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novembre 2017

 
LE SENS SPATIAL
Fonctionnement de l'oreille interne
 

Les informations qui suivent ont été tirées et adaptées (pour des adolescents) du site présenté par Pierre Selva de l'Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace de Toulouse en France à ses élèves.

Introduction
«L'oreille interne est un organe fascinant du corps humain. Abrité au sein de l'os temporal et situé en arrière de la chaîne des osselets, elle intègre 2 organes sensoriels très précis et hypersensibles qui disposent d'une fonction bien distincte : l'une auditive qui est celle de la cochlée, l'autre d'équilibration qui est celle du système vestibulaire. L'oreille interne est un magnifique exemple des capacités d'ingénierie de la nature, en ce qu'elle constitue une structure anatomique très complexe, regroupant deux sens dans un volume équivalent à celui d'un cachet d'aspirine.

Le sens de l'équilibre est un sens qui nous échappe. Nous ne prenons conscience de son existence que dans certaines situations « pathologiques » comme le mal de mer, le mal de l'espace, les vertiges. Il peut assurément être considéré comme notre sixième sens, en particulier parce qu'il joue un rôle dans plusieurs fonctions vitales : le contrôle de la posture, les mouvements réflexes, la perception du mouvement du corps dans l'espace Depuis plus d'un siècle, l'appareil vestibulaire a attiré l'attention de nombreux scientifiques et physiologistes. Mais ce n'est qu'à partir de l'arrivée des vols aérospatiaux que les recherches sur ce système se sont accélérées. Dans son ensemble, il comprend le vestibule et le nerf vestibulaire. Les récepteurs vestibulaires, comprenant les canaux semi-circulaires ainsi que les organes otolithiques, sont situés dans l'oreille interne. Ils contribuent à l'orientation spatiale en donnant des références sur la position de la tête dans l'espaceet ainsi à maintenir l'équilibre du corps.

Il est intéressant de noter, même si notre étude est particulièrement consacrée au système vestibulaire, que la fonction d'équilibration intègre la notion de plurimodalité sensorielle dont les origines principales sont :

  1. VISUELLES, pour nous aider à nous situer dans le décor et nous renseigner sur notre vitesse relative,
  2. MUSCULAIRES, pour nous informer de la disposition des différents segments du corps les uns par rapport aux autres et des accélérations et tensions qu'ils subissent,
  3. VESTIBULAIRES, pour nous renseigner sur les mouvements ainsi que sur la position de la tête et son inclinaison par rapport au sol.

Une autre fonction primaire du système vestibulaire est de fournir des informations au système oculomoteur afin de permettre la stabilisation de l'image sur la rétine lorsque la tête est en mouvement. (Par exemple, le système vestibulaire permet de stabiliser l'image quand on marche. Si on mettait une caméra à la place de nos yeux, elle filmerait un mouvement beaucoup plus saccadé que ce que voient nos yeux). Cette fonction est particulièrement adaptée pour des mouvements de faible amplitude et de courte durée rencontrés dans la vie de tous les jours. Il est important d'évoquer cette fonction car dans le cas de mouvements de forte amplitude ou de longue durée (comme par exemple en bateau sur une mer agitée), elle peut être à l'origine de nombreuses illusions visuelles ainsi qu'à des perceptions de l'orientation erronées.

Pour pouvoir nous repérer et nous mouvoir dans notre espace environnant, la nature nous a fait don de cet élément très ingénieux qu'est le système vestibulaire. Á ce jour, ce dernier présente quelques aspects de fonctionnement encore inexpliqués tant ce système est complexe. Cependant, au fil des diverses recherches, expériences et situations bien spécifiques, il est apparu que cet appareil peut parfois générer des sensations de gêne et de désorientation lorsqu'une personne est sujette à des mouvements du type des vols aéronautiques ou aérospatiaux. En effet, au cours d'un vol, les variations des forces gravitationnelles et inertielles affectent les récepteurs du système vestibulaire et par conséquent le sens de l'orientation du pilote ou de l'astronaute est affecté. On dit que le pilote est sujet à une désorientation spatiale.

Fonctionnement de l'oreille interne
Tout d'abord, il est essentiel de définir un référentiel lié à la tête qui se déplace dans l'espace en 3 dimensions. (Fig 1)


Fig 1 Référentiel lié à la tête

L'oreille interne est un organe bilatéral (des deux côtés de la tête) qui comprend une partie membraneuse remplie d'un liquide (endolymphe) et une partie osseuse. Le labyrinthe a 2 fonctions tout à fait différentes : une fonction auditive, qui est celle de la cochlée, et une fonction d'équilibration, celle de l'appareil vestibulaire. Ce dernier comporte les canaux semi-circulaires et les organes otolithiques.

1- Canaux semi-circulaires
Chacun est formé par les 2/3 d'un anneau dont le diamètre intérieure est d'environ 0.8mm. A l'extrémité de chaque canal se trouve une dilatation : l'ampoule qui s'ouvre directement dans la cavité centrale appelé « vestibule ». Leur arrangement suit trois principes généraux : une symétrie bilatérale, une orthogonalité 2 à 2 (ils sont perpendiculaire l'un par rapport à l'autre) et un mode opératoire excitatoire/inhibitoire (transmettent l'information ou l'inhibe).

