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¿Cuándo evolucionó el oído externo de los mamíferos?


Todas las Eutheria y Metatheria tienen orejas externas y, por lo que he descubierto, los monotremas también las tenían una vez, por lo que parecen ser universales para los mamíferos. ¿También los tenían otros sinápsidos?

Sé que los tejidos blandos no se fosilizan bien, pero ¿no hay otra forma de averiguarlo, como la unión de los músculos? ¿Tiene algo que ver con los huesos del oído de los mamíferos?


Sí, se cree que está relacionado con los huesos del oído interno de los mamíferos. Dado que actúan como amplificadores, los sonidos débiles recopilados por el oído externo tienen un mayor beneficio. Pero los mamíferos realmente primitivos muestran muchas adaptaciones que dependen muy poco de la vista y mucho del oído. Es posible que los oídos externos no sean lo suficientemente beneficiosos a menos que realmente confíe en la audición. Los únicos otros vertebrados que dependen tanto de la audición, los búhos, también tienen estructuras externas para ayudar a recolectar el sonido.

El hecho de que ambos se hayan desarrollado en la misma etapa es una prueba circunstancial de que también pueden estar vinculados.


Los investigadores revelan cómo evolucionó la audición

Las orejas de pez pulmón y salamandra son buenos modelos para las diferentes etapas del desarrollo de la oreja en estos primeros vertebrados terrestres. Dos nuevos estudios publicados en las revistas Actas de la Royal Society B y La Revista de Biología Experimental muestran que los peces pulmonados y las salamandras pueden oír, a pesar de no tener oído externo ni oído medio timpánico. Por lo tanto, el estudio indica que los primeros vertebrados terrestres también podían oír antes de desarrollar el oído medio timpánico. Por tanto, los resultados de la investigación proporcionan más conocimiento sobre el desarrollo de la audición hace 250-350 millones de años.

Las propiedades físicas del aire y los tejidos son muy diferentes, lo que en teoría significa que hasta el 99,9% de la energía del sonido se refleja cuando las ondas sonoras llegan a los animales a través del aire. En los humanos y muchos otros vertebrados terrestres, el oído se puede dividir en tres secciones: el oído externo, el oído medio y el oído interno. El oído externo capta las ondas sonoras y las dirige hacia el canal auditivo. En el oído medio, las oscilaciones de presión en el aire se transfieren a través de la membrana timpánica (tímpano) y uno o tres huesos pequeños (huesecillos) a movimientos fluidos en el oído interno, donde tiene lugar la conversión de ondas sonoras en señales nerviosas. El oído medio timpánico mejora la transferencia de energía sonora del entorno a las células sensoriales del oído interno hasta 1.000 veces y, por lo tanto, es muy importante para la audición de los vertebrados terrestres. Esto se refleja en el hecho de que se encuentran diferentes configuraciones en la gran mayoría de los mamíferos terrestres, aves, reptiles y anfibios actuales. Sin embargo, los datos paleontológicos disponibles indican que el oído medio timpánico probablemente evolucionó en el período Triásico, aproximadamente 100 millones de años después de la transición de los vertebrados de un hábitat acuático a uno terrestre durante el Carbonífero temprano. Por lo tanto, los vertebrados podrían haber estado sordos durante los primeros 100 millones de años en tierra.

Evidentemente, no es posible estudiar la audición de los primeros vertebrados terrestres, que se extinguieron hace mucho tiempo. Sin embargo, al estudiar la audición de los vertebrados actuales con una estructura auditiva comparable, es posible aprender sobre la audición de los primeros vertebrados terrestres y el desarrollo de la audición aérea. Por lo tanto, un equipo de investigadores daneses de la Universidad de Aarhus, el Hospital de la Universidad de Aarhus y la Universidad del Sur de Dinamarca estudió la audición de los peces pulmonados y las salamandras, que tienen una estructura auricular comparable a la de diferentes tipos de vertebrados terrestres tempranos.

Estudiaron la audición de los peces pulmonados y las salamandras midiendo las señales del nervio auditivo y las señales neurales en el tronco del encéfalo como una función de la estimulación sonora en diferentes frecuencias y en diferentes niveles. Sorprendentemente, las mediciones mostraron que no solo las salamandras adultas terrestres, sino también las salamandras juveniles completamente acuáticas, e incluso los peces pulmonados, que están completamente mal adaptados a la audición aérea, pudieron detectar el sonido en el aire a pesar de no tener un oído medio timpánico. Al estudiar el sentido de vibración de los animales, los investigadores pudieron demostrar que tanto el pez pulmonado como las salamandras detectan el sonido al detectar las vibraciones inducidas por las ondas sonoras.

Los resultados muestran que incluso los vertebrados sin oídos externos y medios son capaces de detectar el sonido en el aire. Esto significa que la adaptación a la audición aérea después de la transición de estilos de vida acuáticos a terrestres durante el Carbonífero Temprano fue presumiblemente un proceso gradual, y que los primeros vertebrados terrestres sin oído medio timpánico no fueron sordos al sonido transmitido por el aire durante los primeros 100 millones de años en tierra. Además de hacernos más sabios sobre la audición en general, los resultados pueden inspirar en el futuro el desarrollo de tratamientos clínicos para la pérdida auditiva.


Resuelto el misterio de las orejas de los mamíferos

Un debate científico de 30 años sobre cómo las células especializadas en el oído interno amplifican el sonido en los mamíferos parece haberse resuelto más a favor de los cuerpos celulares que rebotan en lugar de los cilios vibrantes con forma de cabello, según los investigadores del Hospital de Investigación Infantil St. Jude.

El hallazgo podría explicar por qué los perros, gatos, humanos y otros mamíferos tienen una audición tan sensible y la capacidad de discriminar entre frecuencias. El trabajo también destaca la importancia de la investigación auditiva básica en los estudios sobre las causas de la sordera.

"Nuestro descubrimiento ayuda a explicar la mecánica de la audición y lo que podría estar mal en algunas formas de sordera", dijo Jian Zuo, Ph.D., autor principal del artículo y miembro asociado del Departamento de Neurobiología del Desarrollo de St. Jude. "Hay una variedad de causas para la pérdida auditiva, incluidos los efectos secundarios de la quimioterapia para el cáncer. Una fortaleza de St. Jude es que los investigadores tienen la capacidad de hacer algunas preguntas muy básicas sobre cómo funciona el cuerpo y luego usar esas respuestas para resolver problemas médicos en el futuro ".

El argumento de larga data se centra en las células ciliadas externas, que son células en forma de bastón que responden a las ondas sonoras. Ubicadas en la parte llena de líquido del oído interno llamada cóclea, estas células ciliadas externas tienen mechones de cilios similares a pelos que se proyectan hacia el líquido. La presencia de células ciliadas externas hace que la audición de los mamíferos sea más de 100 veces mejor de lo que sería si las células estuvieran ausentes.

A medida que las ondas sonoras llegan al oído interno a cientos de kilómetros por hora, su energía, aunque disipada por el líquido coclear, genera ondas en el líquido, algo así como las diminutas ondas producidas por un guijarro arrojado a un estanque. Esta energía hace que los cilios de las células ciliadas, tanto en mamíferos como en no mamíferos, oscilen rápidamente hacia adelante y hacia atrás a un ritmo constante.

En los mamíferos, el cuerpo en forma de varilla de la célula ciliada externa se contrae y luego vibra en respuesta a las ondas sonoras, amplificando el sonido. En un estudio anterior, Zuo y sus colegas demostraron que una proteína llamada prestina es el motor en las células ciliadas externas de los mamíferos que desencadena esta contracción. Y ahí es donde comienza el debate.

Si bien tanto los mamíferos como los no mamíferos tienen cilios en sus células ciliadas externas, solo las células ciliadas externas de los mamíferos tienen prestina, que impulsa esta contracción celular o motilidad somática. La contracción tira de los mechones de cilios hacia abajo, lo que maximiza la fuerza de su vibración. En los mamíferos, tanto los cilios como la propia célula vibran. Hasta ahora, la pregunta ha sido si los cilios son el principal motor de amplificación del sonido tanto en mamíferos como en no mamíferos.

Un grupo de científicos cree que la motilidad somática en las células ciliadas externas de los mamíferos es simplemente una forma de cambiar la altura de los cilios en el líquido para maximizar la fuerza con la que oscilan. Eso, a su vez, amplificaría el sonido. Un grupo de científicos opuestos sostiene que, aunque la vibración del propio cuerpo de la célula ciliada externa (la motilidad somática) maximiza la vibración de los cilios, el cuerpo celular funciona independientemente de sus cilios. Es decir, la vibración de la célula de los mamíferos domina el trabajo de amplificación del sonido en los mamíferos.

"Si la motilidad somática es la fuerza dominante para amplificar el sonido en los mamíferos, esto significaría que la prestina es la razón por la que los mamíferos amplifican el sonido de manera tan eficiente", dijo Zuo.

En el estudio actual, Zuo y su equipo llevaron a cabo una serie compleja de estudios que demostraron en mamíferos que el papel de la movilidad somática impulsada por la prestina no es simplemente modificar la respuesta de los cilios de las células ciliadas externas a las ondas sonoras entrantes en el líquido de la cóclea. . En cambio, la motilidad somática en sí misma parece dominar el proceso de amplificación en la cóclea de los mamíferos, mientras que los cilios dominan la amplificación en los no mamíferos.

El equipo de Zuo aprovechó una forma mutada de prestina previamente descubierta que no hace que las células ciliadas externas se contraigan en respuesta a las ondas sonoras entrantes como lo hace la prestina normal. En cambio, la forma mutada de prestina hace que la célula se extienda cuando vibra.

Los investigadores de St. Jude razonaron que si la alteración de la posición de los cilios en el líquido cambia la capacidad de los cilios para amplificar el sonido, entonces la audición debería verse afectada cuando la prestina mutante hace que la célula se extienda. Por lo tanto, el equipo desarrolló una línea de ratones modificados genéticamente que solo portaban prestina mutante en sus células ciliadas externas. Luego, los investigadores probaron las respuestas de los animales al sonido.

Los resultados de los estudios no mostraron alteraciones en la audición, lo que sugirió que no importaba si las células ciliadas externas se contraían o se extendían, es decir, elevaban o bajaban los cilios. No hubo efecto sobre la amplificación. Los investigadores concluyeron que la motilidad somática no era simplemente una forma de hacer que los cilios hicieran mejor su trabajo, sino que no existe una conexión entre las contracciones de las células ciliadas y cómo los cilios hacen su trabajo. En cambio, la motilidad somática, generada por prestin, es la clave para la audición superior de los mamíferos.

Un informe sobre este trabajo aparece en la edición avanzada en línea de "Proceedings of the National Academy of Science".

