El sistema olivococlear es un componente del sistema auditivo que participa en el control descendente de la cóclea . Sus fibras nerviosas, el haz olivococlear (OCB), forman parte del nervio vestibulococlear (VIII par craneal, también conocido como nervio auditivo-vestibular) y se proyectan desde el complejo olivar superior en el tronco encefálico ( protuberancia ) hasta la cóclea. [1]
El haz olivococlear (OCB) se origina en el complejo olivar superior en el tronco encefálico. La anastomosis vestibulococlear lleva los axones eferentes a la cóclea, donde inervan el órgano de Corti (OC) . El OCB contiene fibras que se proyectan tanto a la cóclea ipsilateral como a la contralateral , lo que impulsa una división inicial en sistemas cruzados (COCB) y no cruzados (UCOCB). [1] Sin embargo, más recientemente, la división del OCB se basa en el sitio de origen de los cuerpos celulares en el tronco encefálico en relación con la oliva superior medial (MSO). La región periolivar medioventral (MVPO), también conocida como el núcleo ventral del cuerpo trapezoidal, una región difusa de neuronas ubicada medial al MSO, da lugar al sistema olivococlear medial (MOCS). La oliva superior lateral (LSO), un núcleo distinto de neuronas ubicado lateralmente al MSO, da lugar al sistema olivococlear lateral (LOCS). [2] [3] Las neuronas MOCS son células multipolares grandes, mientras que las LOCS se definen clásicamente como compuestas de pequeñas células esféricas. Esta división se considera más significativa con respecto a la fisiología del OCB. [4] Además de estas neuronas olivococleares definidas clásicamente, los avances en los métodos de rastreo de tractos ayudaron a revelar una tercera clase de neuronas olivococleares, denominadas neuronas de capa, que rodean al LSO. [5] Por lo tanto, los cuerpos celulares de la clase LOCS dentro del LSO se denominan neuronas LOCS intrínsecas, mientras que los que rodean al LSO se denominan neuronas LOCS de capa o extrínsecas. Las neuronas de capa suelen ser grandes y morfológicamente son muy similares a las neuronas MOCS.
Las neuronas LOCS (que se originan tanto en las neuronas intrínsecas como en las neuronas de la capa) contienen fibras amielínicas que hacen sinapsis con las dendritas de las células ganglionares espirales de tipo I que se proyectan hacia las células pilosas internas . Si bien las neuronas LOCS intrínsecas tienden a ser pequeñas (de ~10 a 15 μm de diámetro) y las neuronas OC de la capa son más grandes (de ~25 μm de diámetro), son las neuronas OC intrínsecas las que poseen los axones más grandes (0,77 μm en comparación con los 0,37 μm de diámetro de las neuronas de la capa). Por el contrario, las MOCS contienen fibras nerviosas mielinizadas que inervan directamente las células pilosas externas. [6] Aunque tanto las LOCS como las MOCS contienen fibras cruzadas (contralaterales) y no cruzadas (ipsilaterales), en la mayoría de las especies de mamíferos la mayoría de las fibras LOCS se proyectan a la cóclea ipsilateral, mientras que la mayoría de las fibras MOCS se proyectan a la cóclea contralateral. [2] [7] La proporción de fibras en las MOCS y las LOCS también varía entre especies, pero en la mayoría de los casos las fibras de las LOCS son más numerosas. [8] [9] [10] En los humanos, se estima que hay (en promedio) 1000 fibras LOCS y 360 fibras MOCS, [11] [12] sin embargo, los números varían entre individuos. Las MOCS dan lugar a una inervación específica de frecuencia de la cóclea, en la que las fibras MOC terminan en las células ciliadas externas en el lugar de la cóclea predicho a partir de la frecuencia característica de las fibras, y por lo tanto están organizadas tonotópicamente de la misma manera que las neuronas aferentes primarias. [6] [13] Las fibras de las LOCS también parecen estar dispuestas de manera tonotópica . [14] Sin embargo, no se sabe si las frecuencias características de las fibras de las LOCS coinciden con las frecuencias características de las neuronas aferentes primarias, ya que los intentos de estimular selectivamente las fibras de las LOCS han sido en gran medida infructuosos. [15] Los axones derivados de las LOCS intrínsecas viajan solo aproximadamente 1 μm dentro del órgano de Corti, generalmente en espiral apicalmente. Emiten un pequeño mechón de botones sinápticos que es compacto en su extensión, a menudo involucrando menos de 10 IHC. En comparación, las neuronas de la capa se espiralan tanto apical como basalmente, y pueden cubrir grandes territorios dentro del órgano de Corti. Los axones de la capa a menudo cubren 1-2 octavas de longitud tonotópica. [16] Sin embargo, su arborización terminal es bastante escasa.
