ARTheque - STEF - ENS Cachan | Problèmes de recherche expérimentale en neurophysiologie sensorielle

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PROBLÈt"fs !JE RECllEROtE EXPERII1EtlTALE EH IlEUROPHYSIOLŒiIE SENSffiIELLE

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Selon CAI'X;lJlI./IIN (l.a COllllaissance de la Vie, 2e éd., VHfN étl. I!JlS, Chap. 1 : I.'expérimcntat ion en Biologie allimale), la démarche cxpérilIIenlale dll hiologiste doit son C11I,ILtÙ\'C propre il la spécificité ,les (olllles vivantes, il la "totalité" de l'olganisme, il la diversité dcs illJividus et il )'inéversihililé des phéllolllèncs vitaux. l'!lS recherches, qlli portcllt sur la neurophysiologie des récepteurs sensoriels vestiIJulaires (011 "récepteurs J'équilihration" de l ',)J'cille inlcille) l'résentellt ces t"lits particuliers Je l'expérilllelltatioll hiologiqlle. Spécificité tOllt d'abord: 1I0S cxpédences sont exclusivement faites sllr la (;relloui Ile verte Ohma esculenla) et nOlis Ile nOll~ sentolls pas alltorisés il Cil élclldre Ics résultats il d'alltres espèccs, sllrtuut à <les ~1'U1ulli(èn,s, sillon il titre ,l'hypothèses. Total ité de l'OI'ganisme ; IIUS expériellces SOllt réalisées "111

la tête isolée (ce qlli l'Si possihle - et 1I0llS est en outre teclulÎquclIIellt nécessaiJ'e - chez la Grenulli Ile, mais ne le sel,lit l'as chez 1111 ~Irul.llifèrc), el PO"'Cllt plus pa.-ticlllièrelllent sllr l'oreille illterue i leurs réslll\41ts Ile SOllt pas dil'eclt.1l1unt tI<lIlspusables il l'animal enl iel', notalllllcnt ceux des expériellces l'clat ives à l'ototoxicité des antibio\.irples : cenaines ,le ces subslances s01l1 cn cf[et capLlhles J'altén,r IxlÏsSaJiunelit le fOllet iOJlneUlcnt ,les l-éccptt-1Irs J'éqlli-1ihl,llion lorsl(u'oll Icsilll ro.1l1it dircc\elllcilt dans l'orei Ile interll" talldis' qu~, pour diverses raisons, leur act ion Sllr l'orei Ile Ile se produit llas ,UI Icste tl'ès faillie lorsqu'elles sont al>sorhées (par exemple SOIIS forme <l' injecl iUII) par

l'animal entier.

Je IIl'élenJrai pills IOJlgllement Slll- les pnlhlèmes que 1l0llS pŒient, d'ulle P;II-t, lu vnrinhililé illllividuelle Jes phénomènes hiologÎllues, <l'mlll'e part.,

le I"ôle essentiel dll temps qui s'écoule et donne 1111 caractère ilTével-sible li ccs l'hélK)lIèllllS ; j' illditplerai allssi les sulut iOlls (I"e nous avolls adoptées.

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Hl~A'1'I0NS

NI:IIVIllSES LNI'lUi IdJU'IHlllS Ail SEIN

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lI'iiOllI.Il.lES

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1.It!:;Al.'INIJIVlllllAl.I'I'I~ 1I10Ull;HŒ:1 ;

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Iles t "waux antéricurs 1l0US Ollt ,uucné il ful1li1\er l' ,ypullièst.: 'III' i 1 t.:xi si <J d,,:; r<JI at ions dlrecles elll n, nleepl"lIr:; vc:;t ilKIl il Ile:> ;.ILI scill de l'un;iII<;