Otros autores de este estudio incluyen a Jiangang Gao, Xudong Wu y Manish Patel (St. Jude) Xiang Wang, Shuping Jia y David He (Universidad de Creighton, Omaha, Nebraska) Sal Aguinaga, Kristin Huynh, Keiji Matsuda, Jing Zheng, MaryAnn Cheatham y Peter Dallos (Universidad Northwestern, Evanston, Ill.).

Este trabajo fue apoyado en parte por ALSAC, el Centro Hugh Knowles y los Institutos Nacionales de Salud.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Hospital de Investigación Infantil St. Jude. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.


Oído humano

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

Oído humano, órgano de audición y equilibrio que detecta y analiza el sonido por transducción (o la conversión de ondas sonoras en impulsos electroquímicos) y mantiene el sentido del equilibrio (equilibrio).

El oído humano, como el de otros mamíferos, contiene órganos de los sentidos que cumplen dos funciones muy diferentes: la audición y la del equilibrio postural y la coordinación de los movimientos de la cabeza y los ojos. Anatómicamente, el oído tiene tres partes distinguibles: el oído externo, medio e interno. El oído externo consta de la parte visible llamada aurícula o pabellón auricular, que se proyecta desde el costado de la cabeza, y el canal auditivo externo corto, cuyo extremo interno está cerrado por la membrana timpánica, comúnmente llamada tímpano. La función del oído externo es recolectar ondas sonoras y guiarlas hacia la membrana timpánica. El oído medio es una cavidad estrecha llena de aire en el hueso temporal. Está atravesado por una cadena de tres huesos diminutos: el martillo (martillo), el yunque (yunque) y el estribo (estribo), denominados colectivamente huesecillos auditivos. Esta cadena osicular conduce el sonido desde la membrana timpánica hasta el oído interno, que se conoce desde la época de Galeno (siglo II d.C.) como el laberinto. Es un sistema complicado de conductos y cavidades llenos de líquido ubicados en lo profundo de la porción petrosa dura como una roca del hueso temporal. El oído interno consta de dos unidades funcionales: el aparato vestibular, que consta del vestíbulo y los canales semicirculares, que contiene los órganos sensoriales del equilibrio postural y la cóclea en forma de concha de caracol, que contiene el órgano sensorial de la audición. Estos órganos sensoriales son terminaciones altamente especializadas del octavo par craneal, también llamado nervio vestibulococlear.


Evolución del oído medio de los mamíferos

Pregúntele a cualquier niño de la escuela qué hace a un mamífero diferente de un no mamífero, y podría mencionar el pelaje, las glándulas mamarias, los nacidos vivos y la sangre caliente. Dejando a un lado las excepciones que uno esperaría de una regla biológica (el ornitorrinco y los equidnas ponen huevos, las aves son de sangre caliente), estas características de los tejidos blandos no siempre son útiles para los paleontólogos, ya que rara vez, o nunca, se conservan en fósiles. Sin embargo, si le preguntaras a un estudiante de la evolución de los mamíferos, probablemente también incluirían la nueva articulación de la mandíbula de los mamíferos y la cadena del oído medio de tres huesecillos, que contrasta con un hueso en otros amniotas como los reptiles y las aves. Quizás sorprendentemente los huesos extra del oído medio son los huesos de la articulación de la mandíbula reutilizados de los no mamíferos. La evidencia de esto se puede seguir a través de una serie de formas intermedias en el registro fósil de los mamíferos ancestrales del Mesozoico. Esto se ha convertido en un ejemplo de libro de texto de una transición evolutiva. Varios grupos clave de ancestros de mamíferos mesozoicos tenían tanto la nueva articulación de la mandíbula de mamífero como una antigua articulación de no mamífero que tenía un papel dual tanto en la mandíbula como en la oreja conocida como oído medio de mamífero parcial. Uno de los últimos cambios anatómicos que llevó al oído medio definitivo de los mamíferos a partir de las dobles articulaciones de estos primitivos mamíferos fue el desprendimiento de la antigua articulación de la mandíbula de la mandíbula por la pérdida del cartílago de Meckel que unía el martillo a la mandíbula. Este paso final resultó en el oído medio definitivo de los mamíferos. El desarrollo del oído medio de los mamíferos refleja la transición evolutiva, ya que el martillo y el yunque se desarrollan inicialmente como parte de la mandíbula inferior y se separan al final del desarrollo.

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Acabamos de publicar un artículo en Ecología y evolución de la naturaleza que explota la biología del desarrollo comparada moderna que revela que la actividad de las células clastos que se alimentan de huesos y cartílagos es un mecanismo clave por el cual el oído medio se separa de la mandíbula, lo que permite la evolución del oído medio definitivo de los mamíferos.

Me interesé por primera vez en la evolución de la mandíbula y la oreja de los mamíferos durante mi trabajo de doctorado, cuando estudié el desarrollo del esqueleto mandibular del ratón. Finalmente, mi investigadora principal Abigail Tucker y yo ganamos los fondos que nos permitieron continuar con nuestras investigaciones sobre el oído y la mandíbula desde una perspectiva evo-devo. Poco después de que comenzara nuestro trabajo, descubrimos que Karen Sears y su entonces estudiante de doctorado Dan Urban en Urbana, Illinois también estaban adoptando un enfoque similar y, por lo tanto, en lugar de competir, todos decidimos que deberíamos colaborar. En los dos laboratorios estudiamos el desarrollo del oído medio y la mandíbula en ratones, zarigüeyas y varias especies de reptiles. La buena suerte significó que Zhe-Xi Luo, un paleontólogo de Chicago con experiencia en la evolución de los mamíferos, podría incorporarse, ya que ya estaba actuando en el comité de tesis del doctorado de Dan. Por lo tanto, habíamos reunido un gran equipo de biólogos evolutivos y del desarrollo para abordar esta fascinante cuestión.

En Londres estuve estudiando secciones histológicas del cartílago de Meckel en ratones durante el tiempo en que se descompone, tratando de comprender cómo sucede esto. Parecía probable que las células clast, que se comen la matriz extracelular de hueso y cartílago como parte de la remodelación normal durante el desarrollo y la homeostasis, desempeñaran un papel importante.

Buscamos estas células en dos especies de mamíferos, una placentaria (ratón) y un marsupial (zarigüeya), y en no mamíferos, serpientes de maíz y geckos. De manera satisfactoria, aunque pudimos ver las células clast trabajando en el cartílago de Meckel durante su descomposición en ratones y zarigüeyas, no se encontraron en el cartílago de ninguno de los reptiles. Como tal, llegamos a la conclusión de que las células clast son un actor importante en la separación del oído medio de la mandíbula.

Al ser biólogos del desarrollo, nos gusta romper las cosas para ver cómo funcionan, así que buscamos en un ratón transgénico que carecía de un gen llamado cFos. Este gen tiene muchas funciones, incluida la de actuar como un componente clave del proceso de diferenciación de células de clastos, por lo que cFos los ratones nulos no pueden producir células clast. Afortunadamente (para nosotros) no hubo descomposición de CM en estos ratones cuando miramos en las primeras etapas posnatales. Para asegurarnos de que esto no se debió a un retraso general en el desarrollo (estos ratones son bastante pequeños), amamantamos a algunos animales hasta la etapa adulta. Esto incluyó alimentar a los ratones con una dieta blanda, ya que la falta de células clast significa que los dientes no pudieron salir del interior del hueso de la mandíbula. Sorprendentemente, cuando miramos en adultos cFos ratones nulos, encontramos que no solo el cartílago de Meckel se pegaba, sino que parecía haberse osificado. Esto implicaba que las ramas de los mamíferos primitivos que dieron origen a los mamíferos modernos incluían aquellos animales que tenían un cartílago osificado.

Mientras tanto, Karen y su equipo en Illinois pudieron replicar estos hallazgos al tratar a los cachorros de zarigüeya con un fármaco para el tratamiento de la osteoporosis que inhibe la actividad de las células clast. Por tanto, podríamos demostrar que este mecanismo se conserva en todos los mamíferos terianos. Finalmente, Luo nos ayudó a comparar cuidadosamente nuestros ratones mutantes con el registro fósil. Al hacerlo, pudimos demostrar que los mutantes no solo se parecían a los fósiles en la persistencia del cartílago de Meckels, sino también en el surco que deja el cartílago en la superficie interna del hueso de la mandíbula. Este surco se encuentra con mucha más frecuencia en los fósiles que en un Meckel osificado, que puede ser muy delgado y, por lo tanto, se pierde fácilmente.

Trabajando juntos en tres instituciones diferentes en dos países, nuestro equipo demostró el poder de las colaboraciones con otras disciplinas y experiencia. Finalmente, también mostramos que el enfoque morfológico y paleontológico de la vieja escuela puede estar muy informado por enfoques más modernos de laboratorio húmedo.


Introducción

Los experimentos psicoacústicos y de comportamiento 1, 2 muestran una marcada dependencia de la frecuencia de la sensibilidad auditiva de los mamíferos 3,4,5,6 (Fig. 1). Durante más de una década, los orígenes biofísicos de esta dependencia han seguido siendo un tema de debate 3, 7, 8, 9, 10, a pesar del gran desarrollo de las tecnologías de medición y modelado. Para comparar directamente los resultados psicoacústicos con los biofísicos, que es lo que generalmente se hace y lo que haremos a continuación, se requeriría que la señal auditiva permaneciera inalterada a lo largo de la vía auditiva.Esto está lejos de ser obvio, pero recientemente 11 se demostró que la vía auditiva puede lograr esta propiedad haciendo un uso sustancial de la resonancia estocástica en las fibras auditivas. Aquí, mostramos que el mismo modelo físico mesoscópico no lineal de la cóclea de mamíferos que ha reproducido con éxito otros fenómenos auditivos desafiantes 12,13,14,15,16 también podría proporcionar una explicación de la dependencia de la frecuencia observada de la sensibilidad.

Audiogramas de comportamiento del perrito de las praderas 52, elefante 53, lémur 54, gato doméstico 55, umbral auditivo psicoacústico humano 4, delfín de pico blanco 56 (datos suavizados), orca falsa 57, de arriba a abajo, ordenados por los mínimos de las curvas. No en todos los casos se accedió a la extensión completa del audiograma. Presión sonora de referencia pag 0 = 20 μPensilvania.

