Dissertations / Theses on the topic 'Cochlea – Physiology'

One of the salient features of the human cochlea is the incredible dynamic range it possesses—the loudest bearable sound is 10,000,000 times greater than the softest detectable sound; this is in part due to an active process. More than twelve thousand hairlike cells known as outer hair cells are believed to expand and contract in time to amplify cochlear motions. However, the cochlea’s response is more than just the sum of its parts: the local properties of outer hair cells can have unexpected consequences for the global behaviour of the system. One such consequence is the existence of otoacoustic emissions (OAEs), sounds that (sometimes spontaneously!) propagate out of the cochlea to be detected in the ear canal. In this doctoral thesis, a classical, lumped-element model is used to study the cochlea and to simulate click-evoked and spontaneous OAEs. The original parameter values describing the microscopic structures of the cochlea are re-tuned to match several key features of the cochlear response in humans. The frequency domain model is also recast in a formulation known as state space; this permits the calculation of linear instabilities given random perturbations in the cochlea which are predicted to produce spontaneous OAEs. The averaged stability results of an ensemble of randomly perturbed models have been published in [(2008) ‘Statistics of instabilities in a state space model of the human cochlea,’ J. Acoust. Soc. Am. 124(2), 1068-1079]. These findings support one of the prevailing theories of SOAE generation. Nonlinear simulations of OAEs and the model’s response to various stimuli are performed in the time domain. Features observed in the model include the saturation of the forces generated by the OHCs, compression of amplitude growth with increasing stimulus level, harmonic and intermodulation distortion, limit cycle oscillations that travel along the cochlear membranes, and the mutual suppression of nearby linear instabilities.

[Truncated abstract] One of the problems in researching tinnitus is that it has often been assumed that the physiological mechanisms underlying the tinnitus percept cannot be objectively measured. Nonetheless, it is generally accepted that the percept results from altered spontaneous neural activity at some site along the auditory pathway, although it is still debated whether it is produced by: synchronisation of activity of adjacent neurones; a change in the temporal pattern of activity of individual neurones; or an increase in the spontaneous firing rate per se. Similarly, it is possible that the recently coined “auditory neuropathy” is produced by under-firing of the primary afferent synapse, although several other mechanisms can also produce the symptoms described by this disorder (normal cochlear mechanical function but absent, or abnormal, synchronous neural firing arising from the cochlea and auditory brainstem, known as the auditory brainstem response, or ABR). Despite an absent ABR, some subjects can detect pure tones at near-normal levels, although their ability to integrate complex sounds, such as speech, is severely degraded in comparison with the pure-tone audiogram. The aim of the following study was to investigate the normal mechanisms underlying neural firing at the primary afferent synapse, and its regulation, to determine the possible mechanisms underlying over-firing (tinnitus) or under-firing (auditory neuropathy) of primary afferent neurones.

[Truncated abstract] The cochlea presumably possesses a number of regulatory mechanisms to maintain cochlear sensitivity in the face of disturbances to its function. Evidence for such mechanisms can be found in the time-course of the recovery of CAP thresholds during experimental manipulations, and in observations of slow oscillations in cochlear micromechanics following exposure to low-frequency tones (the “bounce phenomenon”) and other perturbations. To increase our understanding of these oscillatory processes within the cochlea, and OHCs in particular, investigations into cochlear regulation were carried out using a combination of mathematical modelling of the ionic and mechanical interactions likely to exist within the OHCs, and electrophysiological experiments conducted in guinea pigs. The electrophysiological experiments consisted of electrocochleographic recordings and, in some cases, measurement of otoacoustic emissions, during a variety of experimental perturbations, including the application of force to the cochlear wall, exposure to very-low-frequency tones, injection of direct current into scala tympani, and intracochlear perfusions of artificial perilymph containing altered concentrations of potassium, sodium, and sucrose. To obtain a panoramic view of cochlear regulation under these conditions, software was written to enable the interleaved and near-simultaneous measurement of multiple indicators of cochlear function, including the compound action potential (CAP) threshold, amplitude and waveshape at multiple frequencies, the OHC transfer curves derived from low-frequency cochlear microphonic (CM) waveforms, distortion-product otoacoustic emissions (DPOAEs), the spectrum of the round-window neural noise (SNN), and the endocochlear potential (EP). ... The mathematical model we have developed provided a physiologically-plausible and internally-consistent explanation for the time-courses of the cochlear changes observed during a number of different perturbations. We show that much of the oscillatory behaviour within the cochlea is consistent with underlying oscillations in cytosolic calcium concentration. We conclude that a number of the discrepancies between the simulation results and the experimental data can be resolved if the cytosolic calcium functions as two distinct pools: one which controls basolateral permeability and one which controls slow motility. This two-calcium-pool model is discussed.