11l1"IIiC lOlltre les relatiolls, déjà COlllllles, 'iiii ludlcllt -:11

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le sy:;10111e JlCl'VeIiX celltral). Pour lester celle hypolhèsc Ilill!:; avolls IItillSé la lII<lthode :>uIVilllle: 1. sectiun du Ilert de l'oreille Illlerlle, afin d'buler cdle-ci c111 sySl (lUle Ilel'veux umtral j 2. siiJl~llaliou d 'lUI récepteur ilbll de voir :;i c"

nll:<Jptcur agit, ct .le 111l1Jlle fao,;oJl il agit, sur l'aLtivité d'IIII autre rêc"plcllr Uig. 1 AI' Ill' Cl)' Nous avons aillsi LOllslalé 'II"; la si iuulatioll éleLtrillll" ,Ill Ilerf i:;:;u .III cUllul semi-circulaire puslcrieur, ou J" la lilgella, ou du sa,:nlle,

illhihail l'activité du LiUliil 5cmi-cirullaire Iiorizolilai (aLlivité cllr"gbln;" sur des flhres llurVeuStls issues de cc callal). Id, dl'I'IIIt.: lilJn, lIerVCllS" ,Iulii 011 "Jlreglstl'C l'activité "st SOli propre lémoill : l'aet Ivi té ,lvallt ,,1 l'a.:l iv lié al'n~s Si iUllllatioll l; aet ivité "Spolllallce") penuettellt ,le jIIgt.: l' d" l '"ff"r .1" 1a sLiuula [jOli (fig.

1 ;

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I.e mêmc résultat ayallt été Ohlcllu Illl cerlaiJl 1I0udll"(.:lI..: l'ob, avec le:; .·écepteurs indil.jué5 ci-de55u5 cl avcc J'aUln)S ailS:; 1 , il était Llair 'lU" .te:; l'e lat iUIiS cxi stem ellUe réccptcllrs dall5 l'ofci Ile illtc....e Ile la Gr"lIoui Ile ma i s, I1alls le5 expériellces rel atées jU5'lu' à préselll , ces rela liolls illterv iCllllelit seulelllelli lors J'IUIC stillRllalioll (ct, Cil outre, il s'agit Il'L11le :;tillulalion ékLl ri'luu, dUllc 11011 physiolugi1Iue). Nous vouliulls saVOII' s'i1 Yil ulle acl iUII

p"nl~llleilte J'1111 réccpteur lappelulI:;-leXj :;ur un alllr" (appcloIl5-le'{ j. l'our cela, il fuul ell prillcipe 5upprilllel' X(Cil effecillilllt la Sèclioll dc son 11erl'

1.

t.:1 ellregbtrel' l'act ivité .le '{ aVitllt et aprè5 CClte :;Uppl'CS5ioll i mais <:e Il'cst pa:; Jlossihle, CUl' la secUull <lu lIerf, all:;:;i dél iLiltclllell1 'tU'elle soit réal bée,

,Iépluce 1,,:; st nlctures de l'on:llic IIltenl" et Ile 1'''I1I1..,l pa5 .le <:Ollserv"r Iii même flhl'c SIU l'électrode Il'clln:gI51n.111t.:nl. On doll dOliC LOlllJlill'"r l'ad ivitê Il'une (ibn: IS5UC de '{avilllt 5ecliull dUllcrl' .le X a cdle J'une alllre fihre

issue .le '{ itprè5 cellc scctioll. Comparaison 'lui Il'a aucull 5ells, lm rai:;ull ,le la vadahilité individuellc des ilLlivilé5 :;pulltanées dt.:s fihres lIèrveuses iSSIl"5 .t'lUI cUlwl 5cmi-cil"culuhc ; cette i1ctlvilé :;pUIILIIl<~'"varie Cil effet, :;c1011 le:; filtre5 • .le 'Iuelque:; spikes l- IllllellllCb .1'.ILliuu) l'a .. :;ccuude il plu:; de 110

s:l'i~e5 par secouile. Nuu5 avolls dOliC ,hî empluyer IUle lII,)tituic stat i:;l i'IU", "u ullr"gbll'allt A'adi.viLé spunlauée d" LOO il L50 fibr"s lle.·VeIlS..,S Issues .le Y (Sill' uue 'Iuillzaitw ,le gn'Iloui Iles diffé.·"nlesj avaut SIII'II"""" WII ,; . '( , cid" bill il 1.50 fllJrc~ ne ·.-')'~,:::i_~::: r.k- v,1./~:;"·?ClllL:Hl SIIi lIlh~ qui; ~~r"t'-:IHH.lllv~