Resumamos brevemente los puntos clave de controversia que subyacen a este debate. Un punto de vista surge de seguir la forma más sencilla de abordar esta cuestión, al concebir el sensor auditivo como compuesto por un resonador (oído externo), un igualador de impedancia (oído medio) y un analizador de Fourier de la señal auditiva (oído interno). respectivamente (véanse las referencias dadas en la discusión correspondiente en la ref. 3). La oreja externa se modela comúnmente mediante un cilindro semicerrado 17, 18 de aproximadamente 30 mm. Esto conduce a una resonancia en el rango de 3 kHz como el primero, y el segundo a efectos de frecuencia triplicados que de hecho se observan en los datos medidos (véanse las figuras 1 y 3). El modelado de la influencia del oído medio en este proceso es más desafiante, debido a la presencia de elementos mecánicos y espaciales adicionales y complicados (cf. refs 19,20,21). La respuesta general de la vía auditiva se obtiene luego realizando una suma sobre las correspondientes respuestas logarítmicas individuales. Con el desarrollo de técnicas experimentales, este enfoque podría calibrarse con datos medidos en animales. De esta manera, los aspectos cualitativos de los datos de comportamiento (Fig.1) podrían reproducirse para algunos mamíferos (por ejemplo, para la audición humana 10, 22), mientras que para varios otros mamíferos, el enfoque parece no haber tenido éxito hasta ahora 3. Un punto de vista desviado surge de un análisis más reciente de Ruggero et al. 3, quien reevaluando los datos de la función de transferencia del oído medio, llegó al resultado de que varias funciones de transferencia del oído medio animal parecen cubrir un intervalo mucho más amplio que su intervalo de frecuencia auditiva real (cf. la discusión y las Figs correspondientes en la ref. 3, y referencias adicionales en el mismo). Esto llevó a estos autores a concluir que el oído interno podría tener “un papel crucial en el establecimiento de los límites de frecuencia ...” pero que “queda por ver si el hallazgo de que el ancho de banda de las vibraciones del oído medio excede al del audiograma en chinchilla , jerbo, conejillo de indias, murciélago herradura, paloma y tortuga serán confirmados .. ”3. Varias mediciones biológicas posteriores y simulaciones de elementos finitos parecen respaldar la falta de especificidad de frecuencia del oído externo y medio (por ejemplo, refs 23, 24 y 25, respectivamente). Para comodidad del lector, los datos subyacentes a esta vista se presentan para el ejemplo del sistema auditivo del jerbo en nuestro Supl. Estera. sección I. Sin embargo, estos resultados han sido cuestionados (cf. ref. 7 y la discusión en ref. 24). El papel principal en la configuración de la sensibilidad auditiva parece atribuirse comúnmente al oído externo y medio.

En esta disputa, independientemente de los argumentos que finalmente prevalezcan, aún falta un análisis crítico del papel del oído interno activo, por lo que el análisis realizado hasta ahora debe considerarse incompleto. Contribuimos al debate investigando si, y si es así, bajo qué condiciones, un modelo establecido de la cóclea podría reproducir la dependencia de frecuencia observada.

El modelo de ecuación diferencial biofísicamente detallado de la cóclea que usamos a continuación para abordar esta pregunta 26 se basa en una onda de fluido poco profunda que se propaga a lo largo de la membrana basilar (BM), descrita por el líquido y la densidad de masa de BM, profundidad del canal del líquido coclear, BM rigidez y tensión superficial. A estas propiedades pasivas, se añade la amplificación activa que se encuentra en la cóclea en forma de dinámica de las células ciliadas externas descrita a nivel mesoscópico 26 en términos de la propiedad del amplificador de pequeña señal de Hopf 27,28,29,30,31. Todavía falta un modelo microelectromecánico de la dinámica de las células ciliadas incrustadas, que explicaría todo el rango de audición de los mamíferos. Esto, sin embargo, no es perjudicial ya que el modelo de amplificador de pequeña señal de Hopf subyacente, que se ha demostrado que es el principio de funcionamiento de varias implementaciones de 'audición' de animales (por ejemplo, el sacculus de la rana 32,33,34, o las antenas de Drosophila 35, 36), se puede implementar naturalmente en el marco biofísico y puede servir directamente para implementar la respuesta de amplificación observada biofísicamente.

Nuestra descripción biofísica es de carácter generalista. Puede especificarse fácilmente para implementar propiedades auditivas generalistas o especializadas, así como para implementar propiedades auditivas defectuosas (por ejemplo, consulte la ref. 37). Además, se puede traducir directamente a una forma computacionalmente optimizada en la que el modelo de ecuación diferencial subyacente se discretiza en una serie de secciones de cóclea conectadas en serie. Una sección, véase la figura 2, abarca la amplificación específica de frecuencia mediante un parche de la membrana basilar con células ciliadas externas unidas rodeadas por el líquido coclear. En la sección, una larga lista de parámetros locales o microscópicos (relevantes para describir los aspectos pasivos detallados de la cóclea o micro-eléctrico-mecánico de amplificación activa), se colapsa en dos parámetros por sección, el parámetro de bifurcación de Hopf. μ (c.f. Suppl. Mat. II) y la frecuencia preferida de la sección. En el caso humano (un generalista de audición, ver más abajo), las frecuencias están preferiblemente espaciadas logarítmicamente. Esta implementación se describe completamente, por ejemplo, en el suplemento de la ref. 16, véanse también las referencias 12,13,14,15,16.

Sección de la cóclea de una cóclea de Hopf compuesta por varias secciones conectadas en serie. Una señal compleja (parte real e imaginaria) de una sección precedente (indexada por j - 1) entra en la siguiente sección (indexada por j). Componentes de la señal que están cerca de la frecuencia característica (< omega> _^ <(j)> ) del amplificador Hopf j están más fuertemente amplificados y pueden leerse en este punto, donde la amplificación máxima está determinada por el parámetro de Hopf μ (j). A continuación, el componente de la señal se atenúa mediante un filtro Butterworth de paso bajo, mientras que los componentes de sonido de las frecuencias más bajas pasan a la siguiente sección (< omega> _^ <(j + mathrm <1) >> ) (ver texto). La naturaleza no lineal de la amplificación conduce a todo tipo de fenómenos conocidos a partir de experimentos sobre la audición humana (ver nuestro Supl. Mat. III).

Se ha demostrado que el sensor obtenido reproduce todos los efectos no lineales destacados observados de la audición de los mamíferos, desde los perfiles de amplificación dependientes de la frecuencia y la fuerza de estimulación, hasta la generación correcta de tonos combinados, y los fenómenos de percepción del tono (efecto de cambio de tono, dependencia de la sonoridad de terreno de juego). Las comparaciones detalladas de los datos biofísicos clave con los datos correspondientes de la cóclea de Hopf se proporcionaron en publicaciones anteriores 13, 15 y, en particular, en los materiales complementarios de las referencias 16 y 38. Para mayor comodidad, una colección de comparaciones destacadas entre los datos biofísicos y Los resultados correspondientes de nuestro modelo se proporcionan en nuestro Supl. Estera. III.

Los amplificadores Hopf se pueden sintonizar hacia una sensibilidad mayor o menor, ajustando sus parámetros Hopf más cerca o más lejos, respectivamente, del punto de bifurcación de Hopf. Las características auditivas de una especie se caracterizan, en este nivel, por una lista de frecuencias preferidas y las sensibilidades "normales" de las secciones. Ya en ref. 26 se mostró que para una audición similar a la humana, sería apropiado un ajuste hacia abajo de las sensibilidades de los amplificadores Hopf hacia frecuencias más apicales, donde se proporcionó una expresión analítica. En el ejemplo biológico, la sensibilidad del amplificador puede, además, modularse hasta cierto punto mediante conexiones eferentes. En ref. 39 (ver nuestro Suppl. Mat. II), hemos demostrado que esta propiedad es probablemente un ingrediente importante de la separación de la fuente auditiva en el ejemplo biológico, y cómo este mecanismo, que convierte a nuestro sensor de un "oyente" en un "oyente" , se puede implementar fácilmente dentro del marco actual. La investigación comparativa de la audición revela para los especialistas en audición una gran optimización de frecuencia del mapa de frecuencia de lugar de BM, donde los generalistas muestran una variación mucho más suave. Ambas categorías, sin embargo, se desvían de la dependencia puramente exponencial 40 que sería compatible con una cóclea donde todos los parámetros de Hopf tienen el mismo valor (una cóclea “sintonizada en plano”) en un espaciado de frecuencia logarítmico. El hecho de que los animales de tamaños variables (hurón, elefante) tengan límites de frecuencia auditiva sustancialmente más bajos en comparación con los humanos, apunta a que la sintonización es una expresión de la adaptación evolutiva de las diferentes especies, más que a las limitaciones aportadas por la OHC mecano-eléctrica y el mechón de pelo. diseño. Además, los intervalos de frecuencia enfatizados específicos de la especie pueden deberse al acondicionamiento neuronal, mediante el cual las conexiones eferentes pueden diseñarse o enseñarse para mejorar o suprimir los rangos de frecuencia deseados y no deseados, respectivamente 39. Se observa una leve descomposición del potencial endococlear a lo largo del conducto coclear (que se puede esperar que afecte negativamente la eficiencia de las células ciliadas externas (p. Ej., Ref. 41)) y cambios en las propiedades micro-mecánicas a lo largo del conducto coclear 42 parecen, en este contexto, tener una relevancia secundaria. Sin embargo, estas observaciones mencionadas muestran que en el contexto de aspectos no locales de la cóclea, como la dependencia de la frecuencia del umbral de audición en todo el rango de audición, se debe considerar una sintonización de la amplificación a lo largo del conducto coclear. En un modelo de cóclea basado en amplificadores de Hopf, los perfiles de amplificación 'sintonizados' podrían obtenerse de dos maneras: mediante una densidad modificada de OHC trabajando con la misma fuerza de amplificación (biológicamente, observamos una densidad de OHC reducida hacia el ápice), o por el sintonización de la sensibilidad de los amplificadores. En el contexto del enfoque mesoscópico seguido en nuestro modelo, un ajuste de la sensibilidad es la solución más simple. A continuación, usamos un ajuste sugerido por la estimación proporcionada en la ref. 26 que demostró proporcionar una reproducción precisa de los 43 experimentos de cambio de tono de Smoorenburg 15. Tras dicha sintonización, las observaciones previas con respecto a la amplificación local, el decaimiento del tono de combinación, la procesión del comportamiento de fase a lo largo de la cóclea y la selectividad del sonido mediante la sintonización 15, siguen siendo válidas (ver nuestro Supl. Mat. III).

