fisiología auditiva

Fisiologa de la audicinR. Nouvian, D. Malinvaud, T. Van den Abbeele, J.-L. Puel, P. Bonfils,P. Avan

La fisiologa auditiva incluye la fisiologa del odo externo, medio e interno, as como ladel sistema nervioso auditivo. El objetivo de este artculo es el de proporcionar al lectoruna visin de conjunto sobre el modo en el que el odo traduce la seal acstica en unaseal organizada de actividad neural que permite el tratamiento central y la percepcinauditiva. El odo extrae la informacin del tiempo, de la frecuencia y de la intensidad delestmulo sonoro. Todas las conexiones centrales, ya sean ascendentes o descendentes,permiten multiplicar las oportunidades de convergencia y divergencia de la informacinsonora hasta la corteza cerebral, efectuar un tratamiento de la seal en paralelo y/o enserie, y modular la actividad de los centros subyacentes mediante retrocontrol. 2006 Elsevier SAS. Todos los derechos reservados.

Palabras Clave: Odo; Cclea; Vas auditivas centrales; Selectividad de frecuencias;Neurotransmisores

Plan

Introduccin 1

Fisiologa del odo externo y medio 1Odo externo 1Odo medio 2

Fisiologa del odo interno y del nervio auditivo 3Bases morfolgicas de la cclea 4Bases funcionales de la cclea 8

Fisiologa de los centros auditivos 11Anlisis de frecuencias 11Localizacin 12Sonoridad 12Bandas crticas y enmascaramiento 13Algunos aspectos del tratamiento espectralde los sonidos son complejos 13

IntroduccinLa fisiologa del sistema auditivo ha sido el objeto de

progresos considerables desde hace unos veinte aos, enigual medida en lo referente al anlisis del funciona-miento del odo medio, de la cclea y tambin de loscentros auditivos. Estos enormes progresos slo se hanpodido lograr mediante el desarrollo de numerosastcnicas biolgicas innovadoras y con la aparicin demodelos complejos aplicados a los centros nerviosos.

Este nuevo artculo pretende presentar una actualiza-cin de la fisiologa del sistema auditivo, insistiendosobre las novedades que han revolucionado el conceptodel funcionamiento de dicho sistema.

Fisiologa del odo externoy medioOdo externo

El odo externo tiene una doble funcin: proteccindel odo medio (y en especial de la membrana timp-nica) y sobre todo una funcin de amplificacin. El odoexterno modifica la percepcin del campo sonoro alamplificar ciertas frecuencias, pero tambin aumenta ladirectividad a causa de la difraccin de las ondassonoras sobre el conjunto del volumen craneal y delodo externo, en especial del pabelln auricular.

Funcin de transmisin del odo medioEl odo externo modifica la fase y la amplitud de la

seal sonora incidente en funcin del ngulo de inci-dencia y de la frecuencia de la seal sonora. Estasmodificaciones corresponden a la funcin de transmi-sin del odo externo; cada estructura anatmica contri-buye al establecimiento de esta funcin (Fig. 1 y 2). LaFigura 1 representa la funcin de transmisin del odoexterno en el ser humano en funcin de la frecuenciadel sonido incidente y de su azimut. La Figura 2 des-cribe la amplificacin que proporciona el odo externoen el ser humano para un azimut de 45 en funcin dela frecuencia del sonido incidente. La amplificacinmxima es del orden de 20 decibelios para las frecuen-cias comprendidas entre 2 y 3 kHz. En el ser humano,la amplificacin de un sonido cuya frecuencia estcomprendida entre 2 y 6 kHz vara alrededor de20 decibelios cuando el azimut est comprendido entre-90 y 90.

Se ha podido estudiar la contribucin de cada ele-mento del volumen corporal y del odo externo a esta

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1Otorrinolaringologa

funcin de transmisin global. El volumen corporal(tronco, cuello, cabeza) induce una amplificacin delsonido de alrededor de 10 decibelios con una dbilselectividad de las frecuencias. La oreja (el pabelln enla antigua denominacin anatmica) permite unaamplificacin con una ganancia inferior a 10 decibeliospara las frecuencias comprendidas entre 5 y 6 kHz. Elconducto auditivo externo y la membrana timpnicaafectan a las frecuencias vecinas de 2 a 5 kHz.

Localizacin de las fuentes sonoras: papeldel odo externo

El estudio de la funcin de transmisin de la cabezay del odo externo se aplica directamente a la audicinbinaural y a la localizacin tridimensional de las fuentessonoras (sonido en tres dimensiones). El principioconsiste en restituir, a partir de oyentes a los que seaplican seales de fase y presin precisas, una impresinde volumen sonoro. Este tipo de tcnica se utiliza engran medida sobre todo en las cabinas de los avionespara que una seal sonora que parece provenir de unafuente precisa llame la atencin del piloto sobre unafuncin defectuosa.

Odo medioLa funcin principal del odo medio es transformar

las vibraciones sonoras areas que llegan a la membrana

timpnica en variaciones de presiones en los comparti-mentos lquidos del odo interno (Fig. 3). Este tipo detransformacin obliga a adaptar la impedancia entre elmedio exterior (areo) y el medio interior coclear(lquido). El odo medio tambin tiene un papel deproteccin del odo interno.

Funcin de transmisin del odo medioy adaptacin de impedancia

Los modelos que permiten analizar las vibraciones delodo medio son relativamente complejos en la medidaen que deben integrar movimientos en las tres dimen-siones, de amplitud microscpica y sujetos a una granvariabilidad individual y entre cada especie.

Desplazamientos de la membrana timpnica

Los desplazamientos del tmpano se han estudiadoen animales con tcnicas diversas: medicin de lapresin acstica en el interior del odo medio enpresencia de una estimulacin acstica (medicin deldesplazamiento volumtrico), medicin directa de losdesplazamientos del tmpano por efecto Mssbauer,interferometra lser o interferometra hologrfica [1].Estas tcnicas han permitido demostrar el carctermicroscpico de los desplazamientos que se producen.De este modo, el desplazamiento medio de la mem-brana timpnica por unidad de presin (por Pascal)variara de 1,2 a 1010-8 m [2].

Khanna y Tonndorf [1] han encontrado en gatos doszonas del tmpano que presentan un mximo de ampli-tud de las vibraciones a cada lado del manubrio. Encambio, los movimientos del propio martillo parecen serde menor amplitud que los de la membrana timpnica.Este modelo parece ser vlido para las frecuenciasinferiores a 6 kHz. Para las frecuencias superiores,existen mltiples zonas de vibracin del tmpano.

Desplazamientos de la cadena osicular

El acoplamiento mecnico entre el tmpano y elmango del martillo hace que una fuerza que acte sobreel tmpano se transmita al martillo. No obstante, lasmodalidades precisas de este acoplamiento an sedesconocen en parte. El eje de rotacin de los hueseci-llos y de suspensin de los ligamentos osiculares coin-cide con el centro de inercia rotacional de loshuesecillos, lo que crea as un fenmeno de palanca.Cuanto ms se aleja este eje del equilibrio, mayor es eldesplazamiento de la membrana timpnica. La relacinde palanca se estima por la medicin de la relacinentre la distancia del ombligo del tmpano al eje derotacin y la distancia entre el eje de rotacin y laarticulacin incudoestapedial. Ms recientemente,Decraemer y Khanna [3] han demostrado que el eje derotacin no es fijo, sino que su posicin vara en

Figura 1. Modificacin de la presin acstica inducida por elvolumen corporal y el odo externo (medida en el tmpano) en elser humano en funcin de la frecuencia del sonido incidente y desu azimut (segn Dancer).

Gan

ancia

(dB)

Frecuencia (kHz)Figura 2. Amplificacin proporcionada por el odo externo enel ser humano para un azimut de 45 en funcin de la frecuenciadel sonido incidente (T: total, 1: pabelln; 2, conducto auditivoexterno y membrana timpnica) (segn Shaw).

Figura 3. Funcin de transmisin del odo medio de la cobayaen cabina cerrada. La referencia es la seal medida a la entradadel conducto auditivo externo (segn Nuttall y Dancer).

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2 Otorrinolaringologa

funcin de la frecuencia, lo que modifica por consi-guiente la relacin de palanca, y que el movimientoobservado no es slo de rotacin, sino que existe uncomponente de traslacin. El componente de rotacines esencial cuando el sistema se estimula a bajas fre-cuencias; a altas frecuencias, el componente de trasla-cin parece predominar sobre la rotacin del bloquemartillo-yunque. Con tales conceptos de los movimien-tos del martillo, debe revisarse el concepto simple derelacin de palanca de la cadena osicular. Los movi-mientos del estribo se parecen a los de un pistn queentra y sale de la ventana oval.