Toda la actividad conocida actualmente del sistema olivococlear se realiza a través de un complejo receptor de neurotransmisores de clase nicotínica que está acoplado a un canal de potasio activado por calcio. Juntos, estos sistemas generan una respuesta sináptica inusual a la estimulación del cerebro. Las terminales sinápticas olivococleares contienen varios neurotransmisores y péptidos neuroactivos . El principal neurotransmisor empleado por el sistema olivococlear es la acetilcolina (ACh) , aunque el ácido gamma-aminobutírico (GABA) también se localiza en las terminales. La liberación de ACh de las terminales olivococleares activa un complejo receptor colinérgico evolutivamente antiguo compuesto por las subunidades nicotínicas alfa9 [17] y alfa10 . [18] Si bien estas subunidades crean un canal iónico controlado por ligando que es especialmente permeable al calcio y a los cationes monovalentes [19], la respuesta celular de las células ciliadas externas a la activación de la ACh es hiperpolarizante , en lugar de la respuesta despolarizante esperada. Esto se produce debido a la rápida activación de un canal de potasio asociado . Este canal, el canal de potasio SK2 de pequeña conductancia y sensible a la apamina , es activado por el calcio que probablemente se libera en el citoplasma a través de la liberación de calcio inducida por calcio de los depósitos de calcio dentro de las cisternas subsinápticas como respuesta al calcio entrante del complejo nicotínico. [20] Sin embargo, no se ha descartado que algo de calcio entrante a través del canal nicotínico alfa9alfa10 también pueda activar directamente el canal SK . Por lo tanto, las respuestas electrofisiológicas registradas de las células ciliadas externas después de la estimulación con ACh muestran una pequeña corriente entrante (transportada en gran parte por el calcio entrante a través del receptor de acetilcolina ) que es seguida inmediatamente por una gran corriente saliente, la corriente de potasio, que hiperpolariza la célula ciliada externa.
Cuando se corta quirúrgicamente el haz olivococlear antes de la aparición de la audición, la sensibilidad auditiva se ve comprometida. [21] Sin embargo, tras la ablación genética de los genes alfa9 o alfa10, no se observan estos efectos. Esto puede deberse a la diferente naturaleza de las lesiones: la lesión quirúrgica da como resultado la pérdida completa de toda la inervación olivococlear de las células ciliadas, mientras que las manipulaciones genéticas dan como resultado una pérdida funcional mucho más selectiva, la del gen objetivo únicamente. Cualquier sustancia neuroactiva restante que pueda liberarse por las terminales sinápticas intactas aún puede activar las células ciliadas. De hecho, tras la ablación genética de uno de los péptidos neuroactivos presentes en las terminales LOCS, [22] se observaron consecuencias similares a las que siguieron a la lesión quirúrgica, lo que demuestra que los efectos de la cirugía probablemente se debieron a la pérdida de este péptido, y no de la ACh presente en las terminales sinápticas.
