequency Therapeutics

Santé auditive 2020 est une chronique où nous explorons les forces qui se cachent derrière le paysage changeant et les perturbations ayant un impact sur l'industrie de la santé auditive. Alors qu'une grande partie des discussions récentes concernant la perturbation des soins auditifs et de l'industrie de l'audition au sens large ont été axées sur des questions telles que les appareils auditifs en vente libre et auto-ajustables, très peu d'attention a été portée sur l'impact potentiel des secteurs de la biotechnologie et de la pharmacie au cours de la prochaine décennie. #8211secteurs qui ont connu une augmentation significative des investissements en R&D liés à l'audition au cours des dernières années.

Cette semaine, le président et chef de la direction de HHTM, Kevin Liebe, s'entretient avec le Dr Carl LeBel, directeur du développement chez Frequency Therapeutics, pour discuter de la nouvelle approche de la société pour le traitement de la perte auditive neurosensorielle. La société est actuellement en essai clinique de phase 2a avec son nouveau traitement, le FX-322, qui s'est révélé très prometteur lors d'essais antérieurs, constatant une amélioration des seuils auditifs et même un doublement des scores de reconnaissance des mots chez certains patients.

KL : Frequency Therapeutics semble avoir l'une des approches les plus prometteuses pour traiter la perte auditive neurosensorielle. Pourriez-vous s'il vous plaît fournir une brève explication de ce qu'est le FX-322 et comment il pourrait potentiellement traiter la perte auditive ?

CL : Je pense que pour comprendre FX-322, nous devons d'abord comprendre le problème auquel nous nous attaquons. Comme vous le savez peut-être, la perte auditive survient fréquemment lorsque les cellules ciliées de la cochlée sont endommagées ou détruites - et cela peut se produire suite à une exposition à un bruit excessif, au vieillissement, à une infection virale ou bactérienne ou à l'exposition à certains médicaments toxiques pour les cellules ciliées. Une fois que ces cellules ciliées sensorielles sont endommagées chez l'homme, elles ne se régénèrent pas (comme elles le font chez d'autres espèces). La perte de ces cellules est liée à une perte auditive permanente.

FX-322 est une combinaison de deux médicaments exclusifs à petites molécules, délivrés localement à l'oreille, qui sont conçus pour fonctionner ensemble pour activer les cellules progénitrices dormantes de la cochlée dans l'oreille interne (une cellule progénitrice est une cellule souche préprogrammée pour une activité spécifique – dans ce cas, faire pousser des cellules ciliées sensorielles).

Dans une étude d'innocuité de phase 1/2, en double aveugle et contrôlée par placebo, plusieurs patients présentant une perte auditive modérée à modérément sévère ont montré des améliorations statistiquement significatives dans les mesures clés de la clarté - dont quatre patients qui ont montré une doubler dans leurs scores de reconnaissance de mots – établissant un « signal » auditif qui peut suggérer le retour d'une certaine audition chez ces patients. Des améliorations des scores de tons purs ont également été observées chez certains patients à des fréquences plus élevées, y compris des améliorations de 10 dB à 8000 Hz. C'était la première fois que des données de ce type étaient présentées.

Avec l'augmentation du bruit environnemental, nous pensons que ces mesures de clarté sont essentielles. Alors que les appareils auditifs qui aident à augmenter le volume sont la norme de soins pour les patients souffrant de perte auditive, nous pensons que le besoin clinique d'une audition saine repose sur l'intelligibilité - la capacité d'accorder, de filtrer et de comprendre clairement la parole et les sons. Améliorer la reconnaissance des mots et des sons, en particulier dans un environnement bruyant, pourrait être incroyablement significatif pour les patients.

KL : À quel stade de développement se trouve le FX-322 aujourd'hui ?

CL : Nous évaluons actuellement le FX-322 dans un essai clinique de phase 2a. Des études de phase 2a sont menées pour aider à comprendre la dose, le schéma posologique, la population de patients et les critères d'évaluation - les éléments clés pour pouvoir caractériser si un médicament fonctionne, la population potentielle pour le médicament et l'ampleur du bénéfice clinique démontré.

Comme l'étude de phase 1/2, la phase 2a est un essai en double aveugle contrôlé par placebo et des patients ont déjà reçu un diagnostic de perte auditive considérée comme stable. C'est la clé, car on pense qu'une fois la perte auditive stable, elle ne se rétablit pas. Pour chaque patient, nous savons exactement combien de déficit ils ont dans leur fonction auditive lorsqu'ils entrent dans notre étude.