Adaptacin de impedancia del odo medio

La funcin de transformador de impedancia del odomedio consiste en transformar las vibraciones de bajaspresiones y grandes desplazamientos del aire en vibra-ciones de alta energa con pequeos desplazamientosque permiten una conduccin en los lquidos labernti-cos. Los tres factores que permiten este mecanismo son,en esencia: la relacin de superficie entre la membrana timpnica

y la platina del estribo: esta relacin es de alrededorde 20-30. La fuerza aplicada en la membrana timp-nica sobre una gran superficie se retransmite a laplatina del estribo con un aumento de presin pro-porcional a la relacin de las superficies. Algunosautores han estimado que una parte de la membranatimpnica no tendra un papel activo, ya que estfijada al anillo timpnico, por lo que calcularan quela relacin de superficies activas en 14/1 [4];

el brazo de palanca de la cadena osicular martillo-yunque: el mango del martillo en proyeccin parecems largo que la rama descendente del yunque en unfactor 1,15-2,5. Por tanto, el desplazamiento transmi-tido al estribo por el yunque es inferior al que generala vibracin sobre el martillo.

un tercer factor ms menos apreciable se produce enla propia membrana timpnica. El resultado de estostres factores produce una ganancia de un factor 180.La transmisin del sonido entre un medio gaseoso yun medio lquido sin adaptacin de impedanciaperdera ms del 99% de la energa acstica, lo quecorresponde a una atenuacin sonora de alrededor de30 dB. El mecanismo de transformacin de impedan-cia que ejerce el odo medio en el ser humano permi-tira transmitir hasta dos tercios de la energa hacia lacclea.

Funcin de transmisin del odo medio

La adaptacin de impedancia ejercida por el odomedio no es homognea para todas las frecuencias(Fig. 3). Nedzelnitsky [5] ha demostrado un mximo detransmisin en el gato alrededor de 1 kHz. La transmi-sin es menos eficaz para las frecuencias ms bajas yms altas. En los huesos temporales humanos se obtie-nen resultados similares. No obstante, es probable quelos factores que afectan a las altas y bajas frecuenciassean diferentes. La membrana timpnica y, en especial,su elasticidad, desempean un papel destacado en lasbajas frecuencias, mientras que en las altas frecuenciasparece predominar la participacin de resonadores delodo medio.

La impedancia de entrada del odo interno se definepor la relacin entre la presin acstica en la rampavestibular respecto a la platina del estribo y el volumende perilinfa desplazado por esta platina por unidad detiempo. Los movimientos de la platina del estribo noestn limitados slo por la inercia de la perilinfa, sinoque tambin dependen de la distensibilidad de lamembrana basilar. La impedancia de entrada del odointerno es de tipo resistivo, lo que produce dos conse-

cuencias: toda la energa acstica incidente se disipa enla cclea y las resonancias que aparecen en el odomedio se amortiguan.

Funcin de proteccin del odo internoLa funcin de proteccin se ejerce principalmente por

los msculos del odo medio. El msculo del martillo, otensor del tmpano, se inserta en el manubrio delmartillo. Su contraccin empuja el martillo en sentidoanterior y medial. El segundo msculo es el estapedio,que se inserta en la parte posterior del estribo, y cuyacontraccin tracciona de ste en sentido posterior. Lacontraccin de estos dos msculos aumenta la rigidez dela cadena osicular. Los mecanismos fisiolgicos decontraccin refleja del msculo del martillo se conocenpeor que los del msculo estapedio, y se suele equipararel reflejo acstico nicamente al reflejo estapedial.

El reflejo acstico tiene un efecto especialmententido en las bajas frecuencias, donde produce unareduccin del orden de 15 dB en la rata. Otros estudioshan demostrado atenuaciones mucho ms tenues, delorden de 2 dB, para las intensidades de 20 dB porencima del umbral del reflejo [6], en especial para lasfrecuencias agudas. Los msculos del odo medio secontraen en respuesta a los sonidos de intensidadsuperior a 80 dB. El arco reflejo correspondiente espolisinptico, y pasa por el tronco del encfalo. Dadoque el msculo del estribo est inervado por el nerviofacial, el arco reflejo correspondiente constituye unbucle acusticofacial que pasa por el ncleo coclearventral y por el ncleo del nervio facial. Al contrario, elmsculo del martillo, inervado por el nervio trigmino,participa en un bucle reflejo acusticotrigeminal. Se handescrito vas multisinpticas de latencia ms prolongadaque discurren por la formacin reticular.

El tiempo de reaccin de estos reflejos acsticos estlimitado por el tiempo sinptico de cada relevo. Portanto, la latencia del reflejo estapedial o del msculo delmartillo es como mnimo de 7-10 mseg, en funcin dela intensidad del sonido incidente. Este reflejo podratener un papel protector del odo medio en caso deimpulso sonoro demasiado fuerte, no obstante con unefecto limitado por el tiempo de reaccin, la dbilatenuacin y los fenmenos de fatigabilidad. El segundoefecto de este reflejo acstico sera el de aumentar laselectividad de frecuencias, sobre todo con una atenua-cin ms fuerte de las bajas. Esto podra influir, porejemplo, en la inteligibilidad de los sonidos complejoscomo la palabra en ambientes ruidosos.

Fisiologa del odo internoy del nervio auditivo

Los conocimientos sobre la fisiologa de la cclea hansufrido una revolucin desde hace unos quince aos. Elsistema auditivo perifrico de principios del siglo xxi no

Puntos esencialesEl odo medio ejerce una doble funcin detransmisin del sonido de un medio areo haciaun medio lquido (odo interno) y de proteccindel odo interno. Cualquier lesin del odo mediopuede de este modo provocar una alteracinconsiderable de la transmisin sonora hacia elodo interno, y sobre todo para las frecuenciasinferiores a 3 kHz.

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tiene nada que ver con el de la dcada de 1980. Estoscambios se han debido al desarrollo de nuevas tcnicasde investigacin neurofisiolgica, pero tambin debiologa celular y molecular.

Bases morfolgicas de la ccleaLa cclea est recubierta por una pared sea, la

cpsula tica. Est formada por tres rampas enrolladasen espiral alrededor de un eje seo denominadomodiolo (Fig. 4, 5). Las rampas vestibular y timpnicaestn rellenas de perilinfa y forman el compartimentoperilinftico. Ambas rampas se comunican entre s en laparte ms apical de la espiral coclear por un orificiodenominado helicotrema. Las rampas vestibular ytimpnica estn aisladas del odo medio en la parte msbasal de la espiral coclear por la ventana oval y laventana redonda. La cclea permite la circulacin de lasondas de presin generadas por los sonidos. La entradade la seal acstica es la ventana oval, sobre la que seinserta la platina del estribo. La onda de presin sepropaga a lo largo de la espiral formada por el rganode Corti. Dado que estos lquidos son indeformables, lasobrepresin generada se elimina por la ventanaredonda. Las rampas vestibular y timpnica rodean alconducto coclear relleno de endolinfa. Este conductoest delimitado por la membrana de Reissner, la estravascular y el rgano de Corti, lugar de la mecanotrans-duccin. La perilinfa y la endolinfa tienen un contenidoinico muy diferente. Mientras que la composicin dela perilinfa es muy parecida a la de los lquidos extrace-lulares y al lquido cefalorraqudeo, la endolinfa secaracteriza por una gran abundancia de potasio. Estadiferencia de la composicin inica de ambos lquidoscocleares se traduce en la presencia de un potencialendolinftico, denominado potencial endococlear, quees de alrededor de +80 mV (v. Fisiologa de los lquidoslabernticos, EMC).

El rgano de Corti se apoya en la membrana basilary se enrolla desde la base al vrtice de la espiral coclear(Fig. 5). Est compuesto por clulas sensoriales (lasclulas ciliadas), fibras nerviosas, clulas de sostn yclulas anexas no sensoriales (Fig. 6).

Figura 6. Seccin transversal de una vuelta de la espira de lacclea. Corte transversal efectuado a nivel de la tercera vueltade una cclea de cobaya visto con el microscopio ptico. Estaimagen muestra el ganglio espiral (GS) compuesto de loscuerpos celulares de las neuronas auditivas primarias y elrgano de Corti (OC). En este ltimo, la fila de clulas ciliadasinternas (CCI) y las tres filas de clulas ciliadas externas (CCE)se disponen a ambos lados del tnel de Corti (TC). Las CCE,cuya base se apoya en las clulas de Deiters (D), modulan latransduccin mediante procesos mecnicos activos. Estosprocesos amplifican los desplazamientos de la membrana ba-silar (MB). El fascculo espiral interno est indicado por unaflecha gruesa, el fascculo intraganglionar espiral por un aste-risco y el fascculo espiral del tnel por una flecha fina. RV:rampa vestibular, RT: rampa timpnica, RM: rampa media,MR: membrana de Reissner, MT: membrana tectoria, LS: liga-mento espiral, H: clula de Hensen, FSE: fascculo espiralexterno, LSO: lmina espiral sea. La barra de escala corres-ponde a 100 m. (Segn Marc Lenoir, INSERM, Montpellier.Obtenido de la pgina Promenade autour de la cochle,www.cochlee.info, Rmy Pujol et al, INSERM y Universidad deMontpellier 1).

Figura 4. Espiral coclear. Imagen de microscopio electrnicode barrido de la espira coclear de una cclea de rata. El enrolla-miento caracterstico de este rgano se observa de forma clara.La cpsula tica, la estra vascular y la membrana tectoria se hanextrado de forma cuidadosa, descubriendo el rgano de Corti.(Segn Marc Lenoir, INSERM, Montpellier. Obtenido de la p-gina Promenade autour de la cochle, www. Cochlee.info,Rmy Pujol et al, INSERM y Universidad de Montpellier 1).

