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Gravité, accélération et rotation
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Le système vestibulaire détecte la gravité, l'accélération linéaire et la vitesse angulaire à travers deux types d'organes : l'utricule et le saccule (accélération linéaire et gravité, à travers les otolithes) et les trois canaux semi-circulaires (accélération angulaire dans les trois plans de l'espace). La physique du système est celle d'un mécano-capteur inertiel à amortissement visqueux.
L'otolithe (CaCO, 2700 kg/m³) est beaucoup plus dense que l'endolymphe environnante ( 1003 kg/m³) : la différence de densité 1700 kg/m³ génère une force nette F_g = ·V·g qui dévie les stéréocils des cellules ciliées situées en dessous. La déviation x_eq est proportionnelle à l'accélération (y compris g), permettant au cerveau de déduire l'orientation par rapport à la verticale.
La dynamique du canal semi-circulaire est celle d'un oscillateur sous-amorti : l'équation I·d/dt + b· = a la solution (t) exp(-t/_sc) avec _sc = b_cup/k_cup 515 s. Le canal répond à la vitesse angulaire (et non à la position angulaire) : il détecte le début et la fin d'une rotation. Lorsque le corps tourne à une vitesse constante, _dome se désintègre et le système s'adapte (illusion du gyroscope).
La transduction mécanoélectrique (MET) des cellules ciliées suit une courbe sigmoïde I_MET(x) = I_max/(1 + exp(-(x-x)/_MET)) : le courant ionique traversant les canaux à l'extrémité des stéréocils est maximum lorsqu'ils sont inclinés vers le kinocil et minimum dans l'autre sens. L'échelle _MET 110 nm est la distance de déviation pour passer de 10 % à 90 % de saturation extraordinairement petite, comparable à une liaison atomique.
La gravité est utilisée comme référence verticale absolue par pratiquement tous les organismes dotés dun système nerveux. Les statocystes des invertébrés marins, le système vestibulaire des vertébrés et les statocystes végétaux (amyloplastes des cellules racinaires) utilisent le même principe physique : un corps dense sédimente sous l'effet de la gravité et déforme les structures élastiques qui activent des capteurs. La résolution angulaire du système vestibulaire humain est 0,5°, suffisante pour le contrôle postural.
ID:('ky', 579)
Palos Verdes, Costa de Corral, Chile