Les participants à l'étude seront traités pendant un mois et surveillés pour les résultats basés sur les critères d'évaluation pendant six mois supplémentaires après le traitement. Nous avons soigneusement sélectionné chacun de ces composants dans la conception de notre essai pour nous aider à comprendre non seulement comment fonctionne le FX-322, mais aussi dans quelle mesure nous observons une amélioration de l'audition chez les patients traités avec le médicament.

Nous prévoyons de rapporter les premières données de cette étude de phase 2a au cours du second semestre 2020. Nous espérons qu'avec ces données, nous démontrerons davantage le signal auditif que nous avons vu dans l'étude de phase 1/2, mieux définir le potentiel de le produit et informer les prochaines étapes. Nous examinons également les mesures des acouphènes et de la qualité de vie - et parce que dans notre étude de phase 1/2, nous avons constaté des améliorations du son pur dans les fréquences plus élevées, nous mesurons l'audition des patients jusqu'à 16 kHz (les tests auditifs standard sont généralement jusqu'à 8 kHz ). Ceci est important car la perte auditive commence généralement à des fréquences élevées - et une grande partie de notre capacité à comprendre les mots repose sur notre capacité à entendre à ces fréquences plus élevées.

KL : Combien de temps faut-il pour qu'un nouveau traitement, comme le FX-322, soit approuvé par la FDA et d'autres organismes de réglementation ?

CL : Le développement de médicaments est toujours un processus pluriannuel. Nous ne pouvons pas dire exactement combien de temps cela prendra. Nous en sommes à notre deuxième essai clinique aux États-Unis et sur la base des résultats de cet essai, nous définirons mieux la voie à suivre. Mais ce que je peux dire, c'est que nous sommes incroyablement enthousiasmés par le potentiel du FX-322 et nous espérons explorer ce potentiel aussi rapidement et de manière responsable que possible.

KL : Disons à l'avenir que le FX-322 reçoit toutes les approbations réglementaires nécessaires pour traiter la perte auditive, comment envisagez-vous le parcours du patient du diagnostic au traitement ?

CL : C'est une question importante et un domaine où nous passons beaucoup de temps à travailler pour comprendre. Nous pensons certainement que les ORL et les audiologistes joueront un rôle continu et essentiel tout au long du voyage, mais nous devrons en apprendre beaucoup sur le profil du FX-322 avant de pouvoir répondre avec certitude à cette question.

KL : Il y a cinq ou dix ans, il semblait qu'il n'y avait pas beaucoup d'entreprises ou de chercheurs qui investissaient massivement dans ce domaine. Pourquoi voyons-nous tant de startups et de sociétés pharmaceutiques s'impliquer dans le traitement de la perte auditive ?

CL : C'est une période incroyablement excitante dans l'espace auditif avec des progrès substantiels dans la compréhension de la biologie sous-jacente - et maintenant la science pour aborder cette biologie sous-jacente est en train de rattraper son retard.

Dans le même temps, comme nous avons ce corpus croissant de recherches sur la perte auditive, la perte auditive est devenue une épidémie. Il y a maintenant une prise de conscience accrue de l'ampleur de la perte auditive et de l'impact potentiel non seulement sur la qualité de vie mais aussi sur la société. Il a été démontré que la perte auditive a des comorbidités importantes telles que la dépression, la démence et le déclin cognitif. Avec une exposition accrue aux facteurs environnementaux, la perte auditive n'est plus une condition qui affecte principalement les populations vieillissantes et est devenue de plus en plus une condition qui affecte les jeunes. C'est vraiment un phénomène mondial et malheureusement en croissance – et il n'existe actuellement aucune thérapie approuvée pour restaurer la fonction auditive.

Aujourd'hui, après des décennies de recherche, nous comprenons mieux la relation entre la pathologie de l'audition et la perte auditive qui en résulte. Par exemple, dans la perte auditive neurosensorielle (SNHL), nous savons que les sujets atteints de SNHL ont perdu une quantité importante de leurs cellules ciliées sensorielles. Dans cet esprit, nous avons fait le lien entre ce que nous pensons faire du FX-322 - l'activation des progéniteurs et la division cellulaire conduisant à la formation de nouvelles cellules ciliées sensorielles - à cette biologie sous-jacente entraînant une perte auditive chez le patient.

C'est une approche unique dans le domaine. Certaines organisations ont tenté d'utiliser des approches de thérapie génique, tandis que d'autres utilisent des molécules uniques. Ces programmes utilisent une approche appelée trans-différenciation : essentiellement transformer une cellule progénitrice en une cellule ciliée. Ce n'est pas ainsi que la nature a voulu que cela se produise.

