Вестибулярная система, взаимодействуя с другими сенсорными системами, в первую очередь со зрительной и проприоцептивной, обеспечивает координацию тела в пространстве. Она передает и анализирует информацию об ускорениях или замедлениях, возникающих в процессе прямолинейного или вращательного движения, а также при изменении положения головы в пространстве. Рецепторная часть вестибулярной системы находится в неслуховой части костного лабиринта височной кости, центральная часть располагается в продолговатом мозге в виде комплекса вестибулярных ядер, которые имеют двусторонние связи и с вышележащими отделами ствола мозга, мозжечка и корой больших полушарий, и с мотонейронами спинного мозга. Благодаря этому, вестибулярная система участвует в перераспределении тонуса скелетной мускулатуры, что обеспечивает ориентацию в пространстве, координацию движений и сохранение равновесия тела.
Вестибулярная часть костного лабиринта образована преддверием и тремя полукружными каналами, которые лежат позади и выше улитки. Один из концов каждого полукружного канала расширен (ампула). Костный лабиринт содержит перилимфу, а расположенный внутри него перепончатый лабиринт заполнен эндолимфой. В преддверии находятся скопления сенсорных волосковых клеток, образующих гравиточувствительные макулы (пятна) мешочка (саккулюс) и маточки (утрикулюс). Выступающая в полость мешочка часть волосковой рецепторной клетки заканчивается одним более длинным подвижным волоском и 60-80 склеенными неподвижными волосками. Эти волоски пронизывают желеобразную мембрану, содержащую кристаллики карбоната кальция – отолиты. При изменении положения головы происходит возбуждение волосковых клеток преддверия вследствие скольжения отолитовой мембраны по волоскам и их сгибания.
В полукружных каналах рецепторные волосковые клетки находятся в расширенной части – ампулах, образуя кристы. При движении эндолимфы во время угловых ускорений, когда волоски сгибаются в одну сторону, волосковые клетки возбуждаются, в другую – тормозятся.
В волосковых клетках и преддверия, и полукружных каналов генерируется рецепторный потенциал, который через холинергические синапсы передается в вестибулярные нейроны, окончания которых образуют вестибулярный нерв (около 18 тысяч волокон), передающий информацию в вестибулярные ядра продолговатого мозга. Вестибулярные ядра объединяют информацию от вестибулярных рецепторов, от внешних глазодвигательных мышц, от рецепторов конечностей и шеи (о позиции головы относительно тела) и согласуют ее с выходом на двигательные нейроны.