Thesis (Ph.D.)--Boston University
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Inner hair cells (IHC) are the primary sensory cells of the mammalian cochlea. They transduce sound energy into a changing receptor potential which stimulates electrical activity in the Type I spiral ganglion cells of the auditory nerve. The auditory information thus encoded leads to the sensation of hearing. This thesis comprises my attempts to elucidate some of the biophysical mechanisms operating in the cochlea by analyzing intracellular recordings from guinea pigs, and to investigate the role these mechanisms play in auditory information processing via conceptual and computational models. Noise in the IHC receptor potential sets limits on the performance of a single cell. The magnitude of the intracellular noise averages 0.3 m V rms. A single IHC will be limited by this noise to: (i) a minimum detectable receptor potential of 0.3 mV (corresponding to about 0 dB SPL), (ii) a channel capacity of 5100 bits/sec, and (iii) a temporal resolution of 42 JLS. I compare these single cell limits to auditory performance as observed in published behavioral studies. The IHC receptor potential is shaped by at least two nonlinear processes: nonlinear transduction and a voltage dependent membrane conductance. I characterized the nonlinear conductance by analyzing recordings made during intracellular current injection. A simple model containing a two-state voltage-gated channel was sufficient to replicate the current-voltage characteristic found in these cells. I investigated the information transfer from inner hair cells to the auditory nerve by comparing the growth of the de receptor potential to the average firing rate in spiral ganglion cells. This comparison suggests that neural units with different thresholds encode different portions of the IHC dynamic range; at conditions well above threshold, low threshold units may be carrying predominantly temporal information while high threshold units may encode the absolute sound level. To help understand the complex behavior of the IHC receptor potential, I developed a computational model for its generation. The model contains gated ion channel descriptions of the nonlinear transducer and membrane conductance. Analysis of the model suggests a possible role for the voltage dependent conductance: efficiently trading sensitivity for temporal resolution as stimulus level increases.
2031-01-01

Introduction

Les surdités cochléaires induisent, outre une audibilité réduite, une série de distorsions de la représentation neurale des sons. Deux des mécanismes à la base de ces distorsions sont d’une part une atteinte de la sélectivité fréquentielle et d’autre part des zones neuro-épithéliales non fonctionnelles. Tant le premier que le second mécanisme apparaissent dans une proportion variable et non prédictible d’un sujet à un autre. Deux tests permettent le diagnostic de ces atteintes spécifiques: la Courbe d’Accord (Tuning Curve: TC) et le Threshold Equalising Noise (TEN) test. La TC, mesurée par une technique psychoacoustique chez un adulte collaborant (Psychophysical TC: PTC), consiste en la mesure du niveau de bruit (masqueur) nécessaire pour masquer un son pur (signal) de fréquence et d’intensité fixes. Le TEN test consiste en la mesure des seuils auditifs dans le silence et en présence d’un bruit égalisateur de seuil (TEN). Ces tests qui requièrent des capacités cognitives adultes normales, ne sont pas applicables aux populations pédiatriques prélinguales.

Ce travail de thèse avait pour but le développement d’un équivalent objectif et non invasif des TCs et du TEN test applicable aux populations pédiatriques. La méthode objective choisie fut les potentiels auditifs stationnaires ou ASSEPs (Auditory Steady State Evoked Potentials). Les ASSEPs sont une réponse électrophysiologique cérébrale évoquée par un stimulus acoustique de longue durée modulé en amplitude et/ou en fréquence.