KL : Qu'il s'agisse d'une approche pharmaceutique, basée sur la thérapie génique ou autre, pensez-vous que nous aurons une option de traitement thérapeutique approuvée par la FDA pour la perte auditive neurosensorielle dans les 5 prochaines années ? Pourquoi ou pourquoi pas?

CL : Je suis convaincu qu'au cours de cette décennie, vous chercherez le premier traitement thérapeutique pour la perte auditive à être approuvé. Pour qui cela fonctionne, comment cela fonctionne et l'ampleur de l'amélioration reste à voir - mais c'est ce vers quoi nous travaillons.

KL : Frequency a récemment fait une introduction en bourse réussie et a levé plus de 80 millions de dollars.Comment ce financement supplémentaire aidera-t-il à accélérer le développement de FX-322 et donne-t-il à votre équipe un avantage concurrentiel par rapport aux autres startups dans cet espace ?

L'introduction en bourse nous a donné des ressources supplémentaires pour aider à faire progresser notre programme d'audience et a également confirmé que d'autres pensent que nous avons une technologie et une approche prometteuses. En outre, nous avons pu former un partenariat important avec Astellas Pharma qui a fourni des ressources supplémentaires, ainsi qu'un développement clinique mondial approfondi et une expertise commerciale avec un objectif commun dans la recherche de nouveaux médicaments régénératifs dans l'espace ORL.

La SNHL a un impact sur 90 pour cent de toutes les personnes malentendantes et ce financement nous aide à nous concentrer sur la mise sur le marché le plus rapidement possible de la première thérapie pour la SNHL.

KL : Dr LeBel, merci d'avoir partagé votre point de vue avec nous aujourd'hui et de nous avoir fourni une mise à jour sur les progrès réalisés par Frequency dans le développement d'un traitement pour la perte auditive neurosensorielle.

CL : Merci pour l'opportunité de discuter du FX-322 et de notre approche pour développer une thérapie pour le traitement SNHL. Nous sommes enthousiasmés par l'année à venir et le potentiel d'aider les millions de personnes souffrant de perte auditive

Carl LeBel, PhD, est directeur du développement chez Frequency Therapeutics, où il dirige le développement clinique du FX-322, le produit candidat potentiel de Frequency pour le traitement de la perte auditive neurosensorielle. Avant de rejoindre Frequency, le Dr LeBel a occupé le poste de directeur scientifique chez Otonomy Inc., et avant cela, il a travaillé pendant 14 ans à des postes de direction en R&D chez Amgen. Il est membre scientifique de l'American Academy of Otolaryngology et membre à part entière de l'American Association for the Advancement of Science et de la Society of Toxicology. Le Dr LeBel a obtenu son B.S. en chimie de l'Université de Detroit et son doctorat. en sciences biomédicales/toxicologie de la Northeastern University. Le Dr LeBel est également co-inventeur de nombreux brevets dans le domaine de l'administration de médicaments pour les troubles liés à l'otologie.

Kevin Liebe, AuD, est président et chef de la direction de Hearing Health & Technology Matters (HHTM). Il est également conseiller scientifique de Neosensory, une start-up basée dans la Silicon Valley, pionnière dans le domaine de l'augmentation sensorielle. En tant qu'audiologiste, Kevin a de l'expérience dans divers contextes, y compris la pratique privée, l'ORL et l'industrie. Il est ancien président et membre du conseil d'administration de la Washington State Academy of Audiology


Contenu

La déviation des stéréocils des cellules ciliées ouvre des canaux ioniques à déclenchement mécanique qui permettent à tous les petits ions chargés positivement (principalement le potassium et le calcium) d'entrer dans la cellule. [11] Contrairement à de nombreuses autres cellules électriquement actives, la cellule ciliée elle-même ne déclenche pas de potentiel d'action. Au lieu de cela, l'afflux d'ions positifs de l'endolymphe dans la scala media dépolarise la cellule, entraînant un potentiel de récepteur. Ce potentiel récepteur ouvre les canaux calciques voltage-dépendants, les ions calcium pénètrent ensuite dans la cellule et déclenchent la libération de neurotransmetteurs à l'extrémité basale de la cellule. Les neurotransmetteurs diffusent à travers l'espace étroit entre la cellule ciliée et une terminaison nerveuse, où ils se lient ensuite aux récepteurs et déclenchent ainsi des potentiels d'action dans le nerf. De cette façon, le signal sonore mécanique est converti en un signal nerveux électrique. La repolarisation des cellules ciliées se fait d'une manière spéciale. La périlymphe de la rampe tympanique a une très faible concentration d'ions positifs. Le gradient électrochimique fait circuler les ions positifs à travers des canaux jusqu'à la périlymphe.

