Notre Oreille

1) Un organe complexe et sensible

 

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Notre oreille est un organe complexe que l’on peut diviser en trois parties : l’oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne.

 

Pour pouvoir mieux vous expliquer son fonctionnement, nous allons retracer le parcours d’un son, depuis son émission jusqu’à son interprétation par le cerveau.

 

  • L’oreille externe

 

Imaginons qu’une onde sonore d’une fréquence de 440 Hz soit produite par la vibration d’une corde de guitare :

 

Ce son se propage d’abord en milieu aérien à une vitesse d’environ 344 m/s, autant dire qu’il arrive rapidement jusqu’au pavillon, la partie visible de notre organe auditif. Le pavillon, constitué de cartilage, permet une meilleure captation et amplification des sons. Cette propriété du pavillon est aisément vérifiable chez les animaux possédant des oreilles mobiles : ils les orientent selon la provenance du son.

 

Le son entre ensuite dans le canal auditif, espace rempli d’air dans lequel il est réfléchi et ainsi concentré. Ce conduit long d’environ 2,5 cm renforce les fréquences aigües (de plus de 3000 Hz).

 

L’onde sonore arrive ainsi jusqu’au tympan, une membrane qui constitue la limite entre l’oreille externe et l’oreille moyenne.

 

  • L’oreille moyenne

 

L’onde sonore qui vient frapper le tympan est traduite par celui-ci en vibrations. En effet, celui-ci a pour fonction de convertir l’énergie acoustique en énergie mécanique.

 

Le tympan est relié aux plus petits os du corps humain : dans l’ordre, le marteau, l’enclume et l’étrier. Ces trois petits os forment ensemble la chaîne des osselets, qui assure, par son jeu de vibration, l’amplification et la transmission du son jusqu’à l’oreille interne.

 

On peut noter que, dans l’oreille moyenne, les pressions reçues seraient amplifiées 22 fois par rapport au tympan, ce qui correspondrait à un gain de 27 décibels, d'une part en raison du mécanisme de levier attribué à la chaîne des osselets, d'autre part à cause de la différence des surfaces.

 

Lorsque la vibration se propage jusqu’à l’étrier, celui-ci entraîne dans sa vibration la paroi molle de la cochlée à laquelle il est connecté (la fenêtre cochléaire, et plus précisément la fenêtre ovale), assurant ainsi le passage de la vibration dans l’oreille interne.

La vibration passe, en entrant dans la cochlée, du milieu aérien au milieu liquide : si elle n’était pas auparavant amplifiée, la transmission de l’énergie acoustique se ferait avec une perte de 999/1000, ce qui représenterait une perte de 30 décibels !

 

Il faut savoir qu’à partir de 80 dB, un réflexe protecteur (nommé réflexe stapédien) est mis en place afin de réduire la transmission vers l’oreille interne des pressions qui pourraient l’endommager. Ce mécanisme est assuré par l’intermédiaire des osselets et des muscles qui rattachent le marteau et l’étrier aux parois du tympan. Ces muscles empêchent la partie plate de l’étrier (la platine) de s’enfoncer trop profondément dans la cochlée.

Cependant, ce dispositif a ses limites : il n’est efficace ni pour les sons très intenses, ni pour les fréquences aiguës, ni pour les sons impulsionnels (sons brefs dont l’amplitude est d’abord élevée, puis décroît de façon exponentielle).

 

  • L’oreille interne

 

L’oreille interne (ou labyrinthe) est composé de deux parties principales : le vestibulaire (ou vestibule) et la cochlée.

 

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Le vestibulaire (en orange) est l’organe de l’équilibre, il renseigne sur la position du corps et ses mouvements.

 

La cochlée (en vert) est l’organe de l’audition. On l’appelle également le limaçon, mais contrairement aux apparences, elle n’est pas molle : c’est une cavité dans l’os en forme d’escargot, remplie de liquide. C’est elle qui permettra la traduction des vibrations mécaniques en signaux nerveux.