Méthodes & Résultats

Etape 1

Les développements méthodologiques ont été réalisés sur l’espèce canine et humaine adulte. Les ASSEPs n’ayant jamais été préalablement enregistrés chez le chien, une première étape à consister à définir chez cette espèce les paramètres d’enregistrement optimaux (modulation en amplitude optimale) dont on sait qu’ils interagissent avec l’état veille-sommeil, avec la fréquence testée et probablement avec l’espèce animale investiguée.

A cette fin, les seuils auditifs obtenus chez 32 chiens à l’aide des ASSEPs ont été validés à cinq fréquences audiométriques par comparaison aux seuils obtenus avec les potentiels auditifs du tronc cérébral évoqués aux bouffées tonales.

Les seuils obtenus aux ASSEPs avec les paramètres optimaux d’enregistrement (légèrement différents des paramètres optimaux humains) étaient similaires à ceux obtenus aux bouffées tonales.

Ces résultats ont été publiés dans Clinical Neurophysiology (Markessis et al. 2006; 117: 1760-1771).

Etape 2

La possibilité de mesurer des TCs à l’aide des ASSEPs (ASSEP-TCs) a été évaluée sur 10 chiens. Les données canines ont été comparées à des données de la littérature, çàd aux TC enregistrées chez d’autres espèces et avec d’autres méthodes. Des ASSEP-TCs ont également été enregistrées chez 7 humains adultes et confrontées aux PTCs obtenues chez les mêmes sujets. Les PTCs sont typiquement energistrées avec un signal sinusoïdal alors que le stimulus utilisé pour évoquer un ASSEP est une sinusoïde modulée en amplitude. L’effet des sinusoïdes modulées en amplitude sur les paramètres qualitatifs et quantitatifs des TCs a donc été évalué en comparant les PTCs obtenues avec un son pur et avec un son pur modulé en amplitude chez 10 humains adultes.

Les résultats ont révélé que les ASSEP-TCs enregistrées chez le chien et l’humain présentaient des paramètres qualitatifs et quantitatifs similaires respectivement à ceux décrits dans la littérature et aux PTCs. Par ailleurs, auncun effet des stimuli modulés en amplitude sur les paramètres des PTCs n’a été démontré.

Ces données ont été publiées dans Ear & Hearing (Markessis et al. 2009, 30: 43-53).

Etape 3

Les ASSEP-TCs ont été validées chez 10 chiens en comparant les données aux TC enregistrées par électrocochléographie (Compound Action Potential TC: CAP-TC). Le masqueur utilisé pour les CAP-TCs est typiquement une sinusoïde alors que le masqueur utilisé pour les ASSEP-TCs est un bruit à bande étroite. Dès lors, une comparaison du type de masqueur (sinusoïde vs bruit à bande étroite) sur les paramètres des CAP-TCs et ASSEP-TCs a été réalisée chez 10 chiens.

Les ASSEP-TCs chez le chien se sont révélées qualitativement et quantitativement similaires aux CAP-TCs quel que soit le type de masqueur. Elles presentaient par ailleurs l’avantage d’être moins variables, plus précises et non invasives par rapport aux CAP-TCs.

Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2010, 49 ;455-62).

Etape 4

Afin d’étudier la validité de la procédure à mettre en évidence des changements de sélectivité fréquentielle dus à une atteinte cochléaire, des ASSEP-TCs ont été obtenues chez 10 chiens cochléo-lésés suite à un trauma acoustique. Les Produits de Distorsion Acoustiques, les potentiels évoqués auditifs du tronc cérébral évoqués par un clic et les ASSEPs à cinq fréquences audiométriques ont été enregisrés afin de délimiter l’étendue de la lésion.

Les ASSEP-TCs ont été fortement altérées, mais pas comme attendu ni suggéré par les mesures fonctionnelles indiquant que le trauma acoustique a créé une lésion différente de celle espérée.

Cette étude doit être poursuivie, des lésions moins importantes créées et une validation histopathologique réalisée.