Figura 5. Seccin axial de la cclea. Esta figura representauna seccin axial (o modiolar, es decir, pasando por el mo-diolo) de la cclea. Muestra de forma esquemtica el enrolla-miento de los tres conductos cocleares: el conducto coclear(1), que contiene la endolinfa, y las rampas vestibular (2) ytimpnica (3) que forman el compartimento perilinftico. Laparte central de la cclea (modiolo) contiene el ganglio espiral(4), donde se encuentran los cuerpos celulares de las neuronasauditivas primarias. Y las fibras del nervio auditivo (5) conec-tadas a las estructuras del tronco del encfalo (ncleos coclea-res). Las flechas representan la circulacin de las ondas depresin transmitidas por la cadena osicular, la flecha rojaproviene de la ventana oval y la azul de la ventana redonda.(Segn S. Blatrix, obtenido de la pgina Promenade autour dela cochle, www.cochlee.info, Rmy Pujol et al, INSERM yUniversidad de Montpellier 1).



La transduccin de las informaciones mecnicas enseales electroqumicas se produce por las clulassensoriales, que disponen en su polo apical de tres filasde estereocilios, por lo que reciben el nombre de clulasciliadas (Fig. 7, 8). Existen dos tipos de clulas ciliadas,dispuestas a ambos lados del tnel de Corti: las clulasciliadas externas (CCE) y las clulas ciliadas internas(CCI). Las CCE se encargan de amplificar la onda sonoray las CCI de traducir la informacin sonora en unmensaje nervioso. Mientras que los estereocilios de lasclulas ciliadas estn inmersos en la endolinfa, sucuerpo celular se localiza en el compartimento perilin-ftico (Fig. 6). Los estereocilios constan sobre todo deactina y cada clula ciliada tiene alrededor de cien,dispuestos en tres filas. Estn unidos entre ellos pornumerosos enlaces transversales y por enlaces terminales(tip-links). Estos ltimos tienen una estructura dedoble hlice y estn constituidos por la asociacin denumerosas cadherinas 23 [7, 8]. Los estereocilios mslargos de las CCE estn anclados en una estructuraamorfa que recubre el rgano de Corti: la membranatectoria, que se compone de fibras de colgeno y deprotenas como la a- y b-tectorina y la otogelina [9, 10].

Clulas ciliadas externasLas clulas ciliadas externas, situadas en el borde

externo de la espiral coclear, se organizan en tres filas yexisten alrededor de 13.000 en cada cclea del serhumano. Desde un punto de vista morfolgico, las CCEtienen una forma cilndrica perfecta y su longitudaumenta de modo uniforme desde la base al vrtice dela cclea. Sus estereocilios se disponen en W sobre suplaca cuticular. La rigidez de los estereocilios vara desdela base al vrtice en una relacin prxima a 1:10 parala primera fila y a 1:40 para la tercera. Esta rigidezdepende del sentido de deflexin de los cilios, que esmayor para una deflexin hacia el exterior respecto aleje coclear. Estas mediciones permiten apreciar lafrecuencia de resonancia de los cilios de las CCEteniendo en cuenta su acoplamiento con la membranatectoria. Esta frecuencia de resonancia vara desde labase de la cclea a su vrtice en un factor 20 dentro de

la gama de las frecuencias audibles (1,2 a 22 kHz en elcaso de la cobaya). Esta rigidez de los estereocilios esmuy sensible a los traumatismos sonoros. Tras unaestimulacin sonora intensa, es posible la restitucin adintegrum de la funcin ciliar dentro de unos lmitesrazonables cuando la funcin celular es normal.

Las CCE estn separadas lateralmente entre ellas porlos espacios de Nuel. Slo contactan con las clulas deDeiters en su polo apical y basal. El polo apical de lasCCE y el extremo de las falanges de Deiters forman lalmina reticular, que es un mosaico hermtico porcompleto a la endolinfa. La pared lateral est tapizadapor un complejo de cisternas laterales y de mitocon-drias. El ncleo de las CCE se sita en la base de lasclulas, justo por encima del compartimento sinpticoque contiene numerosas mitocondrias.

Existen pocos datos sobre el registro elctrico de lasCCE in vivo, porque la colocacin y el mantenimientode un microelectrodo intracelular son difciles. Estasdificultades se deben a la dbil fijacin de las CCE en elespacio de Nuel, a la movilidad de las CCE, a supequeo tamao y a la resistencia a la penetracin desu pared lateral. La parte esencial de los registros se harealizado en la tercera vuelta coclear en la cobaya. Elpotencial de reposo intracelular es negativo, compren-dido entre -53 mV y -70 mV, del vrtice a la base. Bajola influencia de un estmulo sonoro, las deflexionessucesivas de los estereocilios en un sentido y despus enel otro producen series de despolarizacin (inclinacinde los cilios hacia el exterior) y de hiperpolarizacin(inclinacin de los cilios hacia el interior). Por tanto, esposible registrar dos componentes elctricos superpues-tos en respuesta a una estimulacin sonora (Fig. 9): uncomponente continuo que reproduce la envolvente dela estimulacin acstica y un componente alterno quereproduce su frecuencia. El componente continuo espositivo la mayora de las veces, y supone por consi-guiente una despolarizacin de la CCE, salvo para lasfrecuencias inferiores a la frecuencia caracterstica de la

Estereocilios

Placa cuticular

Ncleo

Canal de Ca2+de tipo L

Aferenciade tipo I

Canal de K+rectificador retardado

Cuerpo sinptico

Eferencialateral

BK KCNQ4

Figura 7. Clulas ciliadas internas. Representacin esquem-tica de una clula ciliada interna (CCI). El ncleo de la clula sueleocupar una posicin central. El cuerpo celular de las CCI espiriforme. En el polo apical de la clula, las tres filas de estereo-cilios se apoyan en la placa cuticular. Las CCI reciben conexionesde las neuronas de tipo I. La actividad de estas ltimas estregulada por las fibras del sistema eferente lateral (cf. tambin laFig. 10). La actividad elctrica de la CCI se debe a la expresin decanales inicos como el canal de calcio de tipo L y los canales depotasio BK, rectificador retardado y KCNQ4.

Estereocilios

Placa cuticular Prestina

Ncleo

Eferenciamedial Aferencia

de tipo II

Figura 8. Clulas ciliadas externas. Representacin esquem-tica de una clula ciliada externa (CCE). Su forma es cilndrica y elncleo se encuentra en posicin basal. Los estereocilios se im-plantan a nivel de la placa cuticular. Las CCE reciben una dobleinervacin, a la vez aferente por las neuronas de tipo II y eferentepor las fibras del sistema eferente medial. La liberacin de acetil-colina por las eferencias mediales activa el canal nicotnico a9-a10 de las clulas ciliadas externas. La entrada de calcio produceentonces la abertura de los canales de potasio SK sensibles alcalcio. Las CCE expresan tambin los canales de potasio KC-NQ4 y BK. Por ltimo, la actividad electromvil de las CCE sedebe a la protena prestina, situada a lo largo de la membranalateral.



clula, donde sta se hiperpolariza. Parecen existirvariaciones considerables de las propiedades elctricas delas CCE en funcin de su posicin en la membranabasilar. De este modo, las CCE de la base no parecentener una respuesta elctrica continua (frecuenciacaracterstica prxima a 20 kHz en la cobaya), mientrasque las CCE de las regiones apicales s la tienen.

Las CCE presentan una selectividad muy elevada delas frecuencias. Dallos ha podido registrar curvas desintona (curvas de respuestas isoelctricas) de las CCEdel vrtice que muestran una frecuencia caractersticamuy concreta, pero con ndices de selectividad quepareceran mostrar un rendimiento un poco menor queel observado en las CCI de la base de la cclea.

Clulas ciliadas internas

Las CCI se distinguen de las CCE por el aspectopiriforme de su cuerpo celular (Fig. 7). Las CCI son unas3.500 en cada cclea y se sitan en el borde interno delrgano de Corti, organizadas en una sola fila. Al contra-rio que las CCE, los estereocilios se disponen en lnea yno se anclan en la membrana tectoria. El ncleo ocupauna posicin medial y la membrana plasmtica laterales tpica. Aunque su nmero es tres veces menor que elde las CCE, las CCI son las verdaderas clulas sensoria-les. Garantizan a la vez la transduccin de la vibracinmecnica en seal elctrica y la transmisin de lainformacin por la liberacin de neurotransmisor sobrelas fibras del nervio auditivo. Las zonas activas de lasCCI se caracterizan por la presencia de una estructura

electrodensa denominada bastn (Fig. 10). Estos cuerpossinpticos se fijan a la membrana plasmtica y estnrodeados de vesculas sinpticas, que contienen elneurotransmisor de las CCI. Hasta el momento, lasnicas protenas asociadas a los bastones de las clulassensoriales son RIM, Ribeye, Bassoon y Piccolo [11]. Porlo general, existe un solo bastn en cada zona activa yunas diez zonas activas en cada CCI. Cada zona activaest conectada con la terminacin de una nica fibradel nervio auditivo.

