CCI: fisiologia

Codificación de la frecuencia : el bloqueo en fase

La codificación de la frecuencia en la cóclea de los mamíferos está asociada a la tonotopía coclear. No obstante, para los sonidos de frecuencia inferior a 3 kHz (apex de la cóclea), la codificación de la frecuencia se basa en un segundo mecanismo : el bloqueo en fase al nivel de las CCI.

La estimulación sonora provoca la deflección de los estereocilios. Los canales sensibles al estiramiento se abren, lo cual produce una entrada de cationes a la célula ciliada. Esta se depolariza, lo que facilita la apertura de canales iónicos de calcio sensibles a voltaje, que se encuentran en la base de la célula. La entrada de calcio favorece la liberación de glutamato en la brecha sináptica. El glutamato activa a su vez las terminaciones nerviosas de las fibras del nervio auditivo, lo cual se traduce en la generación de potenciales de acción.

Estimulación sonora de 500 Hz

• El potencial receptor se basa en una alternancia depolarización-repolarización de la célula, que sigue ciclo-a-ciclo la frecuencia de la estimulación sonora. La componente alterna (AC) del potencial receptor predomina sobre la componente continua (DC), que en este caso tiene una contribución despreciable.
• Cada depolarización de la célula ciliada, en fase con la frecuencia de estimulación, ocasiona la liberación de glutamato, que causa la generación de potenciales de acción en un instante preferencial del ciclo de la estimulación sonora : las fibras del nervio auditivo responden de esta manera a la estimulación sonora en fase.

Estimulación  sonora de 2000 Hz

• La CCI no es suficientemente rápida para alternar los ciclos de depolarización-repolarización en fase con la frecuencia de estimulación. La componente alterna (AC) del potencial receptor disminuye mientras que la componente continua (DC) aumenta.
• El aumento de la frecuencia de estimulación (superior a 3 kHz) ocasiona una pérdida de sincronización de los potenciales de acción con respecto al ciclo de la frecuencia de estimulación.

Estimulación sonora de 5000 Hz

• El potencial receptor corresponde solamente a su componente continua (DC). La CCI codifica la envolvente de la estimulación sonora, pero no la frecuencia de estimulación.
• Los potenciales de acción ya no están sincronizados con la estimulación, sino que son emitidos esencialmente al comienzo de la estimulación sonora.

Codificación de la intensidad

En respuesta a estimulaciones acústicas de intensidad creciente, la actividad (número de potenciales de acción) de las neuronas auditivas aumenta con la intensidad sonora : es la codificación de la intensidad.

R. Nouvian

Se puede apreciar una actividad espontánea de las fibras en ausencia de estimulación sonora (potenciales de acción en negro). Para 3 estimulaciones de intensidad creciente (violeta, anaranjado y rojo), la respuesta evocada (enmarcada por los trazos punteados) está compuesta por una cantidad cada vez mayor de potenciales de acción.

Codificación de la dinámica de la intensidad

Podemos distinguir tres poblaciones de fibras auditivas :

• las fibras de mayor sensibilidad (a bajo umbral de activación) y una actividad espontánea elevada (1)
• las fibras con un umbral de activación y un nivel de actividad espontánea intermedios (2)
• las fibras con umbrales elevados y una actividad espontánea baja (3).

Las fibras a bajo umbral de activación (1) presentan densidades post-sinápticas extensas y están conectadas a sinapsis en cinta de estructura compacta y pequeño tamaño. Por el contrario, las fibras a alto umbral y baja actividad espontánea (3) se caracterizan por sus densidades post-sinápticas de superficie reducida y están conectadas a sinapsis en cinta de gran tamaño. La magnitud de la entrada de calcio a la CCI (en la base de una sinapsis en cinta, como se muestra en el esquema), estaría correlacionada con la actividad espontánea de las fibras.

R Nouvian

El reclutamiento progresivo de estas tres poblaciones de fibras explica la extensión de la dinámica coclear, desde el umbral de la percepción hasta el umbral del dolor (110 dB a 1000 Hz) : en respuesta a una estimulación de baja intensidad, la fibra a bajo umbral (1, rojo) es activada pero se satura rápidamente. Estimulaciones de mayor intensidad reclutan a continuación las fibras 2 y 3. En negro se destaca la actividad espontánea de las fibras en ausencia de estimulación sonora. Los trazos punteados indican el comienzo y el final de las estimulaciones sonoras y resaltan la actividad evocada de las fibras.

Actividad evocada de una fibra conectada a una CCI

El histograma de actividad post-estímulo (PSTH), describe la actividad evocada en respuesta a una estimulación sonora. Se caracteriza por un aumento de la actividad al comienzo de la estimulación (pico ‘on’), seguido inmediatamente por una disminución de la actividad evocada (adaptación), para llegar finalmente a una tasa de disparo constante (meseta)..

El pico de la respuesta corresponde a la liberación de neurotransmisor, el glutamato, por parte de las CCI.

La adaptación puede reflejar : i) la activación de conductancias de potasio rápidas de las CCI, ii) el agotamiento del contingente formado por vesículas sinápticas de fusión rápida, iii) la desensibilización de los receptores de glutamato post-sinápticos y iv) el período refractario de los potenciales de acción. El cese de la estimulación sonora está asociado a una disminución drástica de la tasa de disparo de las fibras.

Esta respuesta ‘off’ podría reflejar la recaptura excesiva de glutamato por parte de los transportadores de membrana