Etape 5

Le TEN test a été mesuré à l’aide des ASSEPs (ASSEP-TEN) chez 12 adultes et cinq enfants normo-entendants. Les données adultes ont été confrontées aux données comportementales. L’effet des stimuli ASSEP (son pur modulé en amplitude) sur les TEN test a également été investigué en comparant les données comportementales obtenues avec une sinusoïde et avec une sinusoïde modulée en amplitude chez 24 adultes.

Les seuils masqués enregistrés aux ASSEPs étaient supérieurs à ceux mesurés par une épreuve comportementale. L’élévation des seuils masqués pose un problème potentiel de dynamique.

La procédure doit être testée chez des patients présentant une surdité cochléaire attendu que la différence entre les seuils auditifs mesurés aux ASSEPs et par une épreuve comportementale est moindre dans cette population. Dans la mesure où le problème de dynamique résiduelle persiste chez les patients malentendants, d’autres stimuli ou algorithmes d’enregistrement doivent être utilisés.

Etape 6

Le TEN est un stimulus large bande. Il peut dès lors se révéler intolérable chez des patients présentant une atteinte auditive restreinte à une region fréquentielle. L’effet du filtrage du TEN sur les seuils et la sonie du TEN a été étudié chez 24 sujets normo-entendants et 35 patients présentant une perte cochléaire dans les hautes fréquences.

Le filtrage passe-haut du TEN s’est avéré être une solution satisfaisante.

Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2006; 45: 91-98).

Etape 7

L’effet de l’intensité du TEN sur le diagnostic des zones neuro-épithéliales non fonctionnelles a été investigué chez 24 patients en mesurant les seuils masqués à quatre intensités de TEN différentes. La fiabilité du TEN test a également été évaluée.

Le TEN est une procédure fiable. L’intensité du TEN a affecté le diagnostic chez cinq patients. Ce résultat est interprété en termes de degré de l’atteinte du complexe neurosensoriel.

Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2009; 48: 55-62).