En los animales, la fisiología de las MOCS se ha estudiado mucho más extensamente que la de las LOCS. Esto se debe a que las fibras mielinizadas de las MOCS son más fáciles de estimular y registrar eléctricamente. [15] En consecuencia, se sabe relativamente poco sobre la fisiología de las LOCS. [23]
En muchos estudios realizados en animales in vivo se ha estimulado el haz olivococlear (OCB) mediante estímulos de choque aplicados mediante electrodos colocados en el haz nervioso. Estos estudios han medido la salida del nervio auditivo (NA), con y sin estimulación del OCB. En 1956, Galambos activó las fibras eferentes del gato aplicando estímulos de choque al suelo del cuarto ventrículo (en la decusación del COCB). Galambos observó una supresión de los potenciales de acción compuestos del NA (denominados potenciales N1) evocados por estímulos de clic de baja intensidad. [24] Este hallazgo básico se confirmó repetidamente (Desmedt y Monaco, 1961; Fex, 1962; Desmedt, 1962; Wiederhold, 1970). También se observó una supresión eferente de N1 mediante la estimulación de los cuerpos celulares MOCS en el SOC medial, [25] lo que confirma que la supresión de N1 fue el resultado de la estimulación MOC (no LOC). Más recientemente, varios investigadores han observado una supresión de la salida neuronal coclear durante la estimulación del colículo inferior (CI) en el mesencéfalo, que se proyecta al complejo olivar superior (SOC) (Rajan, 1990; Mulders y Robertson, 2000; Ota et al., 2004; Zhang y Dolan, 2006). Ota et al. (2004) también demostraron que la supresión de N1 en la cóclea era mayor en la frecuencia correspondiente a la ubicación de frecuencia del electrodo en el CI, lo que proporciona evidencia adicional de la organización tonotópica de las vías eferentes.
Estos hallazgos llevaron a la comprensión actual de que la actividad MOC disminuye el proceso activo de las OHC, lo que genera una reducción específica de frecuencia de la ganancia coclear.
La estimulación eléctrica del tronco encefálico puede provocar (i) la estimulación de todo el sistema nervioso central (MOCS), (ii) una velocidad de descarga (hasta 400 s -1 ) mucho mayor que la que normalmente provoca el sonido (hasta 60 s -1 ), y (iii) la estimulación eléctrica de neuronas distintas de las fibras MOCS. Por lo tanto, la estimulación eléctrica del MOCS puede no dar una indicación precisa de su función biológica ni de la magnitud natural de su efecto.
La respuesta de las MOCS al sonido está mediada por la vía del reflejo acústico de las MOC (véase el recuadro), que se había investigado previamente utilizando técnicas de etiquetado anterógrado y retrógrado (Aschoff et al., 1988; Robertson y Winter, 1988). La estimulación acústica de las células ciliadas internas envía una señal neuronal al núcleo coclear posteroventral (PVCN), y los axones de las neuronas del PVCN cruzan el tronco encefálico para inervar las neuronas MOC contralaterales. En la mayoría de los mamíferos, las neuronas MOC se proyectan predominantemente hacia el lado contralateral (formando el reflejo ipsilateral), y el resto se proyecta hacia el lado ipsilateral (formando el reflejo contralateral).
La fuerza del reflejo es más débil para los tonos puros y se vuelve más fuerte a medida que aumenta el ancho de banda del sonido (Berlin et al., 1993), por lo que la respuesta máxima de MOCS se observa para el ruido de banda ancha (Guinan et al., 2003). Los investigadores han medido los efectos de estimular los MOCS con sonido. En gatos, Liberman (1989) demostró que el sonido contralateral (que da como resultado la estimulación de los MOCS) reducía el potencial N1, una supresión que se eliminaba tras la transección del haz olivococlear (OCB). En humanos, la mayor cantidad de evidencia de la acción de los eferentes proviene de la supresión de las otoemisiones acústicas (OAEs) después de la estimulación acústica.
Utilizando estímulos acústicos para activar la vía refleja MOC, se han realizado grabaciones de fibras eferentes individuales en cobayas [13] y gatos. [6] Ambos estudios confirmaron que las neuronas MOC están muy sintonizadas con la frecuencia, como sugirieron previamente Cody y Johnstone (1982) y Robertson (1984). También demostraron que la tasa de activación de las neuronas MOC aumentaba a medida que la intensidad del sonido aumentaba de 0 a 100 dB SPL, y tienen umbrales comparables (dentro de ~15 dB) a las neuronas aferentes. Además, ambos estudios demostraron que la mayoría de las neuronas MOC respondían al sonido presentado en el oído ipsilateral, en consonancia con la mayoría de las neuronas MOC de los mamíferos que se encuentran contralateralmente. [2] [7] No se han realizado grabaciones de fibras MOC en humanos, porque no es posible realizar experimentos in vivo invasivos. Sin embargo, en otras especies de primates, se ha demostrado que entre el 50 y el 60% de las fibras MOC están cruzadas (Bodian y Gucer, 1980; Thompson y Thompson, 1986).
