Chez les mammifères, l'innervation des cellules ciliées par les neurones du nerf vestibulaire (en bleu) sont de deux types, terminaisons afférentes en calice ou en bouton. Les études neurochimiques, physiologiques et pharmacologiques ont permis une connaissance détaillée des synapses sensorineurales vestibulaires sur le plan anatomique et moléculaire.

Lors de la dépolarisation de la cellule ciliée, l’entrée massive de potassium s’associe à une entrée de calcium qui libère un neurotransmetteur* contenu dans la partie basale de la cellule. L’influx calcique concerne un petit nombre de sites de la membrane baso-latérale de la cellule ciliée ce qui suggère que les canaux calciques voltage-dépendants pourraient être regroupés au niveau de sites de libération synaptiques identifiés par la présence de corps synaptiques entourés de vésicules. La mise en jeu des récepteurs post-synaptiques du neurotransmetteur entraîne (un potentiel d'action) l’excitation des fibres nerveuses vestibulaires afférentes.
*Le glutamate (Glu) est le neurotransmetteur de la synapse entre les cellules ciliées et les terminaisons afférentes des neurones du ganglion vestibulaire. Tout en étant un neurotransmetteur excitateur rapide parfaitement adapté à cette synapse, le glutamate est aussi responsable de pathologies liées à ses propriétés excitotoxiques.