Les canaux (Fig.2) sont orientés dans les 3 plans de l espace comme suit :

  1. le canal horizontal
  2. le canal antérieur
  3. le canal postérieur


Fig 2 Visualisation de l'oreille interne

Ils contiennent un liquide visqueux, l'endolymphe, et s'ouvre par leurs extrémités dans l'utricule. L'une des extrémités de chaque canal présente une dilatation membraneuse, l'ampoule (Fig 3). Chaque ampoule comporte une structure réceptrice, la crête ampulaire, qui contient des cellules sensorielles ciliées. Ces dernières sont surmontées d'une membrane, la cupule (densité identique à celle de l'endolymphe), qui emprisonne les cils des cellules et sépare hermétiquement l'ampoule en 2 parties (devant ou derrière la cupule).



Fig 3 a) Schéma d'une ampoule . . . . . . . . .. b) Cupule

Une accélération angulaire de la tête produit un courant d'endolymphe dans un ou plusieurs canaux. Ce déplacement se fait soit du canal vers l'ampoule, soit de l'ampoule vers le canal. Ce mouvement d'endolymphe entraine une déflexion de la cupule, ce qui provoque une flexion des cils des cellules sensorielles de la crête et donc leur stimulation.
voir les images

A vitesse angulaire constante de la tête, l'endolymphe a rattrapé, dû fait de sa viscosité, le mouvement du canal, (par exemple, si on s'amuse à tourner sur soi-même, à partir du moment où l'endolymphe tourne à la même vitesse que le corps, l'équilibre est rétabli). Il n'existe donc plus de mouvement relatif entre le fluide et les parois. La cupule revient à sa position de repos grâce à son élasticité. Enfin, lors d'une décélération ou de l'arrêt du mouvement de la tête, les canaux étant liés au crâne subissent cette même décélération tandis que le fluide continue à circuler à cause de son inertie (c'est à ce moment qu'on perd l'équilibre).

Les cellules sensorielles sont en contact avec des fibres nerveuses dont la réunion forme le nerf de l'ampoule. L'activité du nerf varie lorsque le canal est stimulé. Les messages nerveux sont ensuite conduits le long des fibres des nerfs au bulbe rachidien. Ils sont le point de départ de réflexes (oculaires, tonus musculaire).

Enfin, nous pouvons noter plusieurs remarques sur le fonctionnement du système :

  • si l'ensemble tête/endolymphe tourne à vitesse égale, les cellules ne sont pas stimulées car la cupule est revenue à sa position de repos au bout de 30s environ la sensation de rotation disparaît.
  • lorsque la cupule est fléchie, elle revient à sa position de repos selon un mouvement exponentiel, à la manière d'un pendule.
  • l'action conjuguée des 3 canaux est à l'origine d'un codage tridimensionnel des déplacements de la tête.
  • la stimulation des canaux entraîne un réflexe de mouvement compensatoire angulaire des yeux.

RÉSUMÉ :
De manière concrète, la stimulation des canaux semi-circulaires par une accélération angulaire ayant une intensité et une durée suffisante, entraîne une sensation de rotation dans le plan du canal stimulé. Il est important de se rappeler qu'à rotation à vitesse constante correspond une absence de sensation de rotation. La stimulation des canaux engendre également des réflexes vestibulo-oculaires qui permettent de stabiliser l'image rétinienne, ainsi que des réflexes posturaux dont le but est de maintenir la posture et l'équilibre.

2- Organes otolithiques
L'homme possède 2 organes otolithiques de chaque côté de la tête : l'utricule et le saccule, qui sont situés dans le vestibule et sont reliés par la canal utriculo-sacculaire. Leur fonctionnement dépend de la gravité. Leur stimulation implique plusieurs sensations : perception subjective du mouvement (accélérations linéaires) ou d'un changement de l'orientation de la tête par rapport à la direction de la gravité, réflexe postural (tonus musculaire) et mouvements compensatoires des yeux (réflexes vestibulo-oculaires).

Chaque macule comprend :
1- l'épithélium sensoriel, qui contient 2 types de cellules ciliées, qui sont en relation avec des fibres nerveuses.
2- la couche des otolithes (cristaux composés essentiellement de calcium, gravité spécifique de 2.7).

3- Cellules ciliées : mécanorécepteurs
Les cellules sensorielles sont situées, pour chaque oreille, dans les 3 crêtes ampulaires, localisées dans les 3 ampoules des canaux, et dans les 2 macules, l'une dans l'utricule, l'autre dans le saccule.

Chaque cellule comporte une touffe de stéréocils (50 à 120 par cellule) dominés par un kinocil plus long unique et sont tous placés du même côté, rangés à la manière de tuyaux d'orgues. (Fig 4) Ils sont soit enchâssés dans la cupule (pour les canaux) soit dans la membrane otolithique (pour les organes otolithiques).


Fig 4 cellules ciliées de type 1 et type 2
image adaptée de R.M. Berne, M.N. Levy, Physiology, Mosby-Year Book Inc., 1993

Les cellules de type I sont sensibles aux mouvements de faible amplitude et de haute fréquence (mouvements faibles qui se répétent souvent). Quant aux cellules de type II, elles sont sensibles aux stimulations de basse fréquence et à la position (mouvements rares et changement de position du corps).

On dit que ces cellules sont de véritables transducteurs mécano-électriques. Elles permettent la transformation d'un déplacement mécanique en activité nerveuse (signal électrique) véhiculée par le nerf vestibulaire au système nerveux central.

CONCLUSION
L'organe vestibulaire est sensible d'une part aux mouvements autour de 3 axes (rôle des canaux), d'autre part aux mouvements linéaires et à l'inclinaison de la tête relativement à la direction de la gravité (rôle des organes otolithiques). Cet organe nous renseigne donc en permanence sur les mouvements et l'inclinaison de la tête. Il est d'autre part pratiquement insensible aux conditions extérieures, contrairement aux autres systèmes sensoriels qui peuvent être facilement trompés ou perturbés (obscurité ). »

Autres références:

 
 


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