Las funciones hipotéticas del MOCS se dividen en tres categorías generales: (i) protección coclear contra sonidos fuertes, (ii) desarrollo de la función coclear y (iii) detección y discriminación de sonidos en ruido.
Cody y Johnstone (1982) y Rajan y Johnstone (1988a; 1988b) demostraron que la estimulación acústica constante que evoca una fuerte respuesta de MOCS (Brown et al., 1998) reducía la gravedad del trauma acústico. Esta protección se anuló en presencia de una sustancia química que se sabe que suprime la acción del haz olivococlear (OCB) (estricnina), lo que implica la acción del MOCS en la protección de la cóclea frente a los sonidos fuertes. Rajan (1995a) y Kujawa y Liberman (1997) aportaron más pruebas de que los eferentes auditivos tienen un papel protector. Ambos estudios demostraron que la pérdida auditiva sufrida por los animales debido a la exposición a sonidos binaurales era más grave si se cortaba el OCB. Rajan (1995b) también demostró una dependencia de la frecuencia de la protección del MOC aproximadamente coherente con la distribución de las fibras del MOC en la cóclea. Otros estudios que apoyan esta función de los MOCS han demostrado que la estimulación de los MOC reduce el cambio temporal del umbral (TTS) y el cambio permanente del umbral (PTS) asociados con la exposición prolongada al ruido (Handrock y Zeisberg, 1982; Rajan, 1988b; Reiter y Liberman, 1995), y que los animales con el reflejo MOC más fuerte sufren menos daño auditivo a los sonidos fuertes (Maison y Liberman, 2000). Esta función biológica propuesta de los MOCS, la protección contra los sonidos fuertes, fue cuestionada por Kirk y Smith (2003), quienes argumentaron que la intensidad de los sonidos utilizados en los experimentos (≥105 dB SPL) rara vez o nunca ocurriría en la naturaleza y, por lo tanto, no podría haber evolucionado un mecanismo de protección para sonidos de tales intensidades. Esta afirmación (que la protección coclear mediada por los MOC es un epifenómeno) fue cuestionada recientemente por Darrow et al. (2007), quienes sugirieron que los LOCS tienen un efecto antiexcitotóxico, protegiendo indirectamente a la cóclea del daño.
También existen evidencias del papel del haz olivococlear (OCB) en el desarrollo de la función coclear. Liberman (1990) midió las respuestas de fibras individuales de NA de gatos adultos durante 6 meses después de que se les cortara el OCB. Liberman no encontró ningún cambio en los umbrales de las fibras de NA, las curvas de sintonización y las funciones de E/S. Walsh et al. (1998) realizaron un experimento similar, sin embargo, los investigadores cortaron el OCB de gatos neonatos y registraron las fibras de NA un año después. En los gatos sin entrada eferente a la cóclea, se registraron umbrales elevados del NA, una disminución de la agudeza de las curvas de sintonización y una disminución de las SR. Walsh et al. (1998) propusieron que la deseferenciación neonatal interfiere con el desarrollo y la función normales de las células OHC, lo que implica al OCB en el desarrollo de los procesos activos en la cóclea.