Para colocar nuestro modelo en el contexto de los experimentos de audición psicoacústica, partimos de lo siguiente: si para la cóclea se elige un parámetro de Hopf alrededor de ( mu simeq -0.2 ) y si la entrada de la cóclea de Hopf es de aproximadamente −114 dB tomado para corresponder a 0 dB SPL en biología 15, las curvas de respuesta de amplificación local de la cóclea de Hopf reproducen de manera confiable el comportamiento de los ejemplos biofísicos prominentes obtenidos en frecuencias auditivas altas a centrales a niveles de presión sonora moderados 41, 44, dado un "natural" discretización de la cóclea 16. Una entrada de 10 dB SPL, que caracteriza el umbral de audición para la parte más sensible del rango de frecuencia humana 15, corresponde a una entrada de −104 dB a la cóclea de Hopf, lo que da lugar a una respuesta de aproximadamente −50 dB. Por lo tanto, es natural definir un nodo para que se "active" si la señal amplificada (de una señal de entrada arbitraria) llega al nodo por encima de un umbral de -50 dB (el umbral de audición del modelo). Otras elecciones del umbral dentro de un ancho de banda de ± 10 dB (incluido, en particular, el valor de −53 dB que se ha utilizado para la reproducción de los datos experimentales de los experimentos de audición de tonos combinados en la ref.15), no afectaron a ninguno de los los siguientes resultados. Para nuestros experimentos, estimulamos la cóclea de Hopf mediante señales tonales puras de frecuencia. F, con la amplitud A establecido en un nivel predefinido L en dB, es decir, A = 10 (L/ 20). Se utilizaron estimulaciones de tono puro ya que conducen esencialmente a un locus activado (los estímulos simples no puros conducen a patrones de respuesta de activación complejos 16, 45 con los que es más difícil trabajar). A partir de un rango entre -120 y -10 dB, los niveles de estimulación se seleccionaron en pasos de 1 dB, a frecuencias de estimulación de un intervalo de (0,02,20) kHz, utilizando un espaciado logarítmico. En cada sección, la respuesta (R = 20 , < mathrm> _ <10> (y) ), donde y denota la amplitud máxima de la respuesta obtenida durante el tiempo de observación. El nivel de entrada para el que el máximo R max en todas las secciones fue el más cercano a -50 dB, se tomó como el nivel de entrada del umbral de audición.

Para nuestros experimentos principales, una cóclea de Hopf con 31 secciones, que abarcan 110–19912 Hz, ajustada a los parámetros de Hopf μ en −0,1 para las primeras secciones (codificación para las frecuencias más altas), seguido de una disminución constante de −0,0105 por sección, se utilizó (el último valor depende de la discretización particular). También se probaron configuraciones vecinas (por ejemplo, donde se implementó un decaimiento inmediato) todas reprodujeron el audiograma experimental de la ref. 4 notablemente bien (c.f. Fig. 3).

Curvas grises: datos de la publicación 4, 58 de Zwicker, parte punteada que indica extrapolaciones. Sombreado gris: variabilidad humana observada. Curva roja: respuesta de la cóclea con ajuste biológico, donde el recuadro muestra el ajuste de los parámetros de Hopf utilizados (ver texto). A través de variaciones de ajuste sensibles, el comportamiento general es notablemente estable. Tres recuadros indican áreas a lo largo del conducto coclear donde nuestro modelo se desvía del ejemplo biológico (ver texto). Línea vertical discontinua: ubicación de frecuencia de la última sección del modelo de cóclea.

Las desviaciones entre las mediciones y estimaciones psicoacústicas y los resultados de nuestra simulación tienen las siguientes explicaciones naturales (Fig. 3, recuadros de derecha a izquierda). En las frecuencias más altas, la ref. 4 (primer cuadro, línea discontinua). Nuestro modelo analítico del modelo pasivo de la membrana basilar 26 corrobora que los efectos sobresalientes de la unión del BM son basales al locus característico de nuestro primer amplificador (si se dispusiera de datos biofísicos fiables, nuestro enfoque computacional podría adaptarse para tener en cuenta dichos datos también (véase el primer recuadro y la figura 4)). Después de explotar el rango de interacción completo - a la discretización y sensibilidad dadas de nuestra cóclea de Hopf, esta influencia se extiende sobre un rango de aproximadamente 6 a 8 secciones (ver Fig.5, panel inferior) - se alcanza una región de sensibilidad óptima donde el El comportamiento predicho por nuestro modelo se desvía del ejemplo biológico (segundo recuadro). Esta desviación se debe al conocido efecto de resonancia del oído externo y medio, conocido por contribuir con un efecto de aumento de estimulación de hasta 10 dB, confinado al área de interés alrededor de 4000 Hz 18. Teniendo esto en cuenta, se obtiene una muy buena concordancia con el ejemplo biológico. Más hacia el ápice, la sensibilidad disminuye lentamente, debido a la disminución de la sensibilidad de Hopf. Más allá de la frecuencia característica de la última sección del amplificador, nuestro modelo se desvía del ejemplo, ya que la discretización de nuestro modelo no tiene en cuenta la disminución de amplificación más gradual del ejemplo biológico (indicado por un número reducido de filas de OHC), tercer cuadro. Más allá de la frecuencia característica del último amplificador, la amplificación se desvanece, por tanto, más bruscamente que en el ejemplo biológico, y también se sabe que hacia el vértice, las vibraciones de la membrana están menos afinadas 46. Hacia el extremo físico de la membrana basilar, también se descuidan otros efectos sobresalientes, en particular la diferencia de presión de desaparición entre el scala media y el scala tympani que debe esperarse que tenga un fuerte efecto sobre la respuesta biológica. Sospechamos que si se pudiera acceder a esa región de frecuencia de forma experimental (un esfuerzo bastante difícil 47), se observaría una subida precipitada de la curva. Sin embargo, los datos fiables también son escasos en este caso.

Sensibilidad en los límites del intervalo de audición de frecuencia que muestra que la primera sección determina la respuesta de alta frecuencia. Sin embargo, la respuesta en la frontera de baja frecuencia surge como un resultado colectivo acumulativo que también se verá influenciado por los efectos de la frontera y la discretización. Las líneas verticales discontinuas indican la ubicación de las frecuencias características de los amplificadores Hopf.

Mecanismo subyacente a la dependencia de la frecuencia del umbral auditivo. Panel inferior: evolución del perfil de amplificación a lo largo del conducto coclear, para siete frecuencias de entrada. Panel superior: umbral de audición obtenido. Para mayor claridad del efecto, se utilizó una cóclea sintonizada plana de 29 secciones. Línea horizontal de puntos discontinuos: amplitud de entrada.

La interpretación anterior puede ser corroborada por consideraciones analíticas que, además, exhiben muy bien el mecanismo fundamental por el cual se obtiene la dependencia de frecuencia del umbral de audición en nuestro modelo. La ecuación de Hopf en forma normal de número complejo, reescalada por una frecuencia angular característica ω ch y sometido a una señal de fuerza sinusoidal, ( dot= < omega> _(( mu + i) z- <| z |> ^ <2> z + F^) ), (z in < mathbb> ), se puede reescribir en un marco de coordenadas que gira con la fuerza: ( dot= < omega> _( mu z- <| z |> ^ <2> z + F) + i (< omega> _- omega) z , ). Suponiendo después de un período transitorio una solución bloqueada 1: 1 (existencia verificada en los experimentos numéricos), z(t) = ae yo es constante en este marco de coordenadas, y se puede obtener un polinomio cúbico en a 2 que se puede resolver para la amplitud real a 12, 30, 45. Alternativamente, se puede separar el criterio de bloqueo en dos condiciones ( dot = mu a- ^ <3> + F , cos , varphi = 0 ) y ( dot < varphi> = ( < omega> _- omega) a - < omega> _F , sin , varphi = 0 ). La primera condición no depende directamente de ω, pero a partir del segundo, asumiendo (| varphi | a tfrac < pi> <2> ) para grandes |ω chω|, podemos aproximarnos

Esta aproximación, que muestra un buen acuerdo con la solución analítica completa para pequeños negativos μ y pequeño forzamiento F (cf. Suppl. Mat. II), proporciona una imagen clara de la amplificación colectiva que es responsable de la curva del umbral de audición de tonos puros. Para enfocar y separar influencias, ilustramos nuestros argumentos usando una cóclea de Hopf sintonizada plana (es decir, una cóclea para la cual todos los parámetros de Hopf tienen el mismo valor, μ I = const., I = 1… 29). Para la frecuencia de entrada ( omega ll < omega> _), tenemos una amplitud de respuesta de Hopf aF. Esto define un límite natural para el número de secciones de cóclea de Hopf de frecuencia más alta que influyen de manera más significativa en la cascada de amplificación de una señal de entrada (en nuestro entorno, aproximadamente las 6–8 secciones mencionadas, cf. Fig. 5). Sobre el rango de frecuencia cubierto por esas secciones de alta frecuencia, el umbral de audición disminuye debido al inicio de la cascada de amplificación. Después de explotar el rango de interacción, se alcanza la sensibilidad auditiva máxima y se mantiene una curva de umbral auditivo plana hasta que se alcanza la frecuencia característica de la última sección. Después de la última sección de la cóclea, a medida que la frecuencia de entrada se mueve más allá de la envolvente de amplificación de las últimas secciones de la cóclea, el umbral de audición aumenta de nuevo. Esto también implica que para frecuencias muy bajas, el umbral de entrada de la cóclea de Hopf se aproxima, en el modelo, al umbral de salida preespecificado de -50 dB (es decir, aF).

De esta manera, la dependencia de frecuencia esencial del umbral de audición surge de un vecindario que precede e incluye el mejor amplificador de coincidencia de la frecuencia de la señal. Esta vecindad entrega la parte principal de la amplificación, donde la asimetría en frecuencia (ver Fig. 3, Supl. Mat. III) es la consecuencia del filtro Butterworth. La amplificación obtenida se puede modificar mediante una sintonización de la sensibilidad de los amplificadores Hopf a lo largo del conducto coclear, como es el caso de la audición humana, donde observamos una simple regulación descendente continua de la sensibilidad. En la rama de alta frecuencia, la amplificación se acelera reclutando cada vez más amplificadores de esta vecindad, hasta que se alcanza el rango de vecindad máximo. Después de este punto, la desafinación lenta de la eficiencia de los amplificadores se hace efectiva, hasta que la frecuencia de la señal está por debajo de la frecuencia característica del último amplificador. Aquí, se establece un proceso de eliminación del reclutamiento, donde solo los amplificadores restantes del vecindario, a frecuencias características no óptimas, aún contribuyen a la amplificación. Como nuestro sistema se basa en un modelo detallado de las propiedades físicas del oído interno, esperamos que esta explicación también sea válida para el ejemplo biológico.