Russel y Sellick [12] realizaron el primer registro delas clulas ciliadas internas. Estas clulas presentan unpotencial de reposo negativo de -40 mV en la base yde -32 mV en el vrtice. Cuando la clula se estimulapor un sonido, muestra una respuesta elctrica con doscomponentes. El componente continuo reproduce laenvolvente de la estimulacin acstica, mientras que elcomponente alterno sigue la frecuencia. Cada CCItiene una respuesta electrofisiolgica muy dependientede la frecuencia del sonido estimulante. Es posibletrazar curvas isoelctricas (intensidad de estimulacinnecesaria para obtener una respuesta de la clula deuna amplitud determinada segn la frecuencia deestimulacin) que presentan una fuerte selectividad defrecuencia, ya se realice la medicin en el componentecontinuo o en el componente alterno de la respuesta.Estas curvas de sintona son comparables a las obteni-das al estudiar el desplazamiento puramente mecnicode la membrana basilar (sobre la que se apoya elrgano de Corti) en el punto donde se asienta la CCIy tambin a las obtenidas al estudiar la actividad

Potencial de receptor (mV)

Presin (Pa)

20

15

10

5

CCI

CCE

800 Hz

-1 -0,5 0,5 1

-5

-1070

70

30 mV 5010 mV

50

3030

CCI CCE

Figura 9. Respuestas electrofisiolgicas de una clula ciliadainterna (CCI) y de una clula ciliada externa (CCE) en la terceravuelta de la cclea en respuesta a un estmulo tonal de 800 Hzprximo a su frecuencia caracterstica. Estas respuestas asocianuna respuesta alterna (ac) y una respuesta continua (dc). Lasrespuestas ac y dc de las CCE son menos amplias que las de lasCCI (segn Dallos).

Vesculassinpticas

Canalesde calcio

ReceptoresAMPA

Receptoresdopaminrgicos

CCI

Bastn sinptico

Dopamina Acetilcolina GABA Dinorfina Encefalina CGRP

Fibra aferente Eferencia lateral

Figura 10. Sinapsis glutamatrgica de las clulas ciliadas inter-nas. Las zonas activas de las clulas ciliadas internas se caracteri-zan por la presencia de cuerpos sinpticos formados por unbastn. Estos ltimos estn rodeados de vesculas sinpticas quecontienen el neurotransmisor de las CCI (el glutamato). Tras unaelevacin del calcio intracelular, la fusin de las vesculas con lamembrana plasmtica libera el glutamato en el espacio sinptico.Este ltimo activa entonces los receptores AMPA de las fibrasaferentes de tipo I. La actividad de las fibras primarias estregulada por las fibras eferentes laterales. Estas ltimas contienenuna mezcla de neurotransmisores (dopamina, acetilcolina,GABA) y de neuromoduladores (dinorfina, encefalina, CGRP).



unitaria de las fibras aferentes que se originan bajo laclula ciliada interna estudiada (Fig. 11).

Inervacin del rgano de CortiEl rgano de Corti recibe una inervacin doble, a la

vez aferente y eferente (Fig. 12). La inervacin aferenteproviene de las neuronas de tipo I y II del ganglioespiral, cuyos axones se proyectan hacia los ncleoscocleares. La inervacin eferente proviene de neuronaspertenecientes a dos sistemas distintos, cuyos cuerposcelulares se sitan en los ncleos del tronco del enc-falo. La prolongacin axnica del conjunto de estasneuronas constituye el nervio coclear.

Inervacin aferente

La inervacin aferente del rgano de Corti provienede las neuronas auditivas primarias, cuyos cuerposcelulares se sitan a nivel del ganglio espiral. Esteltimo est situado en el eje de la cclea (modiolo). Lasneuronas auditivas primarias son neuronas bipolares.Son de dos tipos, denominados neuronas ganglionaresde tipo I y neuronas ganglionares de tipo II. Sus prolon-gaciones perifricas terminan en el rgano de Corti, encontacto con las clulas ciliadas, y su prolongacincentral termina en los ncleos cocleares del tronco delencfalo.

La inervacin aferente de las CCI proviene de lasneuronas ganglionares de tipo I (Fig. 12), que represen-tan el 95% de la poblacin neuronal del ganglio espi-ral [13]. Son neuronas de gran tamao, mielinizadas

incluso alrededor del soma. Poseen una nica prolonga-cin perifrica, tambin mielinizada hasta la entrada del

Tipo I

A

Tipo IIB

Figura 12. Inervacin de las clulas ciliadas. Estas figuras representan las conexiones entre las clulas ciliadas y el tronco del encfalo.A. Las clulas ciliadas internas hacen sinapsis con todas las neuronas de tipo I del ganglio espiral, formando el sistema aferente radial(representado en azul) que conecta la cclea con los ncleos cocleares. Las informaciones auditivas se transmiten al cerebro por este sistema.El sistema eferente lateral (representado aqu en rosa) se deriva de pequeas neuronas de la oliva superior lateral (LSO).B. Las clulas ciliadas externas (CCE) hacen sinapsis con las terminaciones dendrticas de pequeo tamao de las neuronas ganglionares detipo II que forman el sistema aferente espiral (representado en verde). Las CCE estn inervadas directamente por las terminaciones axnicasgruesas (representadas en rojo) de neuronas situadas de forma bilateral en el ncleo ventromedial del cuerpo trapezoide, alrededor delcomplejo olivar superior medial (MSO) (para facilitar la visualizacin de las fibras nerviosas, las clulas de Deiters no se han dibujado aqu)(Segn S. Blatrix, obtenido de la pgina Promenade autour de la cochle, www.cochlee.info, Rmy Pujol et al, INSERM y Universidad deMontpellier 1). 1. Ncleos cocleares; 2. Oliva superior lateral; 3. Oliva superior medial; 4. Piso del IV ventrculo.

30

40

50

60

70

80

90

2 5 10 15 20

A

B

C

Frecuencia (kHz)

Aten

uaci

n (d

B)

Figura 11. Comparacin de las curvas de sintona (tuningcurve) registradas: en las fibras aferentes del nervio auditivo (A);en las clulas ciliadas internas (CCI) del rgano de Corti (B); sobreel tabique coclear (curva de isodesplazamiento de la membranabasilar) (C).



rgano de Corti, que se proyecta hacia las CCI y seconecta mediante un nico botn dendrtico a una solaCCI [14]. Varias neuronas de tipo I contactan con unamisma CCI (una media de diez por cada CCI). De estemodo, en el ser humano existen alrededor de30.000 neuronas de tipo I para 3.500 CCI.

El neurotransmisor empleado por las CCI es el gluta-mato [15], que es un aminocido excitador utilizado poruna gran mayora de las sinapsis del sistema nerviosocentral. Sin embargo, su liberacin excesiva puedeconvertirse en txica (fenmeno de excitotoxicidad). Eneste caso, los receptores postsinpticos se encuentransobreestimulados, lo que produce un flujo inico exce-sivo en la clula, seguido de una entrada masiva de aguapor un fenmeno osmtico. La terminacin sinptica sehincha y despus estalla. No obstante, las neuronasganglionares de tipo I son capaces de formar nuevasprolongaciones y de restablecer las sinapsis funcionalescon las CCI tras un shock excitotxico [16].

La inervacin aferente de las CCE proviene de lasneuronas ganglionares de tipo II (Fig. 12). Estas ltimasrepresentan una poblacin minoritaria en el ganglioespiral: constituyen apenas el 5% de la poblacinneuronal de esta estructura. Las neuronas de tipo II sonms pequeas que las de tipo I y, al contrario que estasltimas, no estn mielinizadas. La prolongacin perif-rica de estas neuronas est ramificada. Cada neurona detipo II establece de este modo sinapsis con unas diezCCE diferentes, que suelen pertenecer a la misma fila.La naturaleza del neurotransmisor empleado por estassinapsis y el papel de este sistema aferente se descono-cen por el momento. Las neuronas de tipo II no parecenresponder a los estmulos sonoros de fuerteintensidad [17].

Inervacin eferente

La cclea es un rgano controlado por los centrossuperiores. Las clulas ciliadas reciben una inervacinmasiva proveniente de dos sistemas eferentes cuyoscuerpos celulares se originan en la oliva bulbar. Elsistema eferente medial inerva de forma directa las CCE,mientras que el sistema eferente lateral inerva lasdendritas de las fibras de tipo I del nervio auditivo.

La inervacin eferente de las dendritas de las neuro-nas de tipo I proviene del sistema olivococlear eferentelateral (Fig. 12). Las neuronas se originan en la olivasuperior lateral situada en el tronco del encfalo. Lasfibras del sistema eferente lateral contactan directa-mente con las dendritas de las neuronas de tipo I delnervio auditivo, justo bajo el botn sinptico formadocon la CCI (Fig. 10). El sistema eferente lateral empleavarios neurotransmisores, como la acetilcolina, el cidogamma-aminobutrico (GABA) y la dopamina, y neuro-moduladores como el pptido relacionado con el gen dela calcitonina (CGRP), las encefalinas y las dinorfinas [15,18].

En la actualidad se dispone de pocos datos sobre elpapel fisiolgico de este sistema. La dopamina liberadapor el sistema eferente lateral constituye un adaptadorde ganancia que permite ajustar el umbral y la dinmicade respuesta de las fibras en funcin de la seal deentrada [19, 20]. La aplicacin intracoclear de dopaminaproduce una reduccin de la actividad espontnea de lasfibras del nervio auditivo y una elevacin del umbral derespuesta a la estimulacin sonora. De este modo, ladopamina tiene un papel inhibidor sobre la actividad delas neuronas auditivas primarias. Al contrario, la aplica-cin de antagonistas de la dopamina aumenta la activi-dad espontnea de las neuronas auditivas primarias ymejora la sensibilidad en el umbral. Es probable que elaumento de la actividad espontnea refleje una libera-cin de la inhibicin tnica a nivel del sitio de iniciodel mensaje auditivo. Aunque estos resultados demues-tran que la actividad de las fibras del nervio auditivo

depende de la liberacin tnica de dopamina por elsistema eferente lateral, algunos trabajos recientessugieren que la actividad secretora de las diferenteszonas activas de una CCI podra tambin contribuir alas diferencias de actividad espontnea de las fibras queinervan la CCI [21].

