El movimiento de las estereocilias de las células ciliadas del órgano espiral provocan la liberación de un neurotransmisor (probablemente el glutamato), que genera impulso nerviosos en las neuronas sensitivas que inervan a las células ciliadas. Los cuerpos neuronales de las neuronas sensitivas se localizan en los ganglios espirales. Los impulsos nerviosos viajan a través de los axones de estas neuronas, que forman el ramo coclear de cada nervio vestibulococlear (VIII).
Estos axones hacen sinapsis con las neuronas en los núcleos cocleares en el bulbo raquídeo. Algunos axones que salen del núcleo coclear se cruzan en el bulbo raquídeo, ascienden en un tracto llamado menisco lateral del lado opuesto, y terminan en el colículo inferior en el mesencéfalo, mientras que, otros axones que parten de los núcleos cocleares terminan en el núcleo olivar superior en la protuberancia, donde, ligeras diferencias en el tiempo de arribo de los impulsos provenientes de uno y otro oído a los núcleos olivares permiten localizar en el espacio la fuente del sonido.
Sin embargo, desde los núcleos cocleares y los núcleos olivares, los axones ascienden hacia el colículo (tubérculo cuadrigémino) inferior del mesencéfalo y después hacia el cuerpo geniculado medial del tálamo. Desde aquí, las señales auditivas se proyectan hacia el área auditiva primaria del giro temporal superior de la corteza cerebral, donde tiene lugar la percepción del sonido. Puesto que, muchos axones auditivos se entrecruzan en el puente mientras que otros permanecen del mismo lado, las áreas auditivas primarias derecha e izquierda reciben impulsos nerviosos de ambos oídos.
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