1 ~:tI~reJltesJ i\,~H-t les re:)ldtill:, ·1. ",S l!l;S

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FIGURE 1 ST _CI ST

Influence des fibres nerveuses issues du canal semi-circulaire postérieur, de la lagena et du saccule sur l'activité spontanée de fibres issues du canal semi-chculaire horizontal.A

I, B" CI schémas i Il ustrallt les couditions expérimentales (ü : tronc céJ-ébral he canal semi-circulaiI'e horizolltal ; 1 : lagena R position de l'électrode d'enregistrement i s : saccule; Sg ganglion de Scaqm ST : position de l'électrode de stinulation ; u utricule; vae : canal semi-chullaire antérieur; vpc : canal semi-circulaire postéricu~

Al' _{8 l , Cl :} inhibition de l'activité d'une fibre nerveuse issue du crulaI semi-circulaire horizontal SUIS l'influence de la stillulat ion d 'lme fibre nerveuse issue du canal semi-circulaire postérieur (Al)' de la lagella (ü_l) ou du sacL1lle (C₂). Dans chasun des 3 cas, la durée de la stillRllation est illdiquée par le trait noir au-dessous du tracé; avant et après la stiJlRllation : activité spontanée de la fibre

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~ult le ~w.:Lulc.Y étallt le cau~l ~clld--Lln.:lILdl"c au\~ril~Ur (fig. ~) : la lIluYt.~UIll.:

d'aLtivilrl SfAHltanéù dC::i fihro5 IlcrVctbC~ j;j;jUC~du ci'w_d ~l.:l:li-cin':lIlail"è

anlû-ri<':lIr elait de IO,9:!. 1,4 'IVililt tOlll<.: ~<.:ctlllll.J1I lIerl d'llIl autré récel'l<.:llIlk l'oreill<.: illterllc ; ellt: éli.lit de III,U: 1,7 apl"i)~ ~"clilJlIlJlIu<.:.-I' dll l:'IIWI ~t..:lUi-Lirl-:uL,u,.e pusterieur~ 17~4 ~ .)~ après sectluu du lIt..:rf de la lagcllLJ, IH,2 1,1 apl-è;j scclioll...lu nerf Ju :iiH..:culc. l.t;S JifférCIILcs t.:UL1'C !lavant-II ct l Iapl'es" ~ulIl ltalilullcUI ~iguifki.llive~; en d'alltre~ 1<.:1111t'~, Il y il pills ,le ~9challces ,;111' 11.0 P"u' '111U le ci.lllui ,;ellli-circlIl,IiI'e Ik),;tcri<:lIr, la 1d~enil, le ,;aCl:llle exer-Cl'" 1 Cil pel'lUilllellCe UllC influence illltillilrice sur l 'i.lCI ivilC du cUllill

,;ellli-t:in:u-lillr<: iJlllénelir. Le~ mêllLe,; l'é';lIltal,; oul élé ul.>lelllls, el lil Iuêllle ililerprélUt iOIl il

l'II Cil ct"e dOllllée, puur J'allll'l''; réceptellr,; ve,;t ihutatre,.

1:1l olltl'e, 1I0llS avoll'; élllllié, <.:11 réalisalll des hlstogrwllu"s, la répill'll-t IUIl de, ilCilvilés s1")jllaneeS &lrépill'll-t;les hhl'es issue,; &lrépill'll-t;le Y(caual semi-circlIlaire il III el' l<':lIl'), .J'UIIC pal'l uvallt ';lIppr<.:s,;ioll Je X(callill sCllli-cil'l':lIlail't' posléri<':lIr, uu tilg"lla, 011 Silccule), d'iluLl"e pan après slIl'pressiulI dc X. I,e,; Itistograullle,;

(hg . .lj IIIlllltreul qlle la sllppression Je X Jimimlè J<.: rd~OIl hdnlelllèUI siguHil:a'-IIV<.: le l'"lll'Cl:utage Je fiLres ayanl Lille raihle aL:! lvile ,;poutdnee (0 à 20 spil,es/ 'l:LUIItI...,j cl allgl1leule Jé ra~ou égalelllelil lrès slgllificative le puuru~ulagtlJe fihl'es ayalll uue forte activité spontanétl (plus Je Al spil--e,;/s<-'<:ulIJe). bl LI'alllre~ tenlleS, ccs hislugrallilles munll'enl, CUII'II" la eump'll'dison des lIIuyeUlle~ J' aLLI vit e,;spouli.lnées Jes f i1H'CS lIerveuses, llU' il Ya PIlls Je 9~ challees ,;ur