Les cellules ciliées fuient de façon chronique du Ca 2+ . Cette fuite provoque une libération tonique de neurotransmetteur vers les synapses. On pense que cette libération tonique est ce qui permet aux cellules ciliées de réagir si rapidement en réponse à des stimuli mécaniques. La rapidité de la réponse des cellules ciliées peut également être due au fait qu'elle peut augmenter la quantité de libération de neurotransmetteurs en réponse à un changement aussi faible que 100 V du potentiel membranaire. [12]

Les cellules ciliées sont également capables de distinguer les tons par l'une des deux méthodes suivantes. La première méthode utilise la résonance électrique dans la membrane basolatérale de la cellule ciliée. La résonance électrique pour cette méthode apparaît comme une oscillation amortie du potentiel de membrane répondant à une impulsion de courant appliquée. La deuxième méthode utilise les différences tonotopiques de la membrane basilaire. Cette différence provient des différents emplacements des cellules ciliées. Les cellules ciliées qui ont une résonance à haute fréquence sont situées à l'extrémité basale, tandis que les cellules ciliées qui ont une résonance à fréquence nettement inférieure se trouvent à l'extrémité apicale de l'épithélium. [13]

Dans les cellules ciliées externes des mammifères, le potentiel variable des récepteurs est converti en vibrations actives du corps cellulaire. Cette réponse mécanique aux signaux électriques est appelée électromotilité somatique [14], elle entraîne des variations de longueur de la cellule, synchronisées avec le signal sonore entrant, et fournit une amplification mécanique par rétroaction à l'onde progressive. [15]

Les cellules ciliées externes ne se trouvent que chez les mammifères. Alors que la sensibilité auditive des mammifères est similaire à celle des autres classes de vertébrés, sans cellules ciliées externes fonctionnelles, la sensibilité diminue d'environ 50 dB [ citation requise ] . Les cellules ciliées externes étendent la plage d'audition à environ 200 kHz chez certains mammifères marins. [16] Ils ont également amélioré la sélectivité de fréquence (discrimination de fréquence), ce qui est particulièrement bénéfique pour les humains, car elle a permis un discours et une musique sophistiqués. Les cellules ciliées externes sont fonctionnelles même après épuisement des réserves cellulaires d'ATP. [14]

L'effet de ce système est d'amplifier de manière non linéaire les sons faibles plus que les grands, de sorte qu'une large gamme de pressions acoustiques peut être réduite à une gamme beaucoup plus petite de déplacements de cheveux. [17] Cette propriété d'amplification est appelée amplificateur cochléaire.

La biologie moléculaire des cellules ciliées a connu des progrès considérables ces dernières années, avec l'identification de la protéine motrice (prestine) qui sous-tend l'électromotilité somatique dans les cellules ciliées externes. Il a été démontré que la fonction de Prestin dépend de la signalisation des canaux chlorure et qu'elle est compromise par le pesticide marin commun, le tributylétain. Étant donné que cette classe de polluants se concentre dans la chaîne alimentaire, l'effet est prononcé chez les grands prédateurs marins tels que les orques et les baleines à dents. [18]

L'afflux d'ions calcium joue un rôle important pour que les cellules ciliées s'adaptent à l'amplification du signal. Cela permet aux humains d'ignorer les sons constants qui ne sont plus nouveaux et nous permet d'être attentifs aux autres changements dans notre environnement. Le mécanisme d'adaptation clé provient d'une protéine motrice, la myosine-1c, qui permet une adaptation lente, fournit une tension pour sensibiliser les canaux de transduction et participe également à l'appareil de transduction du signal. [19] [20] Des recherches plus récentes montrent maintenant que la liaison sensible au calcium de la calmoduline à la myosine-1c pourrait également moduler l'interaction du moteur d'adaptation avec d'autres composants de l'appareil de transduction. [21] [22]

Adaptation rapide : Au cours de l'adaptation rapide, les ions Ca 2+ qui pénètrent dans un stéréocil par un canal MET ouvert se lient rapidement à un site sur ou à proximité du canal et induisent la fermeture du canal. Lorsque les canaux se ferment, la tension augmente dans le maillon de pointe, tirant le faisceau dans la direction opposée. [19] L'adaptation rapide est plus importante dans les cellules ciliées de détection sonore et auditive, plutôt que dans les cellules vestibulaires.

