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Les systèmes sensoriels transforment lénergie physique (lumière, son, pression, chaleur, molécules) en signaux électriques neuronaux. Le processus de transduction modifie les conductances ioniques de la membrane réceptrice : un stimulus ouvre ou ferme des canaux ioniques spécifiques (mécanotransduction, phototransduction, chimiotransduction), modifiant le potentiel membranaire (potentiel récepteur) qui, s'il dépasse le seuil, génère des potentiels d'action dans le neurone sensoriel primaire.

Les lois de Weber-Fechner et Stevens décrivent la compression de la réponse sensorielle : le système sensoriel attribue la plus grande sensibilité (gain) aux changements dans la gamme d'intensités fréquents dans l'environnement. Weber (I/I = constant) capture la proportionnalité du seuil différentiel ; Fechner intègre cette relation pour obtenir P = log(I/I). Stevens constate que la loi de puissance (P I^n) est plus précise : l'exposant n code la fonction de la modalité (n < 1 : compression bénéfique pour la vision et l'audition ; n > 1 : expansion dans la douleur).

La phototransduction dans les photorécepteurs (bâtonnets et cônes) suit une chaîne d'amplification : 1 photon active 1 rhodopsine 500 transducines 500 PDE hydrolyse 10 cGMP/s ferme ~230 canaux Na V 1 mV dans les bâtonnets. Ce processus a un gain d'amplification de ~10 : d'où la capacité des bâtonnets à détecter des photons individuels avec un SNR > 1.

La membrane basilaire de la cochlée effectue une analyse de Fourier mécanique passive : chaque point sur sa longueur résonne à une fréquence caractéristique (cartographie tonotopique), avec f_CF décroissant de façon exponentielle de la base (20 kHz) au sommet (20 Hz) sur environ 35 mm. Les cellules ciliées externes amplifient activement (10 à 100 ×) la vibration de la membrane basilaire, affinant le réglage de la fréquence et offrant une sensibilité jusqu'au niveau du mouvement brownien.

L'adaptation sensorielle est l'ajustement du gain G_adapt au niveau moyen du stimulus (I_adapt) : elle permet au récepteur de maintenir une sensibilité différentielle élevée dans une plage dynamique de ~120 dB sans saturation. Le système visuel s'adapte en quelques secondes (pupille) et minutes (photopigments) ; le système auditif, en millisecondes (réflexe stapédien) et en minutes (adaptation neuronale). Cliniquement, l'audiométrie tonale mesure les seuils auditifs pour détecter une perte conductrice (pathologie de l'oreille moyenne) ou neurosensorielle (lésion des cellules ciliées internes).

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