Cerebelo

El cerebelo (en latín, "pequeño cerebro") es una característica principal del cerebro posterior de todos los vertebrados. Aunque suele ser más pequeño que el cerebro, en algunos animales, como los peces mormíridos, puede ser tan grande o incluso mayor. En los humanos, el cerebelo juega un papel importante en el control motor. También puede estar involucrado en algunas funciones cognitivas, como la atención y el lenguaje, así como en el control emocional, como la regulación de las respuestas de miedo y placer, pero sus funciones relacionadas con el movimiento son las más sólidamente establecidas. El cerebelo humano no inicia el movimiento, pero contribuye a la coordinación, la precisión y la sincronización exacta: recibe información de los sistemas sensoriales de la médula espinal y de otras partes del cerebro, e integra esta información para afinar la actividad motora. El daño cerebeloso produce trastornos en el movimiento fino, el equilibrio, la postura y el aprendizaje motor en humanos.

Anatómicamente, el cerebelo humano tiene la apariencia de una estructura separada adherida a la parte inferior del cerebro, debajo de los hemisferios cerebrales. Su superficie cortical está cubierta con surcos paralelos finamente espaciados, en marcado contraste con las amplias circunvoluciones irregulares de la corteza cerebral. Estos surcos paralelos ocultan el hecho de que la corteza cerebelosa es en realidad una fina capa continua de tejido plegado apretadamente al estilo de un acordeón. Dentro de esta fina capa se encuentran varios tipos de neuronas con una disposición muy regular, siendo las más importantes las células de Purkinje y las células granulares. Esta compleja organización neural da lugar a una enorme capacidad de procesamiento de señales, pero casi toda la salida de la corteza cerebelosa pasa a través de un conjunto de pequeños núcleos profundos que se encuentran en el interior de la materia blanca del cerebelo.

Además de su función directa en el control motor, el cerebelo es necesario para varios tipos de aprendizaje motor, sobre todo para aprender a adaptarse a los cambios en las relaciones sensoriomotoras. Se han desarrollado varios modelos teóricos para explicar la calibración sensoriomotora en términos de plasticidad sináptica dentro del cerebelo. Estos modelos se derivan de los formulados por David Marr y James Albus, basados en la observación de que cada célula de Purkinje del cerebelo recibe dos tipos de entradas radicalmente diferentes: una comprende miles de entradas débiles de las fibras paralelas de las células granulares; el otro es una entrada extremadamente fuerte de una sola fibra trepadora. El concepto básico de la teoría de Marr-Albus es que la fibra trepadora sirve como una "señal de enseñanza", que induce un cambio duradero en la fuerza de las entradas de fibra paralelas. Las observaciones de la depresión a largo plazo en las entradas de fibras paralelas han brindado cierto apoyo a las teorías de este tipo, pero su validez sigue siendo controvertida.

Estructura

A nivel de la anatomía macroscópica, el cerebelo consta de una capa de corteza plegada con fuerza, con sustancia blanca debajo y un ventrículo lleno de líquido en la base. Cuatro núcleos cerebelosos profundos están incrustados en la sustancia blanca. Cada parte de la corteza consta del mismo pequeño conjunto de elementos neuronales, dispuestos en una geometría muy estereotipada. En un nivel intermedio, el cerebelo y sus estructuras auxiliares se pueden separar en varios cientos o miles de módulos que funcionan de forma independiente llamados "microzonas" o "microcompartimentos".

Anatomía macroscópica

Vista del cerebelo desde arriba y detrás

El cerebelo se encuentra en la fosa craneal posterior. El cuarto ventrículo, la protuberancia y el bulbo raquídeo se encuentran frente al cerebelo. Está separado del cerebro suprayacente por una capa de duramadre coriácea, la tienda del cerebelo; todas sus conexiones con otras partes del cerebro viajan a través de la protuberancia. Los anatomistas clasifican el cerebelo como parte del metencéfalo, que también incluye la protuberancia; el metencéfalo es la parte superior del rombencéfalo o "cerebro posterior". Al igual que la corteza cerebral, el cerebelo se divide en dos hemisferios cerebelosos; también contiene una zona estrecha en la línea media (el vermis). Por convención, se utiliza un conjunto de pliegues grandes para dividir la estructura general en 10 "lóbulos" más pequeños. Debido a su gran cantidad de diminutas células granulares, el cerebelo contiene más neuronas que el resto del cerebro, pero ocupa solo el 10% del volumen total del cerebro. El número de neuronas en el cerebelo está relacionado con el número de neuronas en la neocorteza. Hay alrededor de 3,6 veces más neuronas en el cerebelo que en la neocorteza, una proporción que se conserva en muchas especies de mamíferos diferentes.