Conclusion

Un algorithme permettant la mesure de TC et du TEN test objective à l’aide des ASSEPs a été développé. L’implémentation clinique de l’algorithme appliqué à l’enregistrement des CA paraît envisageable. Une importante étape de la corrélation entre modifications anatomiques (à l’aide de l’histopathologie) et physiologiques (ASSEP-TC et CAP-TC) est maintenant celle qui s’impose. Les données préliminaires obtenues sur le TEN test électrophysiologique chez des sujets normo-entendants suggèrent que son implémentation clinique puisse se heurter à un problème de dynamique si ce dernier est confirmé en présence de surdités cochléaires. Plusieurs pistes potentielles de solutions ont été avancées.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Notre capacité à communiquer et à apprécier la musique repose sur une discrimination de fréquences couvrant une large gamme de fréquences sonores. Cette propriété résulte de cellules mécanosensorielles « ciliées », qui sont réglées pour répondre de façon maximale à une fréquence caractéristique qui varie monotoniquement le long de l’axe de l’organe auditif, la cochlée. Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui définissent la fréquence d’une cellule ciliée et régulent sa valeur pour différentes cellules afin de couvrir la gamme auditive demeurent néanmoins inconnus. Notre hypothèse de travail est que cette fréquence est réglée en partie par les propriétés mécaniques passives et actives de la « touffe ciliaire », l’antenne mécanosensorielle de la cellule ciliée. A l’aide d’une préparation excisée de la cochlée du rat, nous avons combiné l’iontophorèse de chélateurs de calcium (BAPTA ou EDTA) pour casser les liens de bout-de-cil qui connectent les stéréocils voisins de la touffe ciliaire, une stimulation grâce à un micro-jet de fluide pour estimer la raideur de la touffe ciliaire et des enregistrements en « patch-clamp » de courants de transduction afin de compter le nombre de liens de bout-de-cil intacts qui contribuent à la réponse. Avec les mouvements évoqués par la rupture des liens de bout-de-cil et avec nos mesures de raideur, nous avons pu estimer la tension dans toute la touffe ciliaire, ainsi que la tension dans un seul lien de bout-de-cil en connaissant le nombre de liens qui contribuent à cette tension. Dans les cellules ciliées externes, qui sont impliquées dans l’amplification du stimulus sonore mais qui n’envoient pas d’information neuronale au cerveau, nous avons observé un gradient de tension et de raideur lorsque la fréquence caractéristique de la cellule ciliée augmente, suggérant que ces paramètres physiques peuvent être impliqués dans le réglage d’une cellule ciliée à sa fréquence caractéristique. Au contraire, pour les cellules ciliées internes, les vraies cellules sensorielles de la cochlée, nos observations ne montrent pas de gradient significatif. De plus, nous avons observé des mouvements de la touffe ciliaire induits par la variation de la concentration en calcium, correspondant à une tension accrue pour des concentrations en calcium plus faibles. Ces mouvements sont similaires à ceux évoqués dans d’autres classes de vertébrés, tels que chez la grenouille ou chez la tortue. Ainsi, nos résultats réconcilient les expériences faites chez les vertébrés inférieurs et chez le mammifère, et montrent l’implication des gradients de la mécanique de la touffe ciliaire pour l’importante sélectivité fréquentielle de la cochlée
Our ability to communicate and appreciate music relies on acute frequency discrimination over a broad range of sound frequencies. This property results from the operation of mechanosensory “hair" cells, which are each tuned to respond maximally to a characteristic frequency that varies monotonically along the axis of the auditory organ, the cochlea. The cellular and molecular mechanisms that set the characteristic frequency of a hair cell and regulate its value among different cells to cover the auditory range have remained elusive. Our working hypothesis is that tuning results in part from passive and active mechanical properties of the “hair" bundle, the mechanosensory antenna of the hair cell.Using an excised preparation from the rat cochlea, we combined iontophoresis of a calcium chelator (BAPTA or EDTA) to break the tip links that interconnect neighbouring stereocilia of the hair-cell bundle, fluid-jet stimulation to estimate hair-bundle stiffness and patch-clamp recordings of transduction currents to count the number of intact transduction channels contributing to the response. From the movements evoked by tip-link breakage and our stiffness measurements, we were able to estimate tension in the whole hair bundle as well as, knowing the number of tip links contributing to this tension, in a single tip link.In outer hair cells, which are involved in sound amplification but do not send neural information to the brain, we observed a gradient of tension and stiffness from the low-frequency to the high-frequency end of the cochlea, suggesting that these physical parameters may help tune the hair cell to its characteristic frequency. Interestingly, with inner hair cells - the true sensors of the cochlea, our observations do not show any significant gradient. Furthermore, we observed calcium-evoked hair-bundle movements corresponding to an increased tension in the tip links at decreased concentrations of calcium. These movements were similar to those evoked in other classes of vertebrates, such as the frog or the turtle. Together, our results reconcile experiments performed in lower vertebrates with those performed in mammals and show the implication of hair-bundle mechanical gradients in the sharp frequency tuning of the cochlea