Los efectos inducidos por los MOC que hemos analizado hasta ahora se han observado en experimentos realizados en silencio (generalmente en cabinas o salas con atenuación acústica). Sin embargo, la medición de la respuesta de la cóclea a los sonidos en estas condiciones puede no revelar la verdadera función biológica de los MOCS, ya que los mamíferos en evolución rara vez se encuentran en situaciones de silencio y los MOCS son particularmente sensibles al ruido (Guinan et al., 2003). Los primeros experimentos que investigaron los efectos de la estimulación de los MOC en presencia de ruido fueron realizados en cobayas por Nieder y Nieder (1970a, 1970b, 1970c), quienes midieron la salida coclear provocada por estímulos de clic presentados en un ruido de fondo constante (BGN). En esta condición, descubrieron que el potencial N1 provocado por los estímulos de clic aumentaba durante un período de estimulación con MOC. Este hallazgo se ha confirmado mediante estimulación eléctrica (Dolan y Nuttall, 1988; Winslow y Sachs, 1987) y activación acústica (Kawase et al., 1993, Kawase y Liberman, 1993) de los MOCS de los mamíferos. Winslow y Sachs (1987) descubrieron que la estimulación del OCB:
"...permite que las fibras del nervio auditivo envíen señales de cambios en el nivel de tono con cambios en la tasa de descarga a relaciones señal-ruido más bajas de lo que sería posible de otra manera". (Página 2002)
Una interpretación de estos hallazgos es que la estimulación MOC reduce selectivamente la respuesta del nervio auditivo al ruido de fondo constante, lo que permite una mayor respuesta a un sonido transitorio. [15] De esta manera, la estimulación MOC reduciría el efecto tanto del enmascaramiento supresor como del adaptativo, y por esta razón, el proceso se ha denominado "desenmascaramiento" o "antienmascaramiento" (Kawase et al., 1993, Kawase y Liberman, 1993). Se ha sugerido que el antienmascaramiento ocurre de manera similar en los humanos (Kawase y Takasaka, 1995), y tiene implicaciones para la escucha selectiva ya que el desenmascaramiento rápido de un sonido resultante de la activación de MOC aumentaría la relación señal-ruido (SNR) general, facilitando así una mejor detección de un sonido objetivo.
En humanos, los experimentos psicofísicos realizados en BGN constante también han implicado al haz olivococlear (OCB) en la escucha selectiva. La investigación quizás más relevante para esta tesis ha sido realizada por Scharf y sus colegas. En 1993, Scharf et al. presentaron datos de ocho pacientes que se habían sometido a neurectomía vestibular unilateral para tratar la enfermedad de Ménière, un procedimiento que corta el OCB (presumiblemente tanto el MOCS como el LOCS). Scharf et al. (1993) no encontraron diferencias claras en los umbrales de los sujetos a tonos de ruido antes y después de la cirugía. Poco después de este hallazgo, Scharf et al. (1994, 1997) realizaron un conjunto completo de experimentos psicofísicos de un total de dieciséis pacientes que se habían sometido a neurectomía vestibular unilateral (incluidos los ocho sujetos originales). [26] [27] Midieron el desempeño en las tareas de escucha psicofísica antes y después de la cirugía, y no encontraron diferencias significativas en el desempeño para (i) detección de tonos, (ii) discriminación de intensidad de tonos, (iii) discriminación de frecuencia de tonos, (iv) adaptación de volumen, y (v) detección de tonos en ruido con muescas. [26] [27] Su único hallazgo positivo fue que la mayoría de los pacientes detectaron sonidos inesperados en el oído operado mejor que en el oído sano, o el mismo oído antes de la cirugía. Este resultado se obtuvo utilizando un procedimiento de señal de sonda truncada que llevó al paciente a esperar una cierta frecuencia en cada ensayo. Doce sujetos completaron este experimento. [26] [27] Su procedimiento fue similar al de Greenberg y Larkin (1968), excepto que solo el 50% de los ensayos (no el 77%) contenían un objetivo cuya frecuencia coincidía con la de la señal auditiva. El otro 50% de los ensayos contenía una sonda cuya frecuencia difería de la de la señal. Además, sólo se utilizaron dos frecuencias de prueba, una cuya frecuencia era más alta que la del objetivo y otra cuya frecuencia era más baja que la del objetivo. Todos los ensayos contenían una señal auditiva (en la frecuencia objetivo) antes del primer intervalo de observación. Los resultados se utilizaron para construir un filtro atencional básico, que mostraba el nivel de detección de la frecuencia objetivo esperada (y señalizada) y las dos frecuencias de prueba inesperadas. [26] [27] De los dos informes publicados (Scharf et al., 1994, 1997), los oídos en los que se había lesionado el OCB mostraron un filtro atencional con una profundidad media de aproximadamente un 15% menos correcta que los oídos en los que el OCB estaba intacto. [26] [27] Aunque no hay forma de convertir empíricamente este valor a dB, una estimación aproximada basada en las funciones psicométricas presentadas por Green y Swets (1966) arroja un valor de 2-3 dB. Sus resultados se han resumido en la figura insertada. [26]