Adaptation lente : Le modèle dominant suggère qu'une adaptation lente se produit lorsque la myosine-1c glisse le long du stéréocil en réponse à une tension élevée pendant le déplacement du faisceau. [19] La tension diminuée qui en résulte dans le maillon de pointe permet au faisceau de se déplacer plus loin dans la direction opposée. Au fur et à mesure que la tension diminue, les canaux se ferment, produisant la baisse du courant de transduction. [19] L'adaptation lente est plus importante dans les cellules ciliées vestibulaires qui détectent le mouvement spatial et moins dans les cellules ciliées cochléaires qui détectent les signaux auditifs. [20]

Les neurones du nerf auditif ou vestibulo-cochléaire (le huitième nerf crânien) innervent les cellules ciliées cochléaires et vestibulaires. [23] On pense que le neurotransmetteur libéré par les cellules ciliées qui stimule les neurites terminaux des axones périphériques des neurones afférents (vers le cerveau) est le glutamate. A la jonction présynaptique, il existe une corps dense présynaptique ou ruban. Ce corps dense est entouré de vésicules synaptiques et est censé aider à la libération rapide de neurotransmetteurs.

L'innervation des fibres nerveuses est beaucoup plus dense pour les cellules ciliées internes que pour les cellules ciliées externes. Une seule cellule ciliée interne est innervée par de nombreuses fibres nerveuses, tandis qu'une seule fibre nerveuse innerve de nombreuses cellules ciliées externes. Les fibres nerveuses des cellules ciliées internes sont également très fortement myélinisées, ce qui contraste avec les fibres nerveuses non myélinisées des cellules ciliées externes. La région de la membrane basilaire fournissant les entrées à une fibre nerveuse afférente particulière peut être considérée comme son champ récepteur.

Les projections efférentes du cerveau vers la cochlée jouent également un rôle dans la perception du son. Les synapses efférentes se produisent sur les cellules ciliées externes et sur les axones afférents sous les cellules ciliées internes. Le bouton terminal présynaptique est rempli de vésicules contenant de l'acétylcholine et un neuropeptide appelé peptide lié au gène de la calcitonine. Les effets de ces composés varient, dans certaines cellules ciliées l'acétylcholine hyperpolarise la cellule, ce qui diminue localement la sensibilité de la cochlée.

La recherche sur la repousse des cellules cochléaires peut conduire à des traitements médicaux qui restaurent l'audition. Contrairement aux oiseaux et aux poissons, les humains et autres mammifères sont généralement incapables de repousser les cellules de l'oreille interne qui convertissent le son en signaux neuronaux lorsque ces cellules sont endommagées par l'âge ou la maladie. [7] [24] Les chercheurs font des progrès dans la thérapie génique et la thérapie par cellules souches qui pourraient permettre de régénérer les cellules endommagées. Comme les cellules ciliées des systèmes auditif et vestibulaire des oiseaux et des poissons se sont régénérées, leur capacité a été longuement étudiée. [7] [25] De plus, il a été démontré que les cellules ciliées de la ligne latérale, qui ont une fonction de mécanotransduction, repoussent dans des organismes, tels que le poisson zèbre. [26]

Les chercheurs ont identifié un gène de mammifère qui agit normalement comme un commutateur moléculaire pour bloquer la repousse des cellules ciliées cochléaires chez les adultes. [27] Le gène Rb1 code pour la protéine du rétinoblastome, qui est un suppresseur de tumeur. Rb empêche les cellules de se diviser en favorisant leur sortie du cycle cellulaire. [28] [29] Non seulement les cellules ciliées dans une boîte de culture se régénèrent lorsque le gène Rb1 est supprimé, mais les souris élevées pour manquer le gène développent plus de cellules ciliées que les souris témoins qui ont le gène. De plus, il a été démontré que la protéine hedgehog sonique bloque l'activité de la protéine du rétinoblastome, induisant ainsi la réentrée dans le cycle cellulaire et la repousse de nouvelles cellules. [30]

L'inhibiteur du cycle cellulaire p27kip1 (CDKN1B) s'est également avéré favoriser la repousse des cellules ciliées cochléaires chez la souris après une délétion génétique ou une suppression avec un siARN ciblant p27. [31] [32] La recherche sur la régénération des cellules ciliées peut nous rapprocher du traitement clinique de la perte auditive humaine causée par les dommages ou la mort des cellules ciliées.


Les références

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Seol Hee Im et Paul H. Taghert. (2011). L'expression du récepteur PDF révèle des interactions directes entre les oscillateurs circadiens chez la drosophile. NCBI.


Voir la vidéo: TSBilanChapitre5: Motricité volontaire, intégration nerveuse et plasticité cérébrale (Septembre 2022).