The cochlea presumably possesses a number of regulatory mechanisms to maintain cochlear sensitivity in the face of disturbances to its function. Evidence for such mechanisms can be found in the time-course of the recovery of CAP thresholds during experimental manipulations, and in observations of slow oscillations in cochlear micromechanics following exposure to low-frequency tones (the “bounce phenomenon”) and other perturbations. To increase our understanding of the these oscillatory processes within the cochlea, and OHCs in particular, investigations into cochlear regulation were carried out using a combination of mathematical modelling of the ionic and mechanical interactions likely to exist within the OHCs, and electrophysiological experiments conducted in guinea pigs. The electrophysiological experiments consisted of electrocochleographic recordings and, in some cases, measurement of otoacoustic emissions, during a variety of experimental perturbations, including the application of force to the cochlear wall, exposure to very-low-frequency tones, injection of direct current into scala tympani, and intracochlear perfusions of artificial perilymph containing altered concentrations of potassium, sodium, and sucrose. To obtain a panoramic view of cochlear regulation under these conditions, software was written to enable the interleaved and near-simultaneous measurement of multiple indicators of cochlear function, including the compound action potential (CAP) threshold, amplitude and waveshape at multiple frequencies, the OHC transfer curves derived from low-frequency cochlear microphonic (CM) waveforms, distortion-product otoacoustic emissions (DPOAEs), the spectrum of the round-window neural noise (SNN), and the endocochlear potential (EP). The mathematical model takes into account the known electrical properties of OHC, and includes the effect of fast and slow-motility of the cell body on transducer operating point and apical conductance. Central to the operation of the model is a putative intracellular 2nd-messenger system based on cytosolic calcium, which is involved in regulation of i) the operating point of OHC MET channels via slow motility and axial stiffness; ii) the permeability of the basolateral wall to potassium (via calcium-sensitive potassium channels); and iii) the cytosolic concentration of calcium itself, via modulation of its own sequestration into (and release from) intracellular storage organelles, and extrusion from the cell. The model was constructed in a manner which allowed simulation of different cochlear perturbations, and the comparison of results from these simulations to experimental data. The mathematical model we have developed provided a physiologically-plausible and internally-consistent explanation for the time-courses of the cochlear changes observed during a number of different perturbations. We show that much of the oscillatory behaviour within the cochlea is consistent with underlying oscillations in cytosolic calcium concentration. We conclude that a number of the discrepancies between the simulation results and the experimental data can be resolved if the cytosolic calcium functions as two distinct pools: one which controls basolateral permeability and one which controls slow motility. This two-calcium-pool model is discussed.
Thesis presented in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Clinical Audiology / Doctor of Philosophy of The University of Western Australia

TRPA1 channels are sensors for noxious stimuli in a subset of nociceptive neurons. TRPA1 channels are also expressed in cells of the mammalian inner ear, but their function in this tissue remains unknown given that Trpa1–/– mice exhibit normal hearing, balance and sensory mechanotransduction. Here we show that non-sensory (supporting) cells of the hearing organ in the cochlea detect tissue damage via the activation of TRPA1 channels and subsequently modulate cochlear amplification through active cellshape changes. We found that cochlear supporting cells of wild type but not Trpa1–/– mice generate inward currents and robust long-lasting Ca2+ responses after stimulation with TRPA1 agonists. These Ca2+ responses often propagated between different types of supporting cells and were accompanied by prominent tissue displacements. The most prominent shape changes were observed in pillar cells which here we show possess Ca2+-dependent contractile machinery. Increased oxidative stress following acoustic overstimulation leads to the generation of lipid peroxidation byproducts such as 4-hydroxynonenal (4-HNE) that could directly activate TRPA1. Therefore, we exposed mice to mild noise and found a longer-lasting inhibition of cochlear amplification in wild type than in Trpa1–/– mice. Our results suggest that TRPA1-dependent changes in pillar cell shape can alter the tissue geometry and affect cochlear amplification. We believe this novel mechanism of cochlear regulation may protect or fine-tune the organ of Corti after noise exposure or other cochlear injuries.

[Truncated abstract] The mammalian inner ear is innervated by the efferent olivocochlear system which is divided into medial and lateral systems. In anaesthetised animals, medial olivocochlear (MOC) axons can be electrically stimulated at the floor of the IVth ventricle. MOC stimulation suppresses the spontaneous activity and sound-evoked responses of primary afferents by its actions on outer hair cells. Effects of MOC stimulation have been also reported on responses of neurons in the cochlear nucleus, the first central auditory center receiving cochlear input. However, very little is known about the net results of MOC effects in higher order neurons. This issue was investigated by electrically stimulating MOC axons at the IVth ventricle and recording extracellular single unit activities in the central nucleus of the inferior colliculus (CNIC) of anaesthetised guinea pigs. For the first part of the study, anatomical and neurophysiological studies were carried out to establish that the focal midline MOC stimulation can selectively stimulate MOC axons without any current spread to adjacent ascending fibers. The MOC stimulation and CNIC recordings were then carried out in a series of experiments that included normal hearing animals, animals treated acutely with gentamicin (in which the acetylcholine-mediated peripheral suppression of the olivocochlear efferents is selectively eliminated) and partially deafened animals. ... However, in other CNIC neurons, effects could not be so explained, showing either additional suppression or even marked excitatory effects. (4) MOC stimulation also suppressed the spontaneous activity of CNIC neurons in normal hearing animals. When similar efferent stimulation was carried out in partially deafened animals, the abnormally high spontaneous activity of some CNIC neurons in the deafened frequency regions was also transiently suppressed by MOC shocks. The results from this study clearly demonstrate that the MOC system can modulate the responses of midbrain neurons in a more complex manner compared to the effects seen in the periphery. The more complex effects seen for responses to tones in quiet and in noisy background are likely to result from a complex interplay between altered afferent input in the cochlea and central circuitry. In addition, the ability of MOC efferents in suppressing the normal and abnormal spontaneous activity in the midbrain also could have implications for the role of the descending system in the pathophysiology and treatment of tinnitus.