 

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Cette section schématise l'enroulement du canal cochléaire (1) contenant l’endolymphe et celui des rampes vestibulaire (2) tympanique (3) contenant la périlymphe. La flèche rouge vient de la fenêtre ovale et la bleue aboutit à la fenêtre ronde. Au centre, les fibres du nerf cochléaire (5) apparaissent en jaune. Les deux rampes communiquent au sommet de la cochlée (apex) dans une région appelée hélicotrème (ouverture de la spirale).

 

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Une vibration qui entre dans la cochlée par la rampe vestibulaire ne peut être traduite en signaux nerveux que par l’organe de Corti, situé dans le canal cochléaire. Les vibrations correspondant aux fréquences aigües stimulent cet organe au niveau de la base de la cochlée, alors que les fréquences graves le stimulent au niveau de l’apex (schéma de droite).

 

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Lorsque l’appareil de Corti n’est pas stimulé, la membrane tectoriale flotte dans l’endolymphe. Elle est cependant liée avec les stéréocils des cellules ciliées externes (CCE), mais pas avec ceux des cellules ciliées internes (CCI), qui n’entrent pas en contact avec elle. On distingue les cellules ciliées internes des cellules ciliées externes, qui se situent de part et d’autre du canal cochléaire, car elles n’ont pas la même fonction.

 

Lorsque la vibration se propage dans la périlymphe et fait onduler la membrane basilaire vers le haut et vers le bas, ce sont d’abord les stéréocils des CCE qui sont stimulés. Ils se vibrent alors avec la membrane tectoriale. Ces cils jouent un rôle de détection et d’amplification du son : stimulés d’abord par la vibration, ils vont eux-mêmes se mettre à vibrer, tout en envoyant un premier message nerveux au cerveau. Ce message ne fait qu’avertir de la détection d’un son.

 

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La vibration, amplifiée par les CCE, provoque finalement la mise en contact de la membrane tectoriale et des stéréocils des CCI. Un deuxième message nerveux, beaucoup plus précis, est envoyé : il renseigne sur le message acoustique.

 

Nous possédons plus 12000 CCE et entre 3000 et 5000 CCI dans une cochlée, soit environ 35000 cellules pour nos deux oreilles : on est bien loin des 140 millions de photorécepteurs de la vision. Ces cellules n’étant jamais renouvelées, la perte de celle-ci peut entraîner une perte d’audition, voire une surdité. En effet, sans les CCE, les vibrations ne sont pas amplifiées, et les CCI ne sont pas stimulées : le message nerveux auditif n’est pas envoyé. Si, à l’inverse, ce sont directement les CCI qui sont lésées, l’amplification des vibrations par les CCE sera inutile puisque le message nerveux ne sera de toute façon pas envoyé.

 

La photographie 1 a été obtenue grâce à un microscope électronique à balayage. On peut y voir les trois rangées de stéréocils des CCE, disposés en forme de V, et la rangée de stéréocils des CCI, disposés en ligne droite.

 

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Photographie 1 :  Cellules ciliées vues au MEB (microscope électronique à balayage).

 

La photographie 2, prise au microscope optique, montre une coupe de l’organe de Corti. La membrane tectoriale a ici été détachée des CCE.

 

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Photographie 2 : Organe de Corti vu au microscope optique.

 

La rampe tympanique permet l’évacuation des vibrations vers la fenêtre ronde et vers l’oreille moyenne. La trompe d’Eustache, connectée à la cavité nasale (rhino-pharynx) permet de maintenir une pression égale de part et d’autre du tympan.

 

Voici une vidéo qui permet de visualiser les mouvements dans l'organe auditif. On y voit notamment ceux qui ont lieu dans l'organe de Corti :

 

 

 

2) Le message nerveux auditif

 

Les messages nerveux, codés par les cellules ciliées sous la forme de signaux électriques, sont envoyés au cerveau via le nerf cochléaire.