La inervacin eferente de las CCE proviene del sis-tema olivococlear eferente medial (Fig. 12), denominadode este modo por la presencia de los cuerpos celularesde las neuronas en el ncleo dorsomedial del cuerpotrapezoide, alrededor del complejo olivar superiormedial. El contacto entre las CCE y las neuronas delsistema eferente medial se efecta mediante gruesasterminaciones axnicas. El neurotransmisor empleadopor el sistema eferente medial es la acetilcolina [22-27],que al ser liberada activa los receptores nicotnicos a9 ya10. Estas subunidades nicotnicas confieren a losreceptores nicotnicos de las CCE un perfil farmacol-gico especial: dichos receptores se bloquean por laestricnina (antagonista glicinrgico), por la bicuculina(antagonista gabargico) y por la nicotina y lamuscarina [23-25, 28, 29]. La activacin de los receptoresa9-10 por la acetilcolina produce una entrada de calcio,que a su vez activa los canales de potasio sensibles alcalcio SK [24, 26, 27]. Estos ltimos producen una salidade potasio y, por consiguiente, provocan la hiperpolari-zacin de las CCE (Fig. 8). Al controlar el potencial demembrana de las CCE, el sistema eferente medialmodula de ese modo la actividad de estas clulas, cuyopapel principal es amplificar la intensidad de las ondassonoras. La reduccin de la ganancia del amplificadorcoclear permite al sistema eferente medial garantizar laproteccin frente a las altas intensidades de estimula-cin. Debe observarse adems que el sistema eferentemedial tambin se activa durante los procesos de aten-cin selectiva, ya sea visual o auditiva [30-32]. Estesistema se inhibe intensamente por la anestesia [33].

Bases funcionales de la ccleaSelectividad coclear de frecuencias

En la cclea, la onda de presin generada por unsonido se propaga a lo largo de la membrana basilardesde la base al vrtice de la cclea. La vibracin alcanzasu mxima amplitud en un punto preciso, tanto msprximo al vrtice cuanto ms grave sea la frecuencia deestimulacin. El descubrimiento de esta tonotopiacoclear le proporcion el Premio Nobel de medicina aGeorg von Bekesy en 1962. Esta peculiaridad, debida alas propiedades estructurales y mecnicas de la mem-brana basilar, es el origen del anlisis de frecuencias delos sonidos que llegan a la cclea. Aunque esta tonoto-pia pasiva permite explicar un primer nivel de codifica-cin de las frecuencias, dicha codificacin es pocoselectiva y no basta para explicar el grado considerablede sensibilidad y de selectividad de frecuencias de lacclea.

De hecho, el rgano de Corti debe su sensibilidad yselectividad de frecuencia a la existencia de mecanismosactivos endococleares [34]. Gold (astrofsico ingls), en1948, fue el primero en plantear un modelo de la ccleaque inclua no slo las clulas transductoras clsicas,sino tambin las clulas capaces de producir una energamecnica. David Kemp descubri en 1978 el fenmenode las otoemisiones acsticas, lo que ha permitidorelanzar esta teora y ha llevado a la concepcin de lafisiologa coclear actual. Estas ltimas se originan en laspropiedades de electromotilidad de las CCE, que seacortan en respuesta a una despolarizacin y, al contra-rio, se alargan en respuesta a una hiperpolarizacin [35].Estas modificaciones de tamao pueden llegar hasta el4% de la longitud de las CCE y pueden seguir lasfrecuencias de estimulacin compatibles con las fre-cuencias audibles. La persistencia de la electromotilidad



tras la digestin de las redes citoesquelticas submem-branosas (mediante dilisis intracelular de tripsina)muestra que los elementos motores responsables de laelectromotilidad residen en la propia membrana plas-mtica [36]. Una caracterstica de la electromotilidad es lacapacidad no lineal de las CCE [37], que refleja losmovimientos de carga del motor en respuesta a unamodificacin del potencial transmembrana. La curvaque expresa esta capacidad de la membrana en funcindel potencial transmembrana adopta una forma encampana caracterstica (Fig. 13). La identificacin de laprotena prestina por el equipo del Prof. Dallos hapermitido descubrir la naturaleza del motor molecularque origina la electromotilidad. La expresin de laprestina en los sistemas heterlogos modifica la longitudde las clulas en respuesta a un salto de potencial y lesconfiere una capacidad no lineal comparable a las de lasCCE [38]. A la inversa de los canales inicos sensibles alpotencial, la deteccin del potencial transmembrana noes una propiedad intrnseca de la prestina, sino que sedebe a los iones Cl- intracelulares [39]. De este modo, laausencia de iones Cl- intracelulares anula de formareversible la capacidad membranosa no lineal. La fija-cin de los iones Cl- a la prestina y su translocacinhacia el lado citoslico o exterior de la protena, segnel potencial transmembrana, sera responsable de uncambio de conformacin de la protena, que modificaraas la superficie de la membrana (Fig. 13). Debe obser-varse que la anulacin del gen prestina en el ratnproduce una prdida de audicin de 50 dB [40], es decir,la ganancia se debe a los mecanismos activos y a unaprdida de la selectividad de frecuencias [41]. Por ltimo,una manifestacin in vivo de los mecanismos activos esla existencia de otoemisiones acsticas, que indican laactividad de las CCE y estn ausentes en los ratonesprestina -/- [40]. La doble transduccin mecanoelctrica yelectromecnica que origina los mecanismos activossustentados por las CCE puede resumirse en laFigura 14.

Las CCE estn estrechamente sintonizadas con lafrecuencia que deben detectar. Cuando las intensidadesde estimulacin acstica son dbiles, se contraen en fasecon los desplazamientos de la membrana, lo queaumenta as de forma considerable (en un factor dealrededor de 100) los desplazamientos de las estructurasque producen la excitacin de las CCI. Aunque laprestina confiere a la cclea su sensibilidad y su selecti-vidad de frecuencias, un fenmeno de inhibicin lateralasociado a la electromotilidad de las CCE tambinpodra participar en la selectividad de frecuencias. Lacontraccin de una CCE en respuesta a un salto depotencial despolarizante produce la hiperpolarizacin dela CCE vecina y, por consiguiente, su elongacin [42].

En el lado de las CCI, el nmero de sinapsis vara enfuncin de la posicin sobre la membrana basilar. Se

encuentra un mayor nmero de contactos sinpticosentre las CCI y las neuronas ganglionares de tipo I en

Corriente 200 pA2ms

Carga q = i dt

Prestina

Motilidad1 m

q

CCE+ 10 mV Vc = -110 mV

CCE6050

30

20

10-200 -150 -100 -50 0 50 100

Capa

cidad

(pF)

Potencial (mV)

Capacidad lineal

Capacidadno lineal

A

B

Medio extracelular

Medio intracelular

Figura 13. Electromotilidad y mecanismo de accin de laprestina.A. Una variacin del potencial de membrana se acompaa decorrientes transitorias, de tipo capacitativo, que se deben almovimiento de cargas intramembrana. La integracin de lacorriente capacitativa permite evaluar el movimiento de lascargas. Estas variaciones de cargas pueden definirse como unavariacin no lineal de la capacidad de la membrana, sensible alpotencial de membrana y que se aade a su capacidad pasiva,que es un ndice de la superficie plasmtica.B. La prestina requiere un anin intracelular (Cl) para detectar lasvariaciones de potencial. Cuando la clula se despolariza, el Cl seune a la prestina, pero se mantiene en el lado citoplsmico.Cuando la clula se hiperpolariza, los aniones se translocan atravs de la prestina hacia el lado extracelular. El movimiento delos aniones a travs de la prestina se acompaa de un cambio deconformacin de la protena que induce una modificacin de lasuperficie de la membrana. La suma de las reducciones desuperficies elementales permitira explicar el acortamiento de lasclulas ciliadas externas durante su despolarizacin (segn Dallosy Fakler, 2002).

Otoemissin

SonidoEstra

AcoplamientoEP-VCCE

I = (EP-VCCE)K+FV

Vi

EM MENL

.........

............................................

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..............................................................

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desplazamiento / nm

condu

ctan

cia /

nS

Figura 14. Doble transduccin mecanoelctrica(ME) y electromecnica (EM) en la clula ciliada externa(CCE).



la regin ms sensible a las frecuencias. Debe citarse elejemplo de la fvea de la cclea del murcilago, en laque se cuentan hasta 50 botones sinpticos por cadaCCI [43].

Transduccin: clulas ciliadas internas

La transduccin de la informacin mecnica en sealelectroqumica puede resumirse en cinco etapas.