!lO pOlir 'I"e le GlIlal st:lIli-Lircu\dire pustérieur, Id lageua el IL' Silccille solellt IcllC~, all s...,iu Je l'oreille intenle, au calwl s<':lIli-CÎrclIlall'e alllérieul' el L'Xen:t:llt sur son ad ivilé IU't: influeuce inhihlll'iLe.

'l'uus les l'éslIllals lilli pl'êcèd<.:1Il ilyanl élé ohl<.:n",; sur la lète bolée, il éLut uécessaire de s'ussurel 'I"e l'activilé des fit.l'es lI<.:rV,,'IStlS i,;sues de~ réùvtL~II'sd'é'lui1 ibraliou Je \'oreilltl intente <.:~t la mêluL: Slll la tête bulce lrl" che, l'animal eutiel' i en Jépil des difficultés lecliltillu"s, l'étrille de,; i.I,'UvlLés sponlilllées Je ceS fibres a pu être faite dl,,' l ',"limal "ul icI', el

I<.:s LUlllp'U,IiSOIlS lJunllent les résultats Suivanls; ~Iu}'enue d'activité ~pulltalll~e SUI' lêle i~ulée ; 13,5 • 1,4 spikes/seculllie , lIluy"uue ,l'aC! Ivilé slKlutilné" sur UIIJlu,11 <.:ul i<':1 n,Il ~ 1,0 spikes/seLlIlllle i diITcn,uL" IlllU siguificalive "" olltl'l:, le,; hislogriIJllllt's (fig. 41 IlIolltl'enl '1,,'11 Il'y a p.b de llifférellce siglllficlIl ive enll'é, les répanil iUlls Jes act ivilcs SI"JIIlallL~"slies tïhr<.:s ,;lIr têlu bulée el ,UI- ilnimal eul."r. bl ,l'aulleS t"I'IlIeS, 1l '1 IllIe l'wL>..t.iJ lié très ël,,;vèt.: pUll.~ (~Uld alJ::i ""~~uHiJ\(Sùbteuus SUl la lélc i:.:>ul sl)~cul Acs mêllles

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FIGlJIlE 3

Schéma du nerf de l'oreille chez la Grelloui Ile. CA : canal semi-ci rcu-!aire antérieur al: canal semi-circulaire horizontal; CP : carUlI seilli-circulaire postérieur L: lagena ; S : saccule; U : utricule.

Illfluellce de fibres nerveuses issues du canal semi-circulaire postérielH' (A), de la 1agena (B), du sacOlle (C) sur l' act ivi té spontanée de fibres issues du canal selni-circulaire antérieur. Abscisses: classes de fréquence des act ivités spontanées (O-;n, 20-40, 40-({), 60-80) ordonnées : polJl'celltage du nombre de fibres dans chaque classe de fréquence. Histogralllnes en trait plein: l'oreille est isolée du systême lIerveux central par section de son nerf, mais les nerfs du canal semi-circulaire postérieur, de la lagena et du saccule sont intacts. IUstograulDes en tirets : l'oreille est isolée du systÈ!me nerveux central par la section de son nerf mais, en outre, le nerf du canal sClni -circulaire postél'ieur (A), 011 celui de la lagena (8), ou celui du saccule (C) a été coupé. N,: nombre de fibl'es étudiées dans la situation expérimentale correspondant il l'histogranvlIe en trai l plein j _{NZ : nombre de fibres étudiées dans la situation expérimentale}

correspondant il l'histogralllDe en tirets. Les points noirs irJ iquent la significativité des différences ( 1 point: différence Sigllifiç;:dve 2 points: différence hautement significative).