 

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L’information peut toutefois emprunter des voies différentes avant d’être traitée : comme toutes nos modalités sensorielles, l’audition possède une voie et des centres primaires (c’est-à-dire totalement dédiés à cette fonction) et des voies dites non primaires (dédiées à l’ensemble de ces modalités).

 

 

  • Voies auditives primaires

 

fr-primaire.jpgLire le schéma de bas en haut

 

Cette voie (schématisée en rouge) est considérée comme courte : elle passe par trois ou quatre relais. Elle est aussi rapide et aboutit au cortex auditif primaire (en jaune sur le schéma).

Elle véhicule l'information codée par la cochlée, chacun des relais effectuant un travail spécifique de décodage et d'interprétation qui est ensuite transmis aux relais supérieurs.

 

Le message véhiculé par le nerf auditif arrive d’abord dans le premier relais, constitué par les noyaux cochléaires (tronc cérébral). C’est dans cette zone que s’effectue un premier travail important dans le décodage de base du message : son analysées la durée, l’intensité et la fréquence.

 

Le message est ensuite véhiculé jusqu’au complexe olivaire supérieur, puis jusqu’au colliculus inférieur, au niveau du mésencéphale. Ces deux relais jouent un rôle important dans la localisation du son.

 

Le dernier relais avant le cortex est effectué dans le thalamus. C’est là que se fait le travail d’intégration : la préparation d’une réponse motrice (vocale, par exemple).

Ainsi, lorsqu’il arrive dans le cortex auditif, le message est déjà largement décodé. Il peut alors être reconnu, mémorisé, ou encore intégré dans une réponse volontaire.

 

  • Voies auditives non primaires

 

 fr-reticul2.jpgLire le schéma de bas en haut

 

Cette voie est relativement plus complexe que la première.

 

Après le premier relais (noyaux cochléaires), qui est commun à toutes les voies auditives, le message rejoint la voie réticulaire ascendante commune à toutes les modalités sensorielles.

 

Après plusieurs relais dans la formation réticulée, puis dans le thalamus non spécifique, cette voie aboutit au cortex polysensoriel. Le rôle de cette voie, qui regroupe les différents messages sensoriels envoyés simultanément au cerveau, est de permettre une sélection du type d'information à traiter en priorité ; elle est reliée aux centres des motivations et d'éveil, ainsi qu'aux centres de la vie végétative. Par exemple, lors de la lecture d'un livre pendant l'écoute d'un disque, ce système permet à l'attention de se fixer sur la tâche la plus captivante et/ou la plus importante.

 

Il faut noter que cette voie est connectée à l’hypothalamus (responsable, entre autres, de la sécrétion d’hormones) et aux centres végétatifs (siège des fonctions de nutrition et de reproduction comprenant la sensibilité interne, la motricité involontaire, l’activité sécrétoire…). Ces connexions ne sont pas montrées sur ce schéma.

 

Voici un schéma résumant le parcours et le devenir de l’information auditive.

 

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L’information auditive peut être traitée de différentes manières par notre cerveau : elle peut être mise ou non en relation avec d’autres informations sensorielles (cortex polysensoriel), impliquée dans nos émotions, provoquer une réponse motrice…

Nous avons aussi vu que c’est au niveau du cortex auditif que la mémoire peut être mise en jeu. C’est là qu’un son peut être reconnu ou mémorisé.

 

Cette relation particulière entre son et mémoire (qui est d’ailleurs semblable pour tous nos autres sens) est à l’origine d’une hypothèse selon laquelle notre perception du son serait en fait acquise, et non innée.

 

Cette relation constituerait aussi une explication à bon nombre d’illusions sonores, comme l’affirme d’ailleurs le Professeur Diana Deutsch, de l’Université de Californie, qui a découvert entre autres le paradoxe du triton et l’illusion d’octave.

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