Propagacin de la onda mecnica en los lquidoscocleares

La vibracin sonora transmitida a la perilinfa por lacadena de huesecillos hace ondular la membrana basilarde arriba abajo. La onda mecnica se propaga a lo largode la membrana basilar con un mximo de amplitudsituado ms cerca de la base cuanto ms aguda es lafrecuencia (tonotopia pasiva). Este desplazamientocalificado de pasivo es el que descubri Georg vonBekesy a comienzos de la dcada de 1960.

Estimulacin de las CCE

El movimiento de cizallamiento de la membranatectoria provoca la deflexin de los estereocilios de lasCCE, implantadas en la membrana tectoria. Dichadeflexin produce la desviacin del conjunto de losestereocilios gracias a los enlaces terminales y a losenlaces transversales. El movimiento de los estereociliosfavorece la abertura de los canales catinicos inespecfi-cos, situados en cada extremo de los estereocilios. Estoscanales, que pertenecen probablemente a la familia delos canales TRP (potencial receptor transitorio), dejanentrar el potasio de la endolinfa en las CCE [44-47]. Setrata de una transduccin mecanoelctrica.

Intervencin de los mecanismos activos

Las CCE se contraen al despolarizarse por la entradade potasio. Esta contraccin modifica el acoplamientoentre la membrana basilar y la membrana tectoria, yamplifica a nivel local las vibraciones de la membranabasilar gracias a los mecanismos activos, lo que permitela adquisicin de una tonotopia muy fina. Se trata deuna transduccin electromecnica. Por tanto, el funcio-namiento de la CCE se basa en una doble transduccin,primero mecanoelctrica y despus electromecnica(Fig. 14).

Estimulacin de las CCI

Del mismo modo que en la CCE, la CCI correspon-diente a la frecuencia de estimulacin se activa enrespuesta a la deflexin de sus estereocilios. A diferenciade las CCE, los estereocilios de mayor tamao de lasCCI no estn anclados en la membrana tectoria: ladeflexin de los estereocilios de las CCI est favorecidapor el contacto directo con la banda de Hensen de lamembrana tectoria. La abertura de los canales mecano-sensibles produce la entrada de potasio y, por consi-guiente, despolariza la CCI.

Liberacin del neurotransmisor

La despolarizacin de la CCI abre los canales de calciosensibles al potencial de tipo L [48]. La entrada de calcioprovoca la fusin de las vesculas sinpticas con lamembrana plasmtica. El conjunto de las vesculassinpticas de las CCI se divide en dos poblacionesdistintas [49]. El primer grupo de vesculas que se une sedenomina RRP (Readily Releasable Pool, reserva deliberacin fcil) y corresponde a las vesculas sinpticassituadas en la proximidad de los canales de calcio. Elsegundo grupo, denominado SRP (Slowly ReleasablePool, reserva de liberacin lenta), est ms alejado delos canales de calcio. Debido a su localizacin, lasvesculas del RRP se fusionan antes que las del SRP(Fig. 10). La secrecin sinptica moviliza en parte las

vesculas situadas en la cara inferior de los cuerpossinpticos [50] y se origina de una liberacin multi-vesicular [51].

Aunque la exocitosis de las CCI depende en granmedida del calcio, la protena sensible al calcio yresponsable de la fusin vesicular an no se ha identi-ficado. Una candidata podra ser la otoferlina, quepresenta seis dominios C2 cuyas funciones son las deunirse a los fosfolpidos en presencia de iones calcio [52].El neurotransmisor de las CCI (el glutamato) liberado enel espacio sinptico activa entonces los receptores AMPApresentes en las fibras del nervio auditivo [51, 53, 54]. Lascinticas de activacin y de desensibilizacin de estosreceptores son muy rpidas, lo que permite una res-puesta de las fibras del nervio auditivo apropiada alestmulo acstico. A continuacin, el mensaje nerviosose transmite por las neuronas auditivas de tipo I y seenva hacia el sistema nervioso central.

Potenciales globales de la ccleaEl conocimiento de las propiedades electrofisiolgicas

unitarias de las CCE ha permitido comprender mejor lafisiologa de los potenciales cocleares globales que seconocen desde hace casi 60 aos. Estos potencialesglobales corresponden a la suma de actividades unitariasde las clulas cocleares. Se pueden registrar con unmacroelectrodo situado sobre el promontorio (en el serhumano: electrococleografa), o con un electrodo intro-ducido en las rampas timpnica y vestibular de lacclea. Estos potenciales globales provienen de un grannmero de clulas distantes del lugar de registro, a vecesa una vuelta de espira. Para mejorar la calidad de losregistros, Tasaki et al han desarrollado una tcnica deregistro mediante electrodos diferenciales, donde los doselectrodos se colocan dentro de las rampas timpnica yvestibular opuestas para efectuar la diferencia entre lastensiones recogidas. Este mtodo permite eliminar lasseales en fase sobre los dos electrodos que provienende regiones alejadas, as como el potencial de accincompuesto del nervio coclear. Por tanto, slo se registrala actividad de unas cien clulas situadas todas ellas, enprincipio, en la misma vuelta coclear. La excitacin detodas las clulas no es sincrnica debido a los retrasosde propagacin, lo que obliga a efectuar un promediotemporal de diversas respuestas unitarias. La sealrecogida es compleja e incluye las respuestas elctricasde las clulas ciliadas con un componente alterno y otrocontinuo. La respuesta alterna es el potencial microf-nico coclear, que reproduce la frecuencia del sonidoestimulante. Este potencial microfnico se produceesencialmente por las CCE. Es proporcional a la ampli-tud de los desplazamientos de una zona reducida deltabique coclear, pero esta relacin slo es vlida para lasfrecuencias inferiores a la frecuencia caracterstica deesta zona. El potencial microfnico coclear puedeemplearse como indicador de baja frecuencia del estadode los procesos de transduccin mecanoelctrica en lacclea basal. La respuesta continua es el potencial desumacin (Fig. 15), que tambin est producido por lasCCE. Sus propiedades son complejas y su amplituddepende de numerosos factores, como la intensidad yfrecuencia del sonido estimulante y el nivel de registroen la cclea.

Otoemisiones acsticas coclearesDavid Kemp fue el primero en publicar la observacin

de una emisin acstica coclear en 1978 [55]. Las emisio-nes acsticas cocleares son sonidos emitidos por el odoy que pueden registrarse en el conducto auditivoexterno de forma no traumtica. Existen varios tipos deemisiones: las otoemisiones espontneas registrables enel conducto auditivo externo sin ninguna estimulacinsonora, las otoemisiones provocadas registrables enrespuesta a un estmulo sonoro breve (un clic), y los



productos de distorsin acstica registrables en respuestaa una doble estimulacin tonal continua de frecuenciasprximas. El origen endococlear de las emisiones acs-ticas cocleares se ha podido demostrar mediante variosargumentos: su ausencia de linealidad (saturacin de la emisin

con un nivel intenso de estimulacin); su selectividad de frecuencias; su disminucin de amplitud, e incluso su desapari-

cin en caso de lesin de las CCE; su prolongado retraso de aparicin (5-25 mseg segn

la frecuencia).Estas emisiones acsticas cocleares son la prueba de la

presencia de los fenmenos activos endococleares.

Fisiologa de los centrosauditivos

Los mensajes auditivos se transmiten en forma depotenciales de accin por el conjunto de las fibrasaferentes de tipo I del nervio coclear, que une la ccleacon el ncleo coclear del tronco del encfalo. La infor-macin viaja entonces de relevo en relevo hasta lacorteza auditiva. Debe sealarse de forma especial queen numerosos puntos del sistema auditivo existendecusaciones. Entre otras cosas, permiten que las infor-maciones provenientes de ambos odos se reagrupen ycomparen, lo que lleva a la extraccin de elementosesenciales que se detallarn ms lejos. Para comprenderlo que los centros auditivos van a poder obtener comoinformacin, y para anticipar la manera en que unahipoacusia neurosensorial (la mayora de las veces deorigen coclear) va a producir trastornos de inteligibili-dad, es necesario determinar la naturaleza del o de loscdigos transmitidos.

Anlisis de frecuenciasLa cclea clasifica los mensajes acsticos ante todo

sobre la base de su contenido en frecuencias. Cuando elsonido que debe codificarse presenta varios picosespectrales, la alta selectividad del sistema de la mem-brana basilar y de las CCE se traduce en la presencia deresonancias muy finas, cada una en el punto de lalongitud de la espiral coclear cuya frecuencia caracters-tica coincide con la de un pico espectral del sonido. Portanto, las neuronas conectadas con las CCI de estepunto tienen una actividad intensa de la que carecensus vecinas. Se puede obtener un perfil de actividadneural mediante registros repetidos de numerosasneuronas, lo que permite establecer su ndice de poten-ciales de accin por unidad de tiempo, y plasmarlo enun grfico de sntesis en funcin de la frecuenciacaracterstica de cada neurona. Este perfil reproduce deforma fiel el perfil espectral del sonido incidente (ncleococlear, colculo) (Fig. 16) [56]. El principio de la recons-titucin en las vas nerviosas auditivas de dichos perfi-les, tambin simplificados, es el elemento en el que sebasa el funcionamiento de los implantes coclearesmultielectrodo y de su xito.