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l'IG. 4 ;

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Il • i Il Il Il l'IGUIUi 4

Distribution des activités spontanées de fibres nervt:uses is5lles d'lUi canal st:mi-circulaire dans le cas .le la tête isolée (histograllMlle en trait plein) et sur l'animal entier (histollrilllMlle en tirets) i il n'y

il pas de diffél"enCe signHicative. Abscisses ,orJolUlées, NI' N

Z ; voir

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L'ACT IV ITE ilES mCEl'lElJHS

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YESfllllLAIRES (1'InlllJNES LIES A L 'INlIIVILMIAI.ITE DIOLOGIQUE ET Ali R)LE IlIJ TlNI'S EN 11iOLOGIEj ;

Les eXl'el'lences rapportées ci-aprè~ont été faites sur le canal selni-circulaire horizontal. Toute solution contenant des ions, introduite dans l'orei Ile interne, provoque une c1ulte iJllnédiate de l'activité emegistl-ée SUI- le nel-f de ce canal; mais, tanJis "l'avec une solution de chlol1l1'e de soJilun ou Je pénicilline ou avec du liqllide de Ringer, l'activité du canal semi-circulaÎl'e remonte aussitôt et retrouve en 5 minutes une valeur- ne différant pas significat i-v<.:lIlènt ..le sa valeur alltérieure (fig. 5 et 6), la sU'eptolllycine aboiit dUI'abl<'!nent l'activité du canal selUi-circulalre : cette activité reste très proche de zéro l'eillant pres'lue 30 minutes, puis elle remonte lentement mais, au bout de 75 minutes, elle n'a retrouvé 'lu'lIne faible partie de sa valeur antériellre.

Si l'on étudie l'action de la streptolll)-cine, ou d'lUl antihiotique dll même groupe, tel que la gentamicine, sur le canal semi-circulaiI'e hol'ÏZ<lntal ~'ulleGI-euouille , celle-ci est son propre témoin, puisque l'on peut comparer l'activi té du canal semi-circulaire avant à sou activité après l'introduction de l'antibiotique dalls l'ol-eille interne. Mais les résultats d'IUle telle expérieuce n'ont qu'un intérêt limité. Si l'on veut étudier l'action Je la streptollycinc ou de la gentwRicine sur le canal semi-circulaire horizontal des Grenouilles, il faut tenir compte de la variabilité individllelle ; 01', celle-ci est considérahle l'activité spontanée du nerf d'un c,mal semi-cin:ulaire de Grenouille peut variel', selon les individus Je 80 11 50) spikes/scconJe (1). Il en est résulté, pal-exemple, Jans l'IUle de nos expériences que, sous l'action de la gentamidne, 25 minutes après l'introduction de l'antibioti'luedans l'oreille, le canal semi-circulaiJe horizontal avait chez lme grenoui Ile une activité de 110 spikes/secol~le, ce 'lui est sUl'édeur il l'activi té spontanée existant nOllualement chez certaines autres. l'our cette raison, il n'est possihle de comparer les individus entl'e eux qu'en donnant conventionnellement lme même valeur à toutes les activités spontanées; nous avons choisi la valeur 100 afin de pouvoir exprimer en polll-centages les

(1) lin nerf est constitué p.. r un g....nJ nOlllbre de fibl'es nerveuses. Tanlis qu'au pal.'agl'aphe pr'écédent, nous consiJédolls i' act iv i té ind iv iduelle des fih.·cs nel"Veuses, il s'agÜ ici de l'activité globale du nerf.

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F IGlJllE 5 Il il .• .1 1

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Influence d 'lUIe solution de Nael à 7

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l, de la gentamicinll et de la :;trllptolUycine sur l'activité du canal SclIIi -circulaire hori~ontal chez la Gnlnouille. La flèche inJique le IIlùllltlnt où la solution est introduite dans la cavité de l'oreille internll. Inte.-vallt:s de confiance il 5\

(pour la litTeptauycîne, jusqu'à la 20e IUhulte, les intervalles de confiance sont très petits et n'ont VU être in.liqués sur cette figw'e) •

InfluencCl de div,nses solutions (antibiotique:; et têllloin:;) :;\Il"

l'activité du callai semi-circulaire horizontal chez la Gnmouil1ol. La flèche indique le moUlent où la solution est introduitc dans la cavité de l'oreille interne. (Les intervalles de confi<UlCe ont été calallés polir toutes !es ulOyelUles mais, pour la clarté Je la fib'UI·C. n'ont pi'5 i§té ~:;)MQ1Jés .ici).