La apariencia inusual de la superficie del cerebelo oculta el hecho de que la mayor parte de su volumen está formado por una capa de materia gris muy plegada: la corteza cerebelosa. Cada cresta o circunvolución de esta capa se denomina folium. Se estima que, si la corteza cerebelosa humana estuviera completamente desplegada, daría lugar a una capa de tejido neural de aproximadamente 1 metro de largo y un promedio de 5 cm de ancho, una superficie total de aproximadamente 500 cm cuadrados, empaquetada dentro de un volumen de dimensiones 6 cm × 5 cm × 10 cm. Debajo de la materia gris de la corteza se encuentra la materia blanca, compuesta en gran parte por fibras nerviosas mielinizadas que van y vienen de la corteza. Incrustados dentro de la materia blanca, que a veces se denomina arbor vitae (árbol de la vida) debido a su apariencia ramificada, similar a un árbol en la sección transversal, hay cuatro núcleos cerebelosos profundos, compuestos de materia gris.

Conectando el cerebelo a diferentes partes del sistema nervioso hay tres pedúnculos cerebelosos emparejados. Estos son el pedúnculo cerebeloso superior, el pedúnculo cerebeloso medio y el pedúnculo cerebeloso inferior, denominados así por su posición relativa al vermis. El pedúnculo cerebeloso superior es principalmente una salida a la corteza cerebral, transportando fibras eferentes a través de núcleos talámicos a las neuronas motoras superiores en la corteza cerebral. Las fibras surgen de los núcleos cerebelosos profundos. El pedúnculo cerebeloso medio está conectado a la protuberancia y recibe toda su información de la protuberancia principalmente de los núcleos pontinos. La entrada a la protuberancia proviene de la corteza cerebral y se transmite desde los núcleos pontinos a través de fibras pontinas transversas hasta el cerebelo. El pedúnculo medio es el más grande de los tres y sus fibras aferentes se agrupan en tres fascículos separados que llevan sus entradas a diferentes partes del cerebelo. El pedúnculo cerebeloso inferior recibe impulsos de fibras aferentes de los núcleos vestibulares, la médula espinal y el tegmento. La salida del pedúnculo inferior es a través de fibras eferentes a los núcleos vestibulares y la formación reticular. Todo el cerebelo recibe información moduladora del núcleo olivar inferior a través del pedúnculo cerebeloso inferior.

Subdivisiones

Representación esquemática de las principales subdivisiones anatómicas del cerebelo. Vista superior de un cerebelo "no inscrito", colocando el vermis en un plano.

Según la apariencia de la superficie, se pueden distinguir tres lóbulos dentro del cerebelo: el lóbulo anterior (sobre la fisura primaria), el lóbulo posterior (debajo de la fisura primaria) y el lóbulo floculonodular (debajo de la fisura posterior). Estos lóbulos dividen el cerebelo de rostral a caudal (en humanos, de arriba a abajo). Sin embargo, en términos de función, hay una distinción más importante a lo largo de la dimensión de medial a lateral. Dejando de lado el lóbulo floculonodular, que tiene distintas conexiones y funciones, el cerebelo se puede analizar funcionalmente en un sector medial llamado espinocerebelo y un sector lateral más grande llamado cerebrocerebelo. Una franja estrecha de tejido que sobresale a lo largo de la línea media se denomina vermis cerebeloso. (Vermis en latín significa "gusano").

La región más pequeña, el lóbulo floculonodular, a menudo se denomina vestibulocerebelo. Es la parte más antigua en términos evolutivos (archicerebellum) y participa principalmente en el equilibrio y la orientación espacial; sus conexiones principales son con los núcleos vestibulares, aunque también recibe información visual y sensorial. El daño a esta región provoca alteraciones del equilibrio y la marcha.