Le systeme muscarinique de la cochlee de rat a ete caracterise. Il est active via des recepteurs m3 couples a la synthese des inositols phosphates (ip). Le systeme de transduction est sensible aux molecules ototoxiques. Au cours du developpement, il participerait a la mise en place de l'innervation efferente mediane. Chez l'adulte, nous avons demontre que certains sites m3 sont des autorecepteurs presynaptiques qui reguleraient la liberation d'acetylcholine, en position postsynaptique, ils participeraient a la modulation des contractions lentes des cellules ciliees externes

Mieux comprendre les phenomenes hydromecaniques cochleaires lors d'une stimulation sonore, tel est l'objectif de cette these. La propagation et la dissipation du signal acoustique dans l'oreille interne representent les etapes clefs de l'initiation du traitement de l'information sonore par l'organe neurosensoriel. Par la mesure directe de la pression acoustique de part et d'autre de la membrane basilaire, on peut evaluer les forces qui s'exercent sur la cloison cochleaire, dans les differents tours de la spire. La pression resultante peut etre comparee au potentiel microphonique differentiel qui correspond, en premiere approximation, aux deplacements de la membrane basilaire. Nous abordons successivement: -1- l'etude des signaux a l'entree de la cochlee, degageant la notion de fonction de transfert de l'oreille moyenne et ses caracteristiques. -2- les modifications de la fonction de transfert de l'oreille moyenne lors de variations de la pression statique au niveau du tympan. -3- l'evolution de ces signaux dans les tours superieurs de la cochlee. On montre alors qu'une partie du signal se dissipe progressivement pour des frequences de stimulation superieures a la frequence caracteristique de l'endroit considere. -4- l'etude du produit de distorsion 2f1-f2, qui est lie aux processus cochleaires actifs. Ceci nous amene a determiner la fonction de transfert inverse de l'oreille moyenne. Cette etude montre ainsi la possibilite d'aborder la complexite de la mecanique cochleaire par le biais des mesures de pression acoustique intracochleaire

L'oto-emission acoustique est un signal acoustique complexe, qui est enregistre dans le conduit auditif apres stimulation sonore de l'oreille. Ce signal est genere par des phenomenes actifs d'origine cochleaire. L'interpretation de l'oto-emission doit permettre l'evaluation de l'etat physiologique de la cochlee et precisement des cellules ciliees externes. Nous nous sommes interesses a la partie metrologique de l'oto-emission. Il s'agit, concretement, d'etudier et de realiser tout une chaine d'acquisition et de traitement de l'oto-emission. La premiere partie de l'etude est la mise au point d'un dispositif d'etalonnage des sondes de detection (constituees d'un emetteur et d'un recepteur miniatures). L'analyse de l'etalonnage de quelques sondes a conduit au montage d'une sonde dont les caracteristiques sont satisfaisantes. La deuxieme etape du travail est la realisation d'un dispositif d'acquisition et de traitement de l'oto-emission. Il est base sur l'utilisation d'une carte de traitement numerique des signaux, developpee autour du processeur de traitement du signal: adsp 2100. Afin de valider l'instrumentation, et apres son etalonnage, nous avons recherche des oto-emisssions chez des sourds profonds, puis chez des individus normaux-entendants. Les resultats obtenus sont satisfaisants et ils montrent la necessite de definir des parametres pertinents pour qualifier l'oto-emission