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vildiltions J'il<:tivitè 'lui se pn"lllisent 50115 l'action des anUil.iou'Iues ototoxililles; lJillsi. lil Ilrenouille citée pills haut n'ilvait retrouvé, avec 110 spikes/seconde, 'lue 45\ .le S{)JI adivité spontanée.

Par il il lenrs. pour appl"eCler l' act iOIl d'un certain ant ibiotiqne otutoxi,\lIe sur les réceptL'IlI"S de l'oreille interne, on ne peut pilS comparel"

l'action cie cette substance chez Ulle grenolli lie avec l'action d'un antre ilnt ibiot i'l" surlUI alltre incliviJu ; en effet, il y a éllillelllent d'importantes différences illlliviJlIelles concernant l'actioll d'un même antibiotique. En Taison de CeS val"Îut ions in,1 iv i.luelles. les différences d'action des ant ibiotillues ototox i'l"es SUI- les l"éCeptelll"S de l'oreille poulTaient ne pas apparaîtl"C ; ainsi, une gre-nouille, 50115 l'action de la st ..eptoll,ycine. avait retrouvé apl"ès 25 minutes Bt cie SOli activité tandis l~I'IUleantI"e, sous l'action de la gent,unicine, avait retrouvé,au h01l1 dll même temps, le même pourcentage d'activité. Il est Jonc IIécessaire de fOlmer des Ilroupes,de calcllier les moyennes et les illte,"valles de confiance de ces IIIDyennes, afin d'apprécie,- la significativité des différences (fig. 5); on constate ainsi que, apt-ès 25 minntes, l'activité atteint les

puurcentages de 2,5! ',7 lIvec la streptOillycine et ~I,5

!

12,2 avec la gelltalllidlle, ce qlli est \Ille différence hautement sillni ficative ; avec la solution Je Nael. ail bout .lu même temps (même figure), l'activité est 109,1

!

14,9 ce (lui ne diffêre pas significativclIlCnl de J 'act ivité spontanée (100).

Mais, au l'JIll de 5 minutes. le pourcentage at teint 0,5 ! 1,1 avec la streptomycine et 4.9! ~.B avec la gentamicine : la di Hé,-ence n'est pas statisti-quement sillnificative. En considénUlt les moyennes d'activité il ce moment-lil, on pOlIITait donc penser qu'il n'y a pas de différence appréciable ent"e l'action lie la st,-eptomycine el celle dd la gentülllicine. Cependant, l 'évolllt ion, ail cOllrs des 70 minutes qui suivent, est u-ès diffé."ente Jans un cas et dans l'autre. el.

hlS courbes établies en fonction du temps montrent 'Ille l'influence de la strepto-mycine est beaucoup plus iml'0naJlle que celle de la gentülllicine (fig. 5). LI" même, au bout de 65 on 75 minutes, les pourcentages J'activité atteints avec la

kanenJomycine et la gentrullicine SOllt sensiblement égaux, mais les courbes montrent que la I""nendomycine a lUte influence beaucoup pIns faible que la gentamicille (fig. 6) ; de même encore, les JlOurcentages d'activité atteints ail bout de 10minutes avec" la néomycine et la gentamicine diffèrent tl-ès peu. mais la gentrullicine a beallcoup moins d'influence (I"e la néomycine (fig. 6). Par COIIII"e, i l apparait clairement (même figul-e) que la gentamicine et la lividomycine ont sensiblement la même influence sur l'activité du canal semi-circlliaire. COlllltlllllS l'influence d'un antibiotique ototoxhp.le sur l'activité d'lm canal semi-circulaire ne peut pilS être appréciée correctement il un IIDIIICllt donné, mais ne peut l'êtle qu'en t ..a~ant la cOlll"be d'activité en fOI!S.tion du~~11 pa.. tir dll momell! u.1

l'mit ibioti.qul' considéré il été intl"wuit Jans l'OI"elUe. Ce (~Ii fait bien apparaître le rôle du t",u(ls dans le phénomène biologique étudié.