La zona medial de los lóbulos anterior y posterior constituye el espinocerebelo, también conocido como paleocerebelo. Este sector del cerebelo funciona principalmente para afinar los movimientos del cuerpo y las extremidades. Recibe información propioceptiva de las columnas dorsales de la médula espinal (incluido el tracto espinocerebeloso) y del nervio trigémino craneal, así como de los sistemas visual y auditivo. Envía fibras a los núcleos cerebelosos profundos que, a su vez, se proyectan tanto a la corteza cerebral como al tronco del encéfalo, proporcionando así la modulación de los sistemas motores descendentes.

La zona lateral, que en los humanos es con mucho la mayor parte, constituye el cerebrocerebelo, también conocido como neocerebelo. Recibe información exclusivamente de la corteza cerebral (especialmente del lóbulo parietal) a través de los núcleos pontinos (que forman vías córtico-ponto-cerebelosas) y envía información principalmente al tálamo ventrolateral (a su vez conectado a las áreas motoras de la corteza premotora y motora primaria). área de la corteza cerebral) y al núcleo rojo. Existe desacuerdo sobre la mejor manera de describir las funciones del cerebelo lateral: se cree que está involucrado en la planificación del movimiento que está a punto de ocurrir, en la evaluación de la información sensorial para la acción y en una serie de funciones puramente cognitivas, como determinar el verbo que mejor encaja con un determinado sustantivo (como en "sit" para "silla").

Microanatomía

Dos tipos de neuronas desempeñan funciones dominantes en el circuito cerebeloso: las células de Purkinje y las células granulares. Tres tipos de axones también desempeñan funciones dominantes: fibras musgosas y fibras trepadoras (que ingresan al cerebelo desde el exterior) y fibras paralelas (que son los axones de las células granulares). Hay dos vías principales a través del circuito cerebeloso, que se originan en fibras musgosas y fibras trepadoras, y ambas terminan finalmente en los núcleos cerebelosos profundos.

Las fibras musgosas se proyectan directamente a los núcleos profundos, pero también dan lugar a la siguiente vía: fibras musgosas → células granulares → fibras paralelas → células de Purkinje → núcleos profundos. Las fibras trepadoras se proyectan hacia las células de Purkinje y también envían colaterales directamente a los núcleos profundos. Las entradas de fibra musgosa y fibra trepadora contienen información específica de la fibra; el cerebelo también recibe entradas dopaminérgicas, serotoninérgicas, noradrenérgicas y colinérgicas que presumiblemente realizan una modulación global.

La corteza cerebelosa se divide en tres capas. En la parte inferior se encuentra la capa granular gruesa, densamente empaquetada con células granulares, junto con interneuronas, principalmente células de Golgi, pero también incluye células de Lugaro y células en cepillo unipolares. En el medio se encuentra la capa de Purkinje, una zona estrecha que contiene los cuerpos celulares de las células de Purkinje y las células gliales de Bergmann. En la parte superior se encuentra la capa molecular, que contiene los árboles dendríticos aplanados de las células de Purkinje, junto con la gran variedad de fibras paralelas que penetran en los árboles dendríticos de las células de Purkinje en ángulo recto. Esta capa más externa de la corteza cerebelosa también contiene dos tipos de interneuronas inhibitorias: células estrelladas y células en canasta. Tanto las células estrelladas como las cestas forman sinapsis GABAérgicas en las dendritas de las células de Purkinje.

Microcircuito del cerebelo

Abreviaturas y representaciones

• (+): Conexión excitatoria
• (-): Conexión inhibitoria
• MF: fibra de humedad
• DCN: núcleos cerebellares profundos
• OI: Aceituna inferior
• CF: Fibra de escalada
• CFC: Colateral de fibra de escalada
• GC: Celda de granula
• PF: Fibra paralela
• PC: Celda Purkinje
• GgC: Celda Golgi
SC: Celda estelar
• BC: Celular de cesta

Sección transversal de un follum cerebelal, mostrando principales tipos de células y conexiones

Capa molecular

La capa superior y más externa de la corteza cerebelosa es la capa molecular. Esta capa contiene los árboles dendríticos aplanados de las células de Purkinje y la gran variedad de fibras paralelas, de la capa granular, que penetran los árboles dendríticos de las células de Purkinje en ángulo recto. La capa molecular también contiene dos tipos de interneuronas inhibidoras: células estrelladas y células en cesta. Tanto las células estrelladas como las cestas forman sinapsis GABAérgicas en las dendritas de las células de Purkinje.