Si bien las preguntas de cómo los sistemas microscópicos mecano-electromotiles cooperan para llegar a la propiedad Hopf 47, 48, 49 y cómo esto se traduce en el enfoque mesoscópico 50 son de gran interés en sí mismas, nuestro modelo cóclea mesoscópico abarca ambos efectos dentro de su Hopf. sección. El modelo reproduce con gran precisión no sólo las no linealidades locales medidas naturalmente 13, 38 y los fenómenos auditivos no lineales salientes subsiguientes (como la percepción del tono), sino también la dependencia del umbral auditivo psicoacústico medido de la frecuencia. En este nivel mesoscópico, vemos una fuerte evidencia de un papel esencial potencial del oído interno en la determinación de la dependencia de la sensibilidad de la audición de los mamíferos. Si bien nuestro modelo se compone de amplificadores idénticos (módulo de sus frecuencias características y μ-valores), es su interacción no lineal la que une a la cóclea para que tenga su sensibilidad específica de frecuencia específica, biofísica y psicoacústicamente observada. Esta característica descubierta es, en una escala más global de la cóclea, una manifestación aún más fundamental de no linealidad en la audición, en comparación con el hecho de que para señales compuestas de diferentes frecuencias, surgen avalanchas de tonos combinados (cf. ref. 16). Nuestros resultados también destacan un importante papel de la dinámica no lineal en la explicación y reproducción de la naturaleza biológica: en nuestro modelo, el mismo principio no lineal, expresado en su forma más simple, reproduce sin requerir ningún esfuerzo adicional un espectro completo de fenómenos auditivos destacados previamente inexplicables (ver nuestro Suplemento Mat. III). Esto tiene una serie de ventajas, en el modelado abstracto y también cuando se trata de implementaciones de ingeniería. Para llegar a una amplificación del sonido entrante en cualquier nivel deseado, solo se requiere un cambio del parámetro Hopf, con una latencia mucho más reducida (en comparación con la activación de una cascada de amplificadores lineales, donde la fuerza de amplificación estaría naturalmente limitada por el número de elementos de la cascada). Tal sintonía es, en particular, fructífera para la implementación del papel de las conexiones biológicas eferentes a la cóclea. Es probable que estas conexiones estén implicadas en la mejora de los objetos auditivos deseados de un panorama auditivo, mediante la mejora de los canales de frecuencia correspondientes 39 (aunque tratamos con un sistema no lineal). En un nivel más general, el enfoque adoptado aquí puede abrir nuevas perspectivas para la investigación y la ingeniería en el campo de los sensores. Como ejemplo, nuestra aproximación analítica al modelo completo de la cóclea basado en la física no lineal, revela "filtros" de una forma muy particular y superposiciones espaciales enormes. A un ingeniero clásico difícilmente se le ocurriría un diseño de este tipo que suponga un desafío paradigmático significativo para el estado de la técnica convencional. En el campo de la audición, nuestro enfoque de modelado podría proporcionar información sobre preguntas que son inaccesibles para las técnicas experimentales actuales, al orientar hacia la formulación de enunciados de problemas estrechamente relacionados a los que se puede acceder experimentalmente.

La cuestión de si el oído medio externo o interno proporciona el factor limitante de la audición, podría, en nuestra opinión, plantearse erróneamente después de todo. Si admitiéramos que el oído interno es suficiente para explicar la sensibilidad de frecuencia, ¿podríamos concluir que el oído externo y el medio tienen (aparte de las resonancias ya mencionadas) un papel menor en la configuración del umbral auditivo? Obviamente, la evolución puede haber dado forma ocasionalmente al canal auditivo y al oído externo, lo que ha provocado una limitación de la sensibilidad auditiva. Sin embargo, incluso la adaptación evolutiva de los mamíferos terrestres hacia los acuáticos no afectó sustancialmente el principio de construcción coclear 36, 51, mientras que claramente afectó al oído externo. En este sentido, si bien el oído interno no debe verse como la única parte relevante, parece que, como la construcción evolutivamente menos variable, tiene el papel dominante en la configuración del umbral auditivo. En cualquier caso, nuestros resultados sugieren fuertemente que las diversas afirmaciones en los libros de texto que muestran que la sensibilidad auditiva generalmente está determinada por el oído externo y medio (pero no por el oído interno), pueden estar históricamente sesgadas y no estar completamente justificadas.


Trastornos del desarrollo auditivo y de la audición

Oído externo

A las 6 semanas, las orejas externas comienzan a desarrollarse a partir de pliegues en el área frontal del cuello del embrión. Un conjunto de seis montículos o protuberancias auriculares surge para cada oído. Estos montículos son visibles como características tempranas de la oreja adulta. El canal auditivo se forma a las 5 semanas y aproximadamente a las 12 semanas se forma una placa en el extremo interior del canal. Esta placa permanece hasta aproximadamente 7 meses, cuando se disuelve y el tejido restante forma la membrana timpánica o tímpano. El oído externo y el canal auditivo continúan creciendo más después del nacimiento, alcanzando el tamaño de un adulto alrededor de los 9 años. La falta de desarrollo del oído externo se llama anotia, el crecimiento limitado se llama microtia, mientras que el cierre parcial o completo del canal auditivo se llama atresia.


Capítulo 10: Orejas

1) Hay tres partes del oído: el oído interno, el oído medio y el oído externo. El pabellón auricular, o colgajo del oído externo, es una parte del cuerpo que solo se encuentra en los mamíferos.

2) El descubrimiento de que los huesos del oído de los mamíferos pueden tener alguna correlación con los huesos de la mandíbula de los reptiles comenzó con Karl Reichert, un anatomista alemán. Los mamíferos tienen tres huesos en el oído medio, mientras que los reptiles y los anfibios tienen solo uno. Por lo tanto, estos huesos tenían que provenir de alguna parte. Observó los arcos branquiales en varias especies para ver dónde terminaban dentro del cráneo y descubrió que dos de los huesos del oído presentes en los mamíferos correspondían a huesos en las mandíbulas de los reptiles. Concluyó que “el mismo arco branquial que formaba parte de la mandíbula de un reptil formaba los huesos de las orejas en los mamíferos” (Shubin 160). Otro anatomista alemán, Ernst Gaupp, continuó con esta teoría, creyendo que los tres huesos del oído medio mostraban un vínculo entre reptiles y mamíferos. Los dos huesos del oído medio de los mamíferos que se correlacionan con los reptiles, el martillo y el yunque, evolucionaron a partir de partes de la mandíbula reptil. En la década de 1840, se descubrieron nuevas criaturas fósiles en Sudáfrica y Rusia cuando se juntaron, muchas de ellas se describieron como reptiles similares a mamíferos.

En 1913, embriólogos y paleontólogos comenzaron a trabajar juntos y, con la teoría de Gaupp, comenzaron a observar estos esqueletos fosilizados. Descubrieron que el más reptil de estos esqueletos solo tenía un hueso en el oído medio, al igual que los reptiles actuales, y una mandíbula compuesta por muchos huesos. Sin embargo, el más mamífero de estos esqueletos mostró que los huesos en la parte posterior de la mandíbula reptil se volvían más pequeños hasta que finalmente se convirtieron en parte del oído medio de los mamíferos. Esto demostró que el martillo y el yunque evolucionaron a partir de los huesos de la mandíbula.

Se hicieron descubrimientos similares entre humanos y tiburones. El estribo es un segundo arco en la oreja, y corresponde a un hueso en tiburones y peces conocido como hyomandibula. La hiomandibula es una varilla grande que une la mandíbula superior con la caja del cerebro. Observando fósiles rastreados desde tiburones hasta Tiktaalik para los anfibios, existe una clara tendencia a que el hiomandibula se contraiga en la mandíbula superior y, finalmente, cambie de posición para desempeñar un papel en la audición.

3) El Pax 2 El gen está activo en el oído y comienza una reacción en cadena que permite que se desarrolle el oído interno. Si una mutación en humanos o ratones conoce este gen, el oído interno no puede formarse correctamente. Este es un gen importante que es esencial para un desarrollo adecuado.


En los oídos en desarrollo de las zarigüeyas, ecos de la historia evolutiva

Cuando nos enfrentamos a la notable diversidad y complejidad de formas entre los seres vivos (las alas ligeras y correosas de un murciélago, las densas redes de genes que trabajan juntos para producir una célula funcional) puede ser difícil imaginar cómo las mutaciones fortuitas y selectivas los procesos los produjeron. Si pudiéramos rebobinar el tiempo evolutivo, ¿qué veríamos?

En un nuevo estudio publicado en Actas de la Royal Society B (DOI: 10.1098 / rspb.2016.2416), los científicos de animales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, King's College London y la Universidad de Chicago han descubierto que oculta en el desarrollo de las zarigüeyas hay una posible versión del camino evolutivo que condujo desde las simples orejas de los reptiles hasta las estructuras más elaboradas y sensibles de los mamíferos, incluidos los humanos.

Cuando se desarrollan los huesos del oído medio de los mamíferos, comienzan como parte del arco de cartílago que forma la mandíbula embrionaria. En los reptiles, estas estructuras permanecen conectadas a la mandíbula a medida que los procesos de desarrollo convierten gradualmente el cartílago en hueso.

Tres huesos diminutos en el oído medio de los mamíferos forman un mecanismo que convierte las vibraciones del aire del sonido en impulsos eléctricos comprendidos por el cerebro. Tres de estos huesos se conocen por nombres que describen sus formas, ya sea en latín o en inglés: malleus (martillo), yunque (yunque) y estribo (estribo). En los oídos más simples de los reptiles, así como en los antepasados ​​compartidos de ambos grupos, solo el estribo se encuentra en el oído medio, mientras que los análogos del martillo y el yunque forman parte de la mandíbula.

El fuerte contraste entre la estructura precisa de estos diminutos huesos de mamíferos y sus homólogos reptiles no auditivos llamó la atención de la profesora asociada de biología animal Karen Sears y del investigador postdoctoral Daniel Urban, quien dirigió el estudio. Sears es miembro del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (IGB) Urban es miembro del IGB.

“Llegamos a este proyecto a través del enfoque de la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo), que analiza el desarrollo de un organismo. . . para ayudar a comprender su historia evolutiva ”, dijo Urban, explicando su enfoque experimental. Un aspecto emocionante del proyecto para él fue que integraba “aspectos de paleontología, biología celular y molecular, biología del desarrollo y más. Estamos analizando el problema desde más de un ángulo, utilizando todos estos métodos para resolver el rompecabezas ".

Cuando se desarrollan los huesos del oído medio de los mamíferos, comienzan como parte del arco de cartílago que forma la mandíbula embrionaria. En los reptiles, estas estructuras permanecen conectadas a la mandíbula a medida que los procesos de desarrollo convierten gradualmente el cartílago en hueso. En los mamíferos, las células dentro de una sección de la mandíbula en desarrollo llamada cartílago de Meckel desaparecen a medida que el animal crece, liberando el martillo y el yunque (el martillo y el yunque) para que alcancen sus posiciones en el oído medio.