El ndice por unidad de tiempo de potenciales deaccin transmitidos por una neurona auditiva codifica

la intensidad del componente espectral que hace res-ponder a la neurona. Este principio de codificacinorigina varias dificultades: la dinmica de una neurona,entre su umbral de respuesta (la menor intensidad queproduce un aumento significativo de su actividadrespecto a su nivel espontneo) y la obtencin de unasaturacin (donde el ndice de potenciales de accin esmximo compatible con la existencia de un perodorefractario absoluto incompresible) es del orden de40 dB. El comportamiento compresivo de la membranabasilar acoplada a las CCE (incremento de 0,2-0,3 dB/dBde aumento del sonido exterior) ofrece una primerasolucin para aumentar la dinmica neuronal (cuandolas CCE pierden su funcionalidad, en caso de hipoacusiacoclear, la compresin desaparece y la dinmica neuro-nal se reduce, lo que origina el reclutamiento de lasonoridad, que es una distorsin de la sensacin deintensidad sonora que aumenta demasiado rpido unavez que se sobrepasa el umbral auditivo). La segundasolucin proviene de la coexistencia de neuronas debaja y alta actividad espontnea (respectivamente, de

Frecu

enci

a ca

ract

eris

tica

(Hz)

Frecu

enci

a (H

z)

Tiempo (mseg)Figura 16. Respuesta de las neuronas del nervio auditivo delgato a una frase (con permiso de B. Delgutte, Eaton-PeabodyLaboratory, Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Boston) [56].A. En ordenadas, la frecuencia caracterstica de cada neuronaregistrada. En abscisas, el tiempo y la frase que han servido deestmulo.B. Sonograma de la frase en cuestin (es decir, contenido espec-tral en funcin del tiempo). Las flechas verticales (negras para lasfrecuencias graves y blancas para las altas) marcan los ataques delas diferentes slabas. La elipse de A muestra un perfil de activida-des acentuado, que permite una codificacin muy bien contras-tada del sonido /gr/ de green que sin embargo es pocoenrgico (elipse inferior).

Figura 15. Potencial global de la cclea en respuesta a una estimulacin por un estmulo tonal de 6 kHz (80 dB SPL) (A) registrado conun electrodo colocado en la rampa timpnica de la base de la cclea. Este potencial (B) incluye un componente alterno (el potencialmicrofnico coclear, y un componente continuo (el potencial de sumacin). La eliminacin del potencial alterno permite visualizar mejorel potencial nico de sumacin (C).

.



alto y bajo umbral). Cuando las neuronas de bajoumbral se saturan, las neuronas de alto umbral origina-das de las mismas CCI toman el relevo, porque sudinmica an no se ha saturado [57].

Dado que el ndice de potenciales de accin porsegundo, considerado de forma global, codifica laintensidad sonora, se puede plantear la pregunta de quinformaciones es capaz de transmitir la fina estructurade los potenciales de accin. A frecuencias superiores a3 kHz, sta no representa para nada la delicada estruc-tura temporal de la onda de presin que se debe codifi-car, porque los perodos refractarios de las neuronas sondemasiado prolongados para permitir que se produzcaun sincronismo (o bloqueo de fase).

En cambio, a frecuencias ms bajas, durante elperodo de un sonido, la presencia de un potencial deaccin tiende a presentar una oscilacin sinusoidal quereproduce la del sonido (que es mayor cuanto ms bajaes la frecuencia), con un mximo correspondiente a unafase precisa de la oscilacin. Esta capacidad de sincro-nismo de fase se manifiesta a nivel de la poblacinneuronal que responde a un sonido, en lugar de a unaneurona individual cuyos potenciales de accin puedenfaltar uno o varios perodos del sonido incidente.Desde el punto de vista de las informaciones codifica-das, esto tiene dos consecuencias.

La primera es que existe una posibilidad de codifica-cin de las bajas frecuencias complementaria de la quese basa en el principio de la tonotopia: esta nuevaposibilidad, de naturaleza temporal, consiste en tomaren consideracin el perodo medio de los potenciales deaccin. Esto explica que haya varias formas de evaluar(y de sentir) el tono de un sonido, segn la regin de lacclea que responda (tonotopia) y segn la periodicidadoriginada del anlisis global de los potenciales deaccin. Estas dos formas suelen ser coherentes (en unacclea normal y en ausencia de ruido), en cuyo caso esdifcil decir qu ndice (tonotpico o temporal) esempleado por los centros auditivos. En cambio, si existeuna enfermedad, los ndices temporales suelen ser msestables que los tonotpicos, que se deterioran en casode hipoacusia con lesin de las CCE. En presencia de unruido aleatorio, parece tambin que slo pueden conser-varse los ndices temporales [58]. Los implantes coclearesplantean un problema especial interesante, porque lasincrona aparece respetada de forma adecuada, mien-tras que la tonotopia slo es aproximativa, e inclusodesplazada, segn la posicin del portaelectrodos.Recientemente se ha demostrado [59] que la percepcindel tono est muy alterada en caso de discordanciaconsiderable entre la tonotopia y la periodicidad: estopodra explicar las dificultades clsicas de los implantescocleares en lo referente a la percepcin del tono y dela msica.

La segunda consecuencia del sincronismo de fase delos potenciales de accin a bajas frecuencias es que lasdiferencias sutiles de tiempo entre ambos odos, relacio-nadas con la orientacin de una fuente sonora en elplazo azimutal (el tiempo que tarda el sonido paraalcanzar el odo distal respecto al proximal depende deforma unvoca del ngulo de la fuente respecto al eje desimetra en el plano horizontal que pasa por ambosodos), pueden utilizarse para la localizacin sonora pordebajo de 3 kHz.

En el prrafo siguiente se van a examinar algunosfenmenos perceptivos destacados, que se derivan de laestructura simple de los patrones de los potenciales deaccin transmitidos por el nervio coclear. El centroauditivo responsable del anlisis se identifica a vecescon claridad (como ocurre con los centros implicadosen la localizacin), incluso aunque la manera en la quese realiza su funcin an es objeto de controversias o deinterrogantes. En otros casos, no hay duda de la parti-cipacin de varios niveles del sistema auditivo. En lo

ms alto de la escala se encuentran los mecanismos decomprensin (y de produccin) de la palabra, implica-dos en la comunicacin hablada tan esencial para laespecie humana. Su estudio est ms all del objetivo deeste captulo.

LocalizacinLa capacidad de localizar un sonido es esencial desde

el punto de vista perceptivo (no slo para la localizacinde un depredador, de una presa o de una pareja, sinotambin para separar de modo eficaz las fuentes delruido y de las seales pertinentes). Cuando una fuentesonora se encuentra en una direccin lateral formandoun ngulo a con el eje de simetra, el sonido llega alodo distal, por una parte retrasado un tiempo (delorden de varios cientos de microsegundos a lo sumo)relacionado de forma directa con a, y por otra parteatenuado en varios dB por el efecto sombra de la cabeza(diferencia interaural de intensidad). A bajas frecuencias,el efecto sombra de la cabeza es muy dbil o inaprecia-ble, debido al fenmeno de difraccin que desva sinatenuacin cualquier sonido cuya longitud de onda seasuperior al dimetro de la cabeza (por lo general, unalongitud de onda k=20 cm corresponde en el aire a unafrecuencia lmite del orden de 1.500 Hz). Por tanto, lafrecuencia debe ser superior a 1,5-2 kHz para que ladiferencia interaural de intensidad alcance o supere1 dB, que es la menor diferencia de intensidad discrimi-nable por el sistema auditivo segn la ley de Weber.Para las altas frecuencias, ya se ha visto que el sincro-nismo de fase de los potenciales de accin es insufi-ciente para permitir que el ndice diferencia interauralde tiempo se transmita por el nervio coclear.

De aqu surge la teora dplex de la localizacin(propuesta inicialmente por Lord Rayleigh), segn lacual la diferencia interaural de intensidad (analizada enla parte lateral del complejo olivar superior) codifica elazimut de una fuente sonora superior a 2 kHz, y ladiferencia interaural de tiempo (analizada en la partemedial del complejo olivar superior) toma el relevo pordebajo de 3 kHz. Es interesante observar que el ndicede diferencia interaural de intensidad informa con unaprecisin relativamente buena de la posicin anterior oposterior de una fuente (segn los patrones de difrac-cin asimtricos generados por la nariz y los pabellonesauriculares, entre la parte anterior y posterior), mientrasque la diferencia interaural de tiempo no puede hacerlo.Tambin puede comprenderse con facilidad por qu, enel plano vertical de simetra interaural, el resultado dela localizacin es desastroso: ninguna de las dos diferen-cias (de intensidad o temporal) es distinta de 0.

SonoridadLa sonoridad es la sensacin de intensidad sonora y,

junto al tono y al timbre, representa uno de los tresatributos fundamentales de un sonido [60]. La distorsin(o reclutamiento) de la sonoridad es lo que hace que laadaptacin audioprotsica de las hipoacusias coclearessea tan difcil. Se admite ampliamente que la sonoridadest codificada por el nmero total de potenciales deaccin transmitidos por el nervio coclear [57]. El umbraldiferencial de sonoridad es fcil de medir, dado que latarea a la que se someten las personas analizadas escomparativa: es el menor aumento de intensidad detec-table, de alrededor de 1 dB. La clebre ley de Weberexpresa que este umbral diferencial es aproximadamenteconstante e independiente del nivel escogido comoreferencia. Ya se ha visto su relevancia en la localizacingracias a la diferencia interaural de intensidad.

