El movimiento de las estereocilias de las células ciliadas en los conductos semicirculares, el utrículo o el sáculo provocan la liberación de un neurotransmisor (probablemente, el glutamato), que genera impulso nerviosos en las neuronas sensitivas que inervan las células ciliadas. Los cuerpos neuronales de las neuronas sensitivas se localizan en los ganglios vestibulares. Los impulsos nerviosos viajan por los axones de estas neuronas, que forman el ramo vestibular de cada nervio vestibulococlear (VIII).
La mayoría de estos axones hacen sinapsis con las neuronas sensitivas de los núcleos vestibulares, los centros más importantes de integración para el equilibrio en el bulbo raquídeo y la protuberancia. Los núcleos vestibulares también reciben impulsos desde los ojos y los proprioceptores, sobre todo de aquellos localizados en el cuello y en los músculos de los miembros que indican la posición de la cabeza y las extremidades. Mientras que, los axones restantes entran en el cerebelo a través del pedúnculo cerebeloso inferior. Es de acotar, que los núcleos vestibulares y el cerebelo se conectan por medio de vías bidireccionales.
Por otra parte, los núcleos vestibulares integran información proveniente de receptores vestibulares, visuales y somáticos y luego envían señales a los:
1) Núcleos de los Nervios Craneales: Oculomotor (III), troclear (IV) y abducens (VI), que controlan el movimiento coordinado de los ojos con los de la cabeza para poder enfocar en el campo visual.
2) Núcleos de los Nervios Accesorios (XI): Para ayudar en el control de los movimientos de la cabeza y cuello para mantener el equilibrio.
3) El Tracto Vestibuloespinal: Envía impulsos hacia la médula para mantener el tono muscular y así lograr el equilibrio.
4) Núcleo Ventral Posterior: En el tálamo y luego, hacia el área vestibular en el lóbulo parietal de la corteza cerebral (que forma parte del área somatosensitiva primaria).
Gracias a estos eventos, la persona puede tomar consciencia de la posición y los movimientos de la cabeza y las extremidades.
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