Para tener una mejor idea de cómo podría haber evolucionado la oreja de los mamíferos, Sears, Urban y sus colegas optaron por estudiar la zarigüeya gris de cola corta, un marsupial sudamericano pequeño y carismático cuyas etapas clave del desarrollo de la mandíbula y la oreja tienen lugar gradualmente y después. nacimiento.

El grupo primero detalló la progresión anatómica del desarrollo del oído medio en sus zarigüeyas, capturando imágenes que revelaron la arquitectura cambiante del cartílago y el hueso. Observaron que la progresión de las estructuras en la mandíbula y la oreja de la zarigüeya en desarrollo parecía recrear la progresión evolutiva de estas estructuras en el registro fósil de mamíferos.

“Fue realmente notable lo bien que coincidían las etapas de desarrollo de nuestro organismo modelo de zarigüeya existente con los fósiles de transición. . . esto hace que nuestro organismo de estudio, la zarigüeya gris de cola corta, sea un modelo de vida fantástico para ayudar en la comprensión del desarrollo de taxones extintos desde hace mucho tiempo ”, dijo Urban. "Al utilizar este análogo moderno, podemos aprender mucho más sobre estas especies anteriores y los orígenes de los mamíferos".

El equipo también exploró los cambios en la actividad genética y las células individuales que ocurrieron durante la descomposición del cartílago de Meckel. Identificaron un conjunto de genes cuya mayor actividad se correlacionó con la autodestrucción de las células que conectan la futura mandíbula con el futuro oído.

Entre estos genes, los investigadores se centraron en un gen llamado TGF-β para una mayor investigación. Cuando trataron las zarigüeyas en desarrollo con un fármaco que bloquea la señalización de la proteína TGF-β, se evitó la muerte de las células dentro del cartílago de Meckel y el martillo y el yunque siguieron siendo parte de la mandíbula. Con un ajuste de la actividad genética, este detalle de la anatomía parecía haberse deslizado hacia atrás a lo largo del tiempo evolutivo.

TGF-β También se sabe que la señalización juega un papel en el desarrollo del oído medio de los ratones. Sin embargo, la descomposición de las células en el cartílago de Meckel en este estudio de zarigüeyas ocurrió a través de un mecanismo diferente al observado en ratones: las células se autodestruyeron, en lugar de ser engullidas por otras células.

“Fue sorprendente e intrigante encontrar evidencia que sugiere que dos mecanismos celulares diferentes pueden ser responsables de separar los elementos del oído medio de la mandíbula en mamíferos placentarios y marsupiales. . . combinado con la evidencia fósil anterior, esto implica que el [oído medio de los mamíferos] ha evolucionado de forma independiente al menos cuatro veces en total ”, dijo Urban. “Al principio, esto parecería improbable, excepto que cuando realizamos las pruebas funcionales, mostramos que esta conexión (entre el oído medio y la mandíbula) en realidad se puede preservar o romper por un cambio relativamente menor en la expresión de un solo gen”.

Este poder de un solo cambio molecular, uno que podría ser producido por una mutación casual en un gen clave, para alterar la trayectoria del desarrollo proporciona una posible respuesta a cómo podría haber evolucionado el oído. Aunque el presente estudio del grupo no abordó por qué este cambio podría haber sido adaptativo, Urban ofreció una hipótesis para explicar la propagación exitosa a través de múltiples poblaciones de mamíferos primitivos que se parecían aproximadamente a sus zarigüeyas devoradoras de gusanos de la harina.

“La sensibilidad auditiva mejorada de estos huesecillos del oído medio recién liberados habría sido de gran ayuda para los primeros mamíferos. La mayoría de estos habrían sido insectívoros nocturnos muy pequeños ”, dijo. "El confinamiento a la actividad durante las horas nocturnas les habría ayudado a evitar convertirse en presas, mientras que al mismo tiempo, una mejor audición habría ayudado a sus propias habilidades depredadoras".


Charla: Audición - Desarrollo del oído externo

J Anat. 22 de febrero de 2016 (2): 217-32. doi: 10.1111 / joa.12344. Epub 2015 30 de julio.

El oído de los mamíferos es una estructura compleja dividida en tres partes principales: el oído medio externo y el interno. Estas partes están formadas por las tres capas germinales y las células de la cresta neural, que deben integrarse con éxito para formar un órgano auditivo en pleno funcionamiento. Cualquier defecto en el desarrollo del oído externo y medio conduce a una pérdida auditiva conductiva, mientras que los defectos en el oído interno pueden conducir a una pérdida auditiva neurosensorial. Esta revisión se centra en el desarrollo de las partes del oído involucradas en la transducción del sonido al oído interno y las partes que se ignoran en gran medida en el mundo de la investigación auditiva: el oído externo y medio. Los datos publicados sobre el origen embrionario, la señalización, el control genético, el desarrollo y la sincronización del oído medio y externo de los mamíferos se revisan aquí junto con nuevos datos que muestran que el cartílago de la trompa de Eustaquio es de origen embrionario dual. El origen embrionario de algunas de estas estructuras solo se ha descubierto recientemente (Science, 339, 2013, 1453 Development, 140, 2013, 4386), mientras que los mecanismos moleculares que controlan el crecimiento, la estructura y la integración de muchos componentes del oído medio y externo apenas se conocen. conocido. El análisis genético del desarrollo del oído externo y medio es bastante limitado, con una pequeña cantidad de genes que a menudo afectan a más de una parte del oído o tienen efectos muy pequeños sobre el desarrollo. Por lo tanto, esta revisión destaca la necesidad de realizar más investigaciones sobre el desarrollo de las estructuras del oído externo y medio, que serán importantes para la comprensión y el tratamiento de la pérdida auditiva conductiva. PALABRAS CLAVE: desarrollo del cartílago de la trompa de Eustaquio origen embrionario meato auditivo externo huesecillos del oído medio membrana timpánica del oído externo

PMID: 26227955 PMCID: PMC4718165 DOI: 10.1111 / joa.12344

Mecanismos de desarrollo de la membrana timpánica en mamíferos y amniotas no mamíferos

Congenit Anom (Kioto). 56 de enero de 2016 (1): 12-7. doi: 10.1111 / cga.12132.

Takechi M1, Kitazawa T2,3, Hirasawa T4, Hirai T4, Iseki S1, Kurihara H2,5,3, Kuratani S4.

La membrana timpánica es una capa delgada que se origina en el ectodermo, el endodermo y el mesénquima. Las investigaciones genético-moleculares han revelado que la interacción entre las células epiteliales y mesenquimales en los arcos faríngeos es esencial para el desarrollo de la membrana timpánica. Recientemente hemos informado que los mecanismos de desarrollo subyacentes a la membrana timpánica parecen ser diferentes entre el ratón y el pollo, lo que sugiere que la membrana timpánica evolucionó de forma independiente en los amniotas de mamíferos y no mamíferos. En esta revisión, resumimos estudios previos sobre la formación de la membrana timpánica en el ratón. También discutimos su formación en amniotas desde un punto de vista evolutivo. © 2015 Sociedad Japonesa de Teratología. PALABRAS CLAVE: Oído medio goosecoideo evolución morfológica arco faríngeo membrana timpánica

Bases genéticas del desarrollo detrás del origen independiente de la membrana timpánica en mamíferos y diápsidos

Nat Commun. 226 de abril de 2015: 6853. doi: 10.1038 / ncomms7853.

Kitazawa T1, Takechi M2, Hirasawa T3, Adachi N3, Narboux-Nême N4, Kume H5, Maeda K6, Hirai T3, Miyagawa-Tomita S6, Kurihara Y1, Hitomi J7, Levi G4, Kuratani S3, Kurihara H8.

El amniote del oído medio es un ejemplo clásico de la novedad evolutiva. Aunque la evidencia paleontológica apoya la opinión de que los mamíferos y los diápsidos (reptiles y aves modernos) adquirieron independientemente el oído medio después de la divergencia de su ancestro común, las bases del desarrollo de estas transformaciones siguen siendo desconocidas. Aquí mostramos que la transformación de la mandíbula inferior a la superior inducida por la inactivación de la cascada Endotelina1-Dlx5 / 6 que involucra a Goosecoid da como resultado la pérdida de la membrana timpánica en el ratón, pero causa la duplicación de la membrana timpánica en el pollo. El análisis anatómico detallado indica que las posiciones relativas de la articulación de la mandíbula primaria y la primera bolsa faríngea llevaron al acoplamiento de la formación de la membrana timpánica con la mandíbula inferior en los mamíferos, pero con la mandíbula superior en los diápsidos. Proponemos que las diferencias en la conexión y la liberación de varios elementos esqueléticos faríngeos dieron como resultado una diversidad estructural, lo que llevó a la adquisición de la membrana timpánica de dos maneras distintas durante la evolución del amniote.

Movimiento del oído externo en embriones humanos.

Head Face Med. 18 de febrero de 2012: 2.

Kagurasho M, Yamada S, Uwabe C, Kose K, Takakuwa T. Source Human Health Science, Graduate School of Medicine, Kyoto University, 606-8507, Shogoin Kawahara-cyo 53, Kyoto, Japón.

Introducción. Las orejas externas, uno de los principales componentes de la cara, muestran un interesante movimiento durante la morfogénesis craneofacial en el embrión humano. El presente estudio se realizó para ver si el movimiento de las orejas externas en un embrión humano podría explicarse por el crecimiento diferencial. MÉTODOS: En total, se seleccionaron 171 muestras entre la etapa Carnegie (CS) 17 y CS 23 de conjuntos de datos de imágenes de RM de embriones humanos obtenidos de la Colección Kyoto de Embriones Humanos. Se trazó la posición absoluta tridimensional de 13 puntos de referencia anatómicos representativos, incluidos los oídos externos e internos, a partir de datos de resonancia magnética para evaluar el movimiento entre las diferentes etapas con idéntico aumento. Se seleccionaron dos conjuntos diferentes de ejes de referencia para la evaluación y comparación de los movimientos. RESULTADOS: Cuando se seleccionaron la glándula pituitaria y la primera vértebra cervical como eje de referencia, los 13 puntos de referencia anatómicos de la cara se extendieron dentro de la misma región en la que el embrión se agrandó y cambió de forma. El oído externo se movió principalmente lateralmente, pero no cranealmente. La distancia entre el oído externo y el interno se mantuvo aproximadamente constante. Tridimensionalmente, el oído externo ubicado en las partes ventrales caudales del oído interno en CS 17, se movió principalmente lateralmente hasta CS 23. Cuando se seleccionaron los ojos y la boca como ejes de referencia, las orejas externas se movieron desde la región ventral lateral caudal a la posición entre los ojos y la boca durante el desarrollo. CONCLUSIÓN: Los resultados indican que el movimiento de todos los puntos de referencia anatómicos, incluidos los oídos externos e internos, puede explicarse por el crecimiento diferencial. Además, cuando el oído externo se reconoce como uno de los puntos de referencia faciales y tiene una posición relativa a otros puntos de referencia como los ojos y la boca, los oídos externos parecen moverse cranealmente.