El incremento de la sonoridad es mucho ms difcilde interpretar, ya que es puramente subjetivo. En el casode una hipoacusia coclear tpica, con lesin de las CCE,



dado que la compresin observada a nivel de la mem-brana basilar ha desaparecido con la ganancia aportadapor las CCE, se suele admitir la lgica de las molestiasde un paciente que refiere reclutamiento. Pero en elcaso de una hipoacusia simple, lo que dice el pacientees lo nico que puede reflejarse en la historia. Por logeneral, y como promedio, se estima (ley de Stevens [61])que la sonoridad se duplica cada vez que el nivel sonoroaumenta 10 dB, o incluso (Fechner) que su incrementoes logartmico. Las dos leyes de Stevens y Fechner,aunque tienen fundamentos bastantes diferentes, pro-porcionan de hecho predicciones numricas muyprximas.

Aunque no se sabe exactamente cmo, ni dnde seevala la sonoridad, se intuyen en cambio los elementosque permiten esta evaluacin: debe tenerse en cuentano slo la actividad de las neuronas auditivas conecta-das a las CCI de la regin de resonancia, aadiendo lascontribuciones de las neuronas de bajo y de altoumbral, sino tambin la actividad de las neuronas queinforman de la amplitud de las excitaciones a lo largode la membrana basilar, y sobre todo hacia la base de lacclea a niveles elevados. No obstante, las discordanciasentre las predicciones de los modelos neuronales basa-dos en los elementos precedentes y en ciertas observa-ciones psicofsicas indican que an no se han aclaradotodos los factores de forma correcta [57].

Bandas crticas y enmascaramientoCuando dos sonidos de frecuencias diferentes, por

ejemplo, una seal y un ruido, alcanzan la cclea almismo tiempo, puede realizarse un enmascaramientomediante un componente de frecuencias sobre el otro.Uno de los mecanismos implicados es el denominadode la lnea ocupada (Fletcher), por el cual las neuronasque participan en la codificacin de la seal, pero queestn conectadas a una zona de la cclea capaz tambinde responder al ruido, se encuentran de este modoocupadas en responder al ruido cuando llega la seal.Los potenciales de accin debidos a la seal estnmezclados con los originados por el ruido, o peor an,la neurona ya saturada por el ruido, o situada enperodo refractario por ste, no se encuentra disponiblepara responder a la seal.

En un apartado precedente se ha visto que el sistemaeferente medial estaba implicado en la eliminacin delruido. Tambin se ha recordado el papel de la localiza-cin de las fuentes auditivas para que los centrosencuentren la parte del ruido y la de la seal en funcinde sus localizaciones espaciales diferentes (desenmasca-ramiento binaural, realizado en el tronco del encfalo,a partir de informaciones originadas sin duda en elcomplejo olivar superior). Una parte destacada de laseleccin entre ruidos y seales tambin se realizagracias al fenmeno de bandas crticas. Si se supone unsonido de prueba de 1 kHz, mezclado con un ruido deuna amplia banda espectral, se puede observar que en lamedida en la que el ruido no contenga energa que novaya ms all de una banda centrada en 1 kHz y deamplitud normal de 160 Hz (es decir, [920, 1.080 Hz]),no influye en la percepcin de la sonoridad del sonidode prueba, por lo que no lo enmascara. Al generalizareste concepto se define la nocin de banda crtica. Laamplitud de cada banda crtica es proporcional a sufrecuencia central (160 Hz alrededor de 1 kHz, 320 ydespus 640 Hz alrededor de 2 y despus de 4 kHzrespectivamente, etc.). Se encuentra una correlacin enlas curvas de sintona de las neuronas del ncleo centraldel colculo inferior (mesencfalo auditivo): estasneuronas tienen una curva de sintona en forma debanda crtica y sus respuestas permanecen inalterablesfrente a cualquier ruido exterior [62]. Es evidente queaunque las resonancias cocleares se prolongan debido a

una enfermedad de las CCE, las bandas crticas seencuentran funcionalmente prolongadas debido a quela excitacin originada por un ruido desborda en granmedida la membrana basilar y afecta a las neuronas queno suelen responder al ruido considerado: algunasbandas crticas pasan a recibir mensajes que normal-mente no las afectan.

Algunos aspectos del tratamientoespectral de los sonidos son complejos

Los elementos precedentes se refieren a aspectos muybsicos del tratamiento de las seales acsticas. Se sabeque el espectrograma de un sonido complejo (porejemplo, de la palabra) se encuentra en muchos de susdetalles a nivel de los centros auditivos situados cadavez ms altos, pero no se sabe an a qu nivel o nivelescomienza en realidad el anlisis encaminado a identifi-car los mensajes transmitidos (quiz sobre todo a nivelde la corteza auditiva, modelo ascendente o bottom-up,aunque para algunos autores, la existencia de vaseferentes escalonadas desde la corteza a la cclea indicaun modelo donde las interacciones descendentes, o top-down, son significativas.

En cualquier caso, se sabe que la imagen de esteespectrograma, que ya es bien visible a nivel del nerviococlear [57, 58], puede afinarse de forma gradual en elncleo coclear (donde existen mltiples circuitos basa-dos en mltiples tipos neuronales, unos sensibles a losataques y los dems a otros aspectos temporales oespectrales de los sonidos) [63] y despus en el colculointerior [56]. Algunos ndices relevantes para la identifi-cacin de las slabas ven cmo se refuerza su contraste,incluso (y sobre todo) en presencia de sonidos compe-tidores o de ruido. Cuando el inters se centra en lasprtesis auditivas de tipo implante coclear o del troncodel encfalo, no cabe duda que es esencial que susalgoritmos de tratamiento se inspiren en lo que realizael sistema auditivo normal, para proporcionar a lapersona que los emplea ndices adecuados que suscircuitos neuronales puedan emplear del modo msnatural y eficaz posible. Aqu es donde reside todo elinters de un conocimiento mejor de la fisiologaintegrada de la audicin.

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R. Nouvian, Docteur en Sciences.Laboratoire de recherche Physiopathologie et thrapie des dficits sensoriels et moteurs , Unit INSERM U583, Institut desNeurosciences, hpital Saint-Eloi, Montpellier, France.

D. Malinvaud, Chef de clinique-assistant des hpitaux de Paris.Laboratoire de recherche sur lAudition, Unit CNRS UPRESA 7060 Neurobiologie des systmes sensori-moteurs et service dORL et dechirurgie cervico-faciale, hpital Europen Georges-Pompidou, Facult de Mdecine de Paris V, Universit Ren-Descartes, Paris, France.

T. Van den Abbeele, Professeur des Universits.Service dORL pdiatrique, Hpital Robert-Debr, Facult de Mdecine Bichat-Beaujon, Universit Paris VII, Paris, France.

J.-L. Puel, Professeur des Universits, Directeur de recherche INSERM.Laboratoire de recherche Physiopathologie et thrapie des dficits sensoriels et moteurs , Unit INSERM U583, Institut desNeurosciences, hpital Saint-Eloi, Montpellier, France.

P. Bonfils, Professeur des Universits ([email protected]).Laboratoire de recherche sur lAudition, Unit CNRS UPRESA 7060 Neurobiologie des systmes sensori-moteurs et service dORL et dechirurgie cervico-faciale, hpital Europen Georges-Pompidou, Facult de Mdecine de Paris V, Universit Ren-Descartes, Paris, France.

P. Avan, Professeur des Universits.Laboratoire de recherche sur lAudition, EA2667 et dpartement de biophysique, Facult de Mdecine, Universit dAuvergne,Clermont-Ferrand, France.

Cualquier referencia a este artculo debe incluir la mencin del artculo original: Nouvian R., Malinvaud D., Van den Abbeele T., Puel J.-L.,Bonfils P., Avan P. Physiologie de laudition. EMC (Elsevier SAS, Paris), Oto-rhino-laryngologie, 20-030-A-10, 2006.

Disponible en www.emc-consulte.com (sitio en francs)Ttulo del artculo: Physiologie de laudition

Algoritmos Ilustracionescomplementarias

Vdeos /Animaciones

Aspectoslegales

Informacinal paciente

Informacionescomplementarias

Autoevaluacin



Fisiologa de la audicinIntroduccinFisiologa del odo externo y medioOdo externoFuncin de transmisin del odo medioLocalizacin de las fuentes sonoras: papel del odo externo

Odo medioFuncin de transmisin del odo medio y adaptacin de impedanciaDesplazamientos de la membrana timpnicaDesplazamientos de la cadena osicularAdaptacin de impedancia del odo medioFuncin de transmisin del odo medio

Funcin de proteccin del odo interno

Fisiologa del odo interno y del nervio auditivoBases morfolgicas de la ccleaClulas ciliadas externasClulas ciliadas internasInervacin del rgano de CortiInervacin aferenteInervacin eferente

Bases funcionales de la ccleaSelectividad coclear de frecuenciasTransduccin: clulas ciliadas internasPropagacin de la onda mecnica en los lquidos coclearesEstimulacin de las CCEIntervencin de los mecanismos activosEstimulacin de las CCILiberacin del neurotransmisor

Potenciales globales de la ccleaOtoemisiones acsticas cocleares

Fisiologa de los centros auditivosAnlisis de frecuenciasLocalizacinSonoridadBandas crticas y enmascaramientoAlgunos aspectos del tratamiento espectral de los sonidos son complejos

fisiología auditiva

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