Capa de Purkinje

Células de purkinje en el cerebello humano (en naranja, de arriba a abajo 40X, 100X y 200X magnificación) manchadas de acuerdo a métodos publicados

Las células de Purkinje se encuentran entre las neuronas más distintivas del cerebro y son uno de los primeros tipos en ser reconocidos: fueron descritas por primera vez por el anatomista checo Jan Evangelista Purkyně en 1837. Se distinguen por la forma de su árbol dendrítico: Las dendritas se ramifican muy profusamente, pero están severamente aplanadas en un plano perpendicular a los pliegues del cerebelo. Así, las dendritas de una célula de Purkinje forman una red plana densa, a través de la cual pasan fibras paralelas en ángulo recto. Las dendritas están cubiertas de espinas dendríticas, cada una de las cuales recibe información sináptica de una fibra paralela. Las células de Purkinje reciben más entradas sinápticas que cualquier otro tipo de célula en el cerebro: las estimaciones de la cantidad de espinas en una sola célula de Purkinje humana llegan a 200,000. Los grandes cuerpos celulares esféricos de las células de Purkinje están empaquetados en una capa estrecha (una célula de grosor) de la corteza cerebelosa, llamada capa de Purkinje. Después de emitir colaterales que afectan partes cercanas de la corteza, sus axones viajan hacia los núcleos cerebelosos profundos, donde hacen del orden de 1000 contactos cada uno con varios tipos de células nucleares, todo dentro de un pequeño dominio. Las células de Purkinje usan GABA como su neurotransmisor y, por lo tanto, ejercen efectos inhibitorios sobre sus objetivos.

Las células de Purkinje forman el corazón del circuito cerebeloso, y su gran tamaño y patrones de actividad distintivos han hecho que sea relativamente fácil estudiar sus patrones de respuesta en el comportamiento de los animales utilizando técnicas de registro extracelular. Las células de Purkinje normalmente emiten potenciales de acción a un ritmo elevado incluso en ausencia de entrada sináptica. En animales despiertos que se comportan, las frecuencias medias que promedian alrededor de 40 Hz son típicas. Los trenes de picos muestran una mezcla de lo que se llama picos simples y complejos. Un pico simple es un potencial de acción único seguido de un período refractario de aproximadamente 10 ms; un pico complejo es una secuencia estereotipada de potenciales de acción con intervalos entre picos muy cortos y amplitudes decrecientes. Los estudios fisiológicos han demostrado que los picos complejos (que se producen a frecuencias basales de alrededor de 1 Hz y nunca a frecuencias muy superiores a 10 Hz) se asocian de forma fiable con la activación de las fibras trepadoras, mientras que los picos simples se producen mediante una combinación de actividad basal y entrada paralela de fibras. Los picos complejos a menudo van seguidos de una pausa de varios cientos de milisegundos durante los cuales se suprime la actividad de picos simples.

Una característica específica y reconocible de las neuronas de Purkinje es la expresión de calbindina. La tinción con calbindina del cerebro de rata después de una lesión crónica unilateral del nervio ciático sugiere que las neuronas de Purkinje pueden generarse recientemente en el cerebro adulto, iniciando la organización de nuevos lóbulos cerebelosos.