© 2012 Kagurasho et al licenciatario BioMed Central Ltd.

Una mutación de sentido erróneo en PPARD causa un efecto importante de QTL en el tamaño de la oreja en cerdos

PLoS Genet. 7 de mayo de 2011 (5): e1002043. Epub 2011 5 de mayo.

Ren J, Duan Y, Qiao R, Yao F, Zhang Z, Yang B, Guo Y, Xiao S, Wei R, Ouyang Z, Ding N, Ai H, Huang L.Fuente Laboratorio clave para la biotecnología animal de la provincia de Jiangxi y el Ministerio de Agricultura de China, Universidad Agrícola de Jiangxi, Nanchang, China.

El erhualiano chino es la raza de cerdo más prolífica del mundo. La raza exhibe orejas excepcionalmente grandes y flácidas. Para identificar los genes que subyacen a esta característica típica, previamente realizamos un escaneo del genoma en un cruce de Duroc × Erhualian blanco a gran escala y mapeamos un QTL principal para el tamaño de la oreja en una región de 2 cM en el cromosoma 7. En este documento realizamos un análisis idéntico por descendencia análisis que definió el QTL dentro de una región de 750 kb. Históricamente, la característica de orejas grandes se ha seleccionado para la antigua cultura de sacrificios en los cerdos erhualianos. Mediante el uso de un análisis de barrido selectivo, luego refinamos la región crítica a un intervalo de 630 kb que contiene 9 genes anotados. Cuatro de los 9 genes se expresan en los tejidos de las orejas de los lechones. De los 4 genes, PPARD se destacó como el gen candidato más fuerte por su papel establecido en la homeostasis de la piel, el desarrollo del cartílago y el metabolismo de las grasas. No se encontró expresión diferencial de PPARD en los tejidos de la oreja en diferentes etapas de crecimiento entre cerdos erhualianos de orejas grandes y Duroc de orejas pequeñas. Además, examinamos variantes de secuencias codificantes en el gen PPARD e identificamos solo una mutación sin sentido (G32E) en un dominio funcionalmente importante conservado. La mutación alteradora de proteínas mostró una concordancia perfecta (100%) con los genotipos QTL de los 19 animales fundadores que se segregaron en el cruce White Duroc × Erhualian y se produjo con altas frecuencias exclusivamente en razas de orejas grandes chinas. Además, la mutación tiene importancia funcional, ya que media la regulación a la baja de la β-catenina y la expresión del gen diana que es crucial para la deposición de grasa en la piel. Además, la mutación se asoció significativamente con el tamaño de la oreja en el cruce experimental y diversas poblaciones exógenas. Una encuesta mundial de la diversidad de haplotipos reveló que el evento de mutación es de origen chino, probablemente después de la domesticación. En conjunto, proporcionamos evidencia de que PPARD G32E es la variación subyacente a este QTL importante.

Reconstrucción de orejas mediante ingeniería de tejidos

Adv Otorrinolaringol. 201068: 108-19. Publicación electrónica del 3 de mayo de 2010.

Departamento de Otorrinolaringología, Cirugía de Cabeza y Cuello Campus Benjamin Franklin, Charité University Medicine Berlin, Berlín, Alemania. [email protected] Resumen Durante décadas, la cirugía reconstructiva del pabellón auricular ha representado un desafío para los cirujanos. Un inmenso número de publicaciones documentan ahora los esfuerzos para desarrollar y mejorar técnicas diseñadas para proporcionar una forma y funcionalidad razonables. Desde principios de la década de 1990, la ingeniería de tejidos se ha vuelto cada vez más popular en el campo de la cirugía reconstructiva. En particular, cuando se implantó un implante de cartílago en forma de auricular fabricado in vitro en el lomo de un ratón desnudo, los cirujanos reconstructivos se sintieron intrigados y se elevaron las expectativas de los pacientes. Sin embargo, casi 20 años después de que Langer y Vacanti definieran la ingeniería de tejidos [Science 1993260: 920-926] como: 'un campo interdisciplinario que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida hacia el desarrollo de sustitutos biológicos que restauran, mantienen o mejoran función tisular o un órgano completo ', solo se han publicado informes de casos individuales. Estos informes detallan la aplicación clínica del cartílago fabricado in vitro para procedimientos reconstructivos en la cabeza y el cuello. El presente artículo describe los fundamentos y el potencial de la ingeniería de tejidos en la cirugía reconstructiva del pabellón auricular y destaca las limitaciones que impiden su aplicación clínica actual.

Copyright 2010 S. Karger AG, Basilea. PMID: 20442565

Reconstrucción combinada de atresia auricular congénita y microtia severa

Adv Otorrinolaringol. 201068: 95-107. Epub 2010 3 de mayo.

Departamento de Otorrinolaringología, Cirugía de Cabeza y Cuello, Hospital Prosper, Universidad Ruhr de Bochum, Recklinghausen, Alemania. [email protected] Resumen OBJETIVOS: Debido a su desarrollo embriológico, la atresia auricular y la microtia severa son, en la mayoría de los casos, malformaciones combinadas. Los objetivos de este estudio fueron, en primer lugar, desarrollar una técnica quirúrgica para la reconstrucción combinada estética y funcional con un mínimo de operaciones y, en segundo lugar, evaluar sus resultados.

DISEÑO DEL ESTUDIO: Evaluación clínica prospectiva.

Pacientes y métodos. Se trataron 52 pacientes con microtia de tercer grado y atresia aural congénita con un bloqueo de conducción del sonido de unos 50 dB. En la primera operación se extrajo cartílago autógeno y se fabricó e implantó la estructura auricular. Además, la membrana timpánica y el conducto auditivo externo fueron prefabricados y almacenados en una bolsa subcutánea. En el segundo paso, la elevación de la nueva estructura se combinó con la operación de atresia, utilizando la membrana timpánica prefabricada y el conducto auditivo externo. En el tercer paso, se profundizó el cavum concha y se abrió el conducto auditivo externo y se cubrió con un injerto de piel.

RESULTADOS: En total, el 76% de los pacientes tenían una pérdida auditiva conductiva final de 30 dB o menos. No se observó reestenosis del nuevo conducto auditivo externo. Los resultados estéticos de las aurículas construidas se muestran en este informe.

CONCLUSIÓN: Con esta combinación de cirugía plástica para el pabellón auricular y cirugía funcional para el oído medio, no son necesarias operaciones adicionales y la prefabricación del conducto auditivo externo y la membrana timpánica da resultados estables y confiables. Esta técnica combinada ofrece las mejores posibilidades de una rehabilitación estética y funcional óptima para los pacientes con estas malformaciones.

Copyright 2010 S. Karger AG, Basilea. PMID: 20442564

Morfología del anillo de la membrana timpánica humana

Cirugía de cabeza y cuello de otorrinolaringol. 2010 mayo142 (5): 682-7.

Kassem F, Ophir D, Bernheim J, Berger G.

Departamento de Otorrinolaringología-Cirugía de Cabeza y Cuello, Centro Médico Meir, Kfar Saba, Israel. [email protected] Resumen OBJETIVO: Estudiar la vista panorámica completa con el cálculo de la morfología y topografía del anillo timpánico humano.

DISEÑO DEL ESTUDIO: Análisis de material post mortem.

LUGAR: Hospital adscrito a la Universidad.

Sujetos y métodos: Se extrajeron por completo veintitrés membranas timpánicas humanas adultas normales de huesos temporales fijados con formalina. Se enfrentaron medialmente y se colocaron al mismo nivel de un papel cuadriculado montado en un tablero. Se tomaron imágenes de alta calidad de las preparaciones de tejido y se calcularon mediciones asistidas por computadora del calibre anular en nueve puntos de referencia. La dirección de las 6 en punto sirvió como punto medio, y otros cuatro puntos de referencia se establecieron anterior y posteriormente en sentido horario y antihorario.

RESULTADOS: El anillo tiene forma de herradura con una pequeña parte ausente por encima del cuello del martillo. El calibre medio máximo en el eje manubrial (dirección de las 6 en punto) fue 748 +/- 201 mum. El anillo se adelgaza gradualmente casi simétricamente en la parte anterior y posterior, hasta que alcanza aproximadamente el 15 por ciento del calibre máximo en sus puntos finales (152 +/- 87 y 113 +/- 42 mum, respectivamente). Se encontraron diferencias significativas entre los puntos de referencia adyacentes tanto en el lado anterior como en el posterior.

CONCLUSIONES: El anillo tiene forma de herradura y gradualmente se adelgaza casi simétricamente, alcanzando anterior y posteriormente alrededor del 15 por ciento del calibre máximo en el eje manubrial. Estos nuevos datos pueden proporcionar una guía en la exploración transcanal del oído medio y sugerir la posibilidad de funciones variadas atribuibles al anillo con respecto a la transmisión del sonido del oído medio y las propiedades vibratorias de la MT. Los datos pueden contribuir a comprender el desarrollo de perforaciones marginales y bolsas de retracción superior posterior.

Copyright 2010 Academia Estadounidense de Otorrinolaringología-Fundación para la Cirugía de Cabeza y Cuello. Publicado por Mosby, Inc. Todos los derechos reservados. PMID: 20416456

Descripción general de la microsomía craneofacial

Heike CL, Hing AV. En: Pagon RA, Bird TC, Dolan CR, Stephens K, editores. GeneReviews [Internet]. Seattle (WA): Universidad de Washington, Seattle 1993-. 19 de marzo de 2009.