1)coexpression des recepteurs des acides amines excitateurs par les neurones auditifs primaires i. L'expression des arnm de la sous-unite glur4 etait limitee aux seules cellules gliales. Les recepteurs nmdar-1, glur2, glur3 et mglur1, sont exprimes par les neurones auditifs primairesi innervant les cellules ciliees internes. En accord avec l'implication predominante des recepteurs ampa dans la neurotransmission cochleaire, le marquage obtenu par les sous-unites glur2 et glur3 etait plus intense que pour les recepteurs nmda et mglur1. 2)coexistence de neurotransmetteurs/neuromodulateurs dans les efferences olivocochleaires. La majorite des neurones du systeme efferent lateral coexprimait les marqueurs (enzyme de synthese, arnm) de cinq substances neuroactives: l'acetylcholine, gaba, la dopamine, enkephalines, et le cgrp. Seul le gaba l'acetylcholine et le cgrp seraient co-exprimes par les neurones du systeme efferent median. 3)expression des recepteurs muscariniques m3 et dopaminergiques d1 et d2. Les neurones auditifs primaires exprimaient les arnm des recepteurs d1 et d2 et des recepteurs muscariniques m3. De plus, les arnm des recepteurs d2 et m3 etaient presents dans les neurones de l'innervation laterale. 4)excitotoxicite et plasticite neuronale. Apres episode excitotoxique par l'ampa, une perte transitoire des reponses electrophysiologiques et une surexpression des arnm des recepteurs nmda et mglur1 et des neurotransmetteurs efferents, etaient observees. La concomitance entre la reapparition des reponses cochleaires et les variations d'expression des arnm suggereraient une implication de ces recepteurs dans la restauration fonctionnelle

Increases in intracellular Ca2+ play a central role in cochlear function. The ryanodine receptor (RyR) intracellular Ca2+ release channel, a ubiquitous element of Ca2+ signalling, has been implicated in the regulation of sound transduction and auditory neurotransmission. Despite this, the molecular basis underlying RyR-mediated Ca2+ signalling in the cochlea has been limited. This thesis investigates the molecular and functional characterisation of RyR expression in the cochlea. RT-PCR analysis showed expression of RyR1, RyR2 and RyR3 isoform mRNA transcripts in the rat cochlea and also in the spiral ganglion. Localisation of RyR protein revealed differential expression of these isoforms in the cochlea. Strong RyR immunolabelling for RyR1, RyR2 and RyR3 were detected in the spiral ganglion neuron (SGN) cell bodies. RyR3 labelling extended to the synaptic terminals innervating the inner and outer hair cells. RyR2 expression also occurred in the inner hair cells and supporting cells of the organ of Corti. Cells associated with ion homeostasis in the cochlea were also labelled, including RyR1 in spiral limbus interdental cells, and RyR2 and RyR3 in spiral prominence epithelial cells and stria vascularis basal cells. In the SGN cell bodies, confocal imaging of Ca2+ store release confirmed the presence of a functional RyR-gated Ca2+ store. Superfusion of glutamate and α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA) evoked large Ca2+ responses in the SGN cell bodies that were dependent upon Ca2+ entry. However, subsequent depletion of SGN RyR-gated Ca2+ stores substantially reduced the glutamate- and AMPA-induced Ca2+ responses, demonstrating that the majority of the Ca2+ signal derived from RyR-gated Ca2+ stores via Ca2+ -induced Ca2+ release. Involvement of the AMPA/Kainate-type glutamate receptor was confirmed by elimination of glutamate- and AMPA-induced Ca2+ responses with an AMPA/Kainate receptor antagonist. These findings support a role for RyR in the regulation of auditory neurotransmission, sound transduction and cochlear electrochemical homeostasis. These data also demonstrate coupling between somatic AMPA-type glutamate receptors and RyR-gated Ca2+ stores, which is likely to influence auditory neurotransmission.
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Yao Jun.
Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2001.
Includes bibliographical references.
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Abstracts in English and Chinese.