Scharf y sus colegas argumentaron que la sección de la OCB en estos pacientes liberó la supresión de frecuencias inesperadas. Este efecto no estaba presente en todos los sujetos, y se observó una gran variación entre ellos. Sin embargo, ninguna otra característica psicofísica de la audición se vio afectada después de la sección de la OCB. Scharf et al. (1997) concluyeron que la supresión de sonidos mediada por la OCB en la cóclea era responsable de la supresión de sonidos inesperados y, por lo tanto, desempeña un papel en la atención selectiva en la audición normal. [26] En contraste con la teoría de Scharf, Tan et al. (2008) argumentaron que el papel de la OCB en la escucha selectiva se relaciona con la mejora de un tono esperado o indicado. Esta mejora puede ser causada por la actividad de las MOCS en las células ciliadas externas que resulta en el antienmascaramiento. [28]
Aunque los experimentos de Scharf et al. (1993, 1994, 1997) no lograron producir diferencias claras en las características psicofísicas básicas de la audición (aparte de la detección de sonidos inesperados), muchos otros estudios que utilizaron tanto animales como humanos han implicado al OCB en tareas de escucha en ruido utilizando estímulos más complejos. En BGN constante, se ha observado que los monos rhesus con OCB intactos se desempeñan mejor en tareas de discriminación de vocales que aquellos sin ellos (Dewson, 1968). En gatos, un OCB intacto se asocia con una mejor identificación de vocales (Heinz et al., 1998), localización de sonidos (May et al., 2004) y discriminación de intensidad (May y McQuone, 1995). Todos estos estudios se realizaron en BGN constante. En humanos, se han realizado mediciones de discriminación del habla en ruido en individuos que se habían sometido a neurectomía vestibular unilateral (que resultó en seccionamiento del OCB). Giraud et al. (1997) observaron una pequeña ventaja en el oído sano sobre el oído operado para el reconocimiento de fonemas y la inteligibilidad del habla en BGN. Scharf et al. (1988) habían investigado previamente el papel de la atención auditiva durante la percepción del habla, y sugirieron que la discriminación del habla en ruido es asistida por el enfoque atencional en las regiones de frecuencia. En 2000, Zeng et al., informaron que la neurectomía vestibular no afectó directamente los umbrales de tonos puros o la discriminación de intensidad, [29] confirmando hallazgos anteriores de Scharf et al. 1994; 1997. [26] [27] Para las tareas de escucha en ruido, observaron una serie de discrepancias entre el oído sano y el operado. En consonancia con los hallazgos anteriores de May y McQuone (1995), se observó que la discriminación de intensidad en ruido era ligeramente peor en el oído sin entrada del haz olivococlear (OCB). Sin embargo, el hallazgo principal de Zeng et al. se relaciona con el efecto de "sobreimpulso", que se encontró que se reducía significativamente (~50%) en los oídos operados. [29] Este efecto fue observado por primera vez por Zwicker (1965), y se caracterizó como un aumento del umbral de detección de un tono cuando se presenta al inicio del ruido en comparación con cuando se presenta en un ruido constante y de estado estable. [30] Zeng et al. propusieron que este hallazgo es consistente con el antienmascaramiento evocado por MOCS; es decir, el antienmascaramiento evocado por MOCS está ausente al inicio del ruido, pero se activa durante el ruido de estado estable. Esta teoría fue apoyada por el curso temporal de la activación de MOC; [6] [31] siendo similar al curso temporal del efecto de sobreimpulso (Zwicker, 1965), [30] así como el efecto de sobreimpulso se interrumpe en sujetos con pérdida auditiva neurosensorial, para quienes los MOCS serían más probablemente ineficaces (Bacon y Takahashi, 1992).
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