Extracto de las características de la enfermedad. La microsomía craneofacial (CFM) incluye un espectro de malformaciones que involucran principalmente estructuras derivadas del primer y segundo arcos branquiales. Los hallazgos incluyen asimetría facial resultante de hipoplasia maxilar y / o mandibular, malformaciones del oído preauriculares o faciales que pueden incluir microtia (hipoplasia del oído externo), anotia (ausencia del oído externo) o atresia aural (ausencia del conducto auditivo externo) y pérdida de audición. La gravedad puede variar desde una asimetría facial sutil con una pequeña etiqueta cutánea frente a una oreja de apariencia normal hasta compromiso bilateral (típicamente asimétrico), microtia / anotia con atresia de los conductos auditivos, microftalmia y compromiso respiratorio por hipoplasia mandibular grave. Se pueden observar otras malformaciones craneofaciales que incluyen labio leporino y / o paladar hendido. Se pueden observar malformaciones no craneofaciales, especialmente vertebrales, cardíacas y de las extremidades. Diagnóstico / pruebas. El diagnóstico de CFM se basa en hallazgos clínicos. Asesoramiento genetico. La CFM ocurre con mayor frecuencia como un caso simple (es decir, ocurre en un solo individuo en una familia) con etiología desconocida, los riesgos de recurrencia son empíricos. Si se descubre que una persona con CFM tiene una anomalía cromosómica hereditaria o de novo, está indicado el asesoramiento genético para esa afección. Ocasionalmente se observa herencia autosómica dominante o autosómica recesiva. Si un probando tiene CFM y no se informan antecedentes familiares de CFM, el riesgo para los hermanos es del dos al tres por ciento, esto puede ser una subestimación debido a la dificultad de obtener un historial familiar preciso para algunas de las características sutiles de CFM. Gestión. Tratamiento de las manifestaciones: Para obtener un resultado óptimo, los niños con MFC requieren evaluaciones e intervenciones oportunas y coordinadas. Idealmente, los niños deberían ser tratados por un equipo craneofacial multidisciplinario experimentado. Los objetivos del tratamiento para la CFM son asegurar un apoyo respiratorio y una alimentación adecuados en los bebés con malformaciones faciales graves, maximizar la audición y la comunicación, mejorar la simetría facial y optimizar la oclusión dental. El tratamiento depende de la edad, con intervenciones urgentes en las etapas apropiadas de crecimiento y desarrollo craneofacial. Copyright © 1993-2010, Universidad de Washington, Seattle. Reservados todos los derechos.

Desprendimiento auricular superior congénito: reporte de dos casos inusuales

Indian J Plast Surg. 42 de julio de 2009 (2): 265-8.

Unidad de Cirugía Plástica, Departamento de Cirugía, Netaji Subhash Chandra Bose Government Medical College, Jabalpur-482 003, MP, India. Resumen Se han presentado dos casos inusuales de deformidad auricular bilateral congénita. La deformidad se caracteriza por desprendimiento auricular superior en el lado derecho con anotia en el lado izquierdo en el primer caso y desprendimiento auricular superior en el lado izquierdo con oreja normal en el lado derecho en el segundo caso. Se ha intentado correlacionar la deformidad presentada con el desarrollo embriológico-fetal del pabellón auricular. Se puede obtener una corrección satisfactoria volviendo a colocar el pabellón auricular en su posición normal.

El riñón y el oído: funciones paralelas emergentes

Departamentos de Medicina, Facultad de Medicina, Universidad McGill, Montreal, Quebec, Canadá. Resumen La asociación entre displasia renal y malformaciones menores del oído externo es débil. Sin embargo, existe una lista notable de síndromes que vinculan al riñón con el oído interno. Para organizar estos síndromes aparentemente dispares, agrupamos ejemplos representativos en tres grupos: (a) síndromes que comparten vías que regulan el desarrollo (b) síndromes que involucran disfunción del cilio primario, que normalmente proporciona información crítica a las células epiteliales sobre el líquido en el que se encuentran. síndromes bañados (c) que surgen de la disfunción de proteínas especializadas que transportan iones y fármacos dentro y fuera del líquido extracelular o proporcionan soporte estructural.

La mutación en el gen homeobox humano NKX5-3 causa un síndrome oculoauricular

Soy J Hum Genet. 2008 May82 (5): 1178-84.

Schorderet DF, Nichini O, Boisset G, Polok B, Tiab L, Mayeur H, Raji B, de la Houssaye G, Abitbol MM, Munier FL.

Institut de Recherche en Ophtalmologie, 1950 Sion, Suiza. [email protected] Resumen Varios síndromes dismórficos afectan el desarrollo tanto del ojo como del oído, pero solo unos pocos se limitan al ojo y al oído externo. Describimos un defecto del desarrollo que afecta al ojo y al oído externo en tres miembros de una familia consanguínea. Este síndrome se caracteriza por anomalías oftálmicas (microcórnea, microftalmía, disgenesia del segmento anterior, cataratas, coloboma de varias partes del ojo, anomalías del epitelio pigmentario de la retina y distrofia de cono y bastón) y una hendidura particular del lóbulo de la oreja. El análisis de ligamiento y el cribado de mutaciones revelaron en el primer exón del gen NKX5-3 una deleción homocigótica de 26 nucleótidos, que generó una proteína truncada que carecía del homeodominio completo. La expresión de caída de morfolino del pez cebra nkx5-3 indujo microftalmia y desorganización de la retina en desarrollo, lo que confirma que este gen representa un miembro adicional implicado en el patrón axial de la retina.

Los oídos humanos crecen a lo largo de toda la vida de acuerdo con patrones complicados y sexualmente dimórficos: conclusiones de un análisis transversal

Anthropol Anz. 2007 Dic65 (4): 391-413.

Niemitz C, Nibbrig M, Zacher V.

Instituto de Biología Humana y Antropología Física, Freie Universität Berlin, Alemania. [email protected] Resumen En la mayoría de sus componentes anatómicos, p. ej. en la hélice, etc., el oído humano externo es homólogo al de todos los primates y Scandentia (musarañas arbóreas). Por lo tanto, su base genética es en gran parte mayor de 60 millones de años. Basándonos en la observación del crecimiento del oído durante toda la vida (por ejemplo, Montacer-Kuhssary 1959), nuestro objetivo fue dilucidar el crecimiento del oído humano de una manera más detallada a lo largo de la vida y en ambos sexos. En material fotográfico estandarizado recolectado al azar en Berlín (Alemania), medimos N = 1448 orejas de niños recién nacidos a voluntarios de 92 años de edad. Diez mediciones longitudinales y cinco parámetros anatómicos adicionales arrojaron un conjunto de datos de aproximadamente 19.000 datos en total. Basándonos en nuestro análisis transversal, cuantificamos varios dimorfismos sexuales. Además, dedujimos desarrollos ontogenéticos y, parcialmente, corregimos sus proporciones para la aceleración secular y la reducción de la altura corporal con la edad. En el momento del nacimiento, en proporción al cuerpo, el oído externo era incluso más grande que la cabeza grande y continuó creciendo de manera bastante lineal a lo largo de la vida, alcanzando las longitudes promedio más altas en los voluntarios mayores de 85 años. Los grandes aumentos anuales durante la infancia comenzaron a disminuir a la edad de 8 o 10 años. En todos los parámetros donde se observó crecimiento post adulto, las orejas de las hembras mostraron un menor aumento que las de los hombres. La mayor longitud de la oreja en las mujeres fue de 52 mm (DE +/- 4,3 mm) al nacer, 61 mm (DE +/- 3,9 mm) alrededor de los 20 años de edad y 72 mm (DE +/- 4,6 mm) en mujeres mayores. de 70 años. Para los sujetos masculinos, estos tres valores fueron: 52 mm (DE +/- 4,1 mm), 65 mm (DE +/- 4,0 mm) y 78 mm (DE +/- 4,8 mm), respectivamente.A pesar del crecimiento prematuro extremo de la aurícula y su crecimiento adicional durante toda la vida, tres características anatómicas de la oreja prácticamente no crecieron en absoluto después del nacimiento: el ancho de la Concha auriculae y de la Incisura intertragica, así como el diámetro de la hélice. borde del pabellón auricular. Se discuten los problemas que surgen con respecto a las funciones y valores selectivos de todas estas proporciones y crecimientos tan inusuales. El desarrollo ontogenético de uno o más pliegues cutáneos pretragales podría utilizarse como una contribución a las estimaciones de edad en antropología forense.

El desarrollo embriológico del meato auditivo externo humano. Informe preliminar

Acta Otolaryngol. 1992112 (3): 496-503.

Nishimura Y, Kumoi T. Source Departamento de Otorrinolaringología, Facultad de Medicina de Hyogo, Nishinomiya, Japón.

Durante el período final de la embriogénesis, un tubo en forma de embudo continúa medialmente hacia el tejido mesenquimatoso formando una trayectoria curva. Aunque esto pueda parecer simple, el desarrollo que ocurre durante la vida fetal temprana es de hecho muy complejo. Al principio, las células ectodérmicas proliferan para llenar el lumen del meato, formando el tapón meatal, y luego, a las 10 semanas, la parte inferior del tapón se extiende en forma de disco, de modo que en el plano horizontal el meato tiene forma de bota con un cuello estrecho y la planta del tapón meatal se extienden ampliamente para formar la futura membrana timpánica medialmente. Al mismo tiempo, el tapón en la porción proximal del cuello comienza a reabsorberse. En el feto de 13 semanas, el tapón en forma de disco comienza a mostrar signos de su destino final; la superficie más interna del tapón en contacto con el ángulo del martillo está lista para contribuir a la formación de la membrana timpánica. En el feto de 15 semanas, la porción más interna del tapón en forma de disco se divide, dejando una capa delgada de células ectodérmicas de membrana timpánica inmadura. El cuello de la bota forma el borde entre el meato primario y secundario, y es la última parte en dividirse. En el feto de 16,5 semanas, el meato es completamente permeable en toda su longitud, aunque la luz todavía es estrecha y curvada. En el feto de 18 semanas, el meato ya está completamente expandido a su forma completa.


Maleo

Malleus (izquierda) A. Desde atrás. B. Desde dentro.

El martillo se desarrolla a partir del primer cartílago del arco faríngeo (cartílago de Meckel) y recibió su nombre por su parecido con un martillo.

La estructura del hueso adulto se puede dividir en cabeza, cuello y tres apófisis (manubrio, apófisis anterior y lateral). En el feto, de los tres procesos, el proceso anterior es el más largo y está en continuidad directa con el cartílago de Meckel.

La osificación del maléo se inicia en el período fetal. & # 919 & # 93 & # 9110 & # 93

La cabeza del martillo del recién nacido y del lactante normalmente contiene médula ósea, que finalmente es reemplazada por hueso. & # 9111 & # 93

Desarrollo de Malleus (tiempo de & # 9110 & # 93)

  • 16 semanas: dos fascículos corticales situados en el cuello
  • 21 semanas: los fascículos se extienden hacia la cabeza
  • 23 semanas - extender hacia el proceso lateral
  • 24 semanas - extender hacia el mango
  • 29 semanas: en el mango, las líneas de fuerza se transmiten a través de tres fascículos cardinales (dos de ellos a través del fascículo cortical y uno a través del centro)
  • 31 semanas - consolidado en este momento

Anormalidades

Se han descrito una serie de diferentes anomalías del proceso anterior y del manubrio mallei (mango del martillo). & # 9112 & # 93