Una célula Purkinje del ratón inyectada con tinte fluorescente

Capa granular

Células de gránulo (GR, fondo), fibras paralelas (líneas horizontales, superiores) y células de Purkinje (P, medio) con árboles dendriáticos planos

Las células granulares del cerebelo, a diferencia de las células de Purkinje, se encuentran entre las neuronas más pequeñas del cerebro. También son las neuronas más numerosas del cerebro: en los seres humanos, las estimaciones de su número total promedian alrededor de 50 mil millones, lo que significa que aproximadamente 3/4 de las neuronas del cerebro son células granulares del cerebelo. Sus cuerpos celulares están empaquetados en una capa gruesa en la parte inferior de la corteza cerebelosa. Una célula granular emite solo de cuatro a cinco dendritas, cada una de las cuales termina en un agrandamiento llamado garra dendrítica. Estos agrandamientos son sitios de entrada excitatoria de las fibras musgosas y de entrada inhibidora de las células de Golgi.

Los axones delgados y sin mielina de las células granulares se elevan verticalmente hasta la capa superior (molecular) de la corteza, donde se dividen en dos, con cada rama viajando horizontalmente para formar una fibra paralela; la división de la rama vertical en dos ramas horizontales da lugar a una "T" forma. Una fibra paralela humana recorre un promedio de 3 mm en cada dirección desde la división, para una longitud total de aproximadamente 6 mm (aproximadamente 1/10 del ancho total de la capa cortical). A medida que avanzan, las fibras paralelas pasan a través de los árboles dendríticos de las células de Purkinje, contactando una de cada 3 a 5 que pasan, haciendo un total de 80 a 100 conexiones sinápticas con las espinas dendríticas de las células de Purkinje. Las células granulares utilizan glutamato como neurotransmisor y, por lo tanto, ejercen efectos excitadores sobre sus objetivos.

Diagrama de las capas de la corteza cerebella mostrando un glomerulus en la capa granular.

Las células granulares reciben toda su información de las fibras musgosas, pero las superan en número en una proporción de 200 a 1 (en humanos). Por lo tanto, la información en el estado de actividad de la población de células granulares es la misma que la información en las fibras musgosas, pero se recodifica de una manera mucho más expansiva. Debido a que las células granulares son tan pequeñas y están tan densamente empaquetadas, es difícil registrar su actividad de picos en el comportamiento de los animales, por lo que hay pocos datos para usar como base para teorizar. El concepto más popular de su función fue propuesto en 1969 por David Marr, quien sugirió que podían codificar combinaciones de entradas de fibra musgosa. La idea es que con cada celda granular que recibe información de solo 4 o 5 fibras musgosas, una celda granular no respondería si solo una de sus entradas estuviera activa, pero respondería si más de una estuviera activa. Este esquema de codificación combinatoria permitiría potencialmente que el cerebelo hiciera distinciones mucho más finas entre los patrones de entrada de lo que permitirían las fibras musgosas por sí solas.

Fibras musgosas

Las fibras musgosas entran en la capa granular desde sus puntos de origen, muchas de las cuales surgen de los núcleos pontinos, otras de la médula espinal, núcleos vestibulares, etc. En el cerebelo humano, el número total de fibras musgosas se ha estimado en 200 millones. Estas fibras forman sinapsis excitatorias con las células granulares y las células de los núcleos cerebelosos profundos. Dentro de la capa granular, una fibra musgosa genera una serie de agrandamientos llamados rosetas. Los contactos entre las fibras musgosas y las dendritas de las células granulares tienen lugar dentro de estructuras llamadas glomérulos. Cada glomérulo tiene una roseta de fibra musgosa en su centro y hasta 20 garras dendríticas de células granulares en contacto con él. Los terminales de las células de Golgi se infiltran en la estructura y hacen sinapsis inhibitorias sobre las dendritas de las células granulares. Todo el conjunto está rodeado por una vaina de células gliales. Cada fibra musgosa envía ramas colaterales a varias hojas cerebelosas, generando un total de 20 a 30 rosetas; por lo tanto, una sola fibra musgosa entra en contacto con aproximadamente 400 a 600 células granulares.

Fibras trepadoras

Las células de Purkinje también reciben información del núcleo olivar inferior en el lado contralateral del tronco encefálico a través de fibras trepadoras. Aunque la oliva inferior se encuentra en el bulbo raquídeo y recibe información de la médula espinal, el tronco encefálico y la corteza cerebral, su salida se dirige por completo al cerebelo. Una fibra trepadora emite colaterales a los núcleos cerebelosos profundos antes de entrar en la corteza cerebelosa, donde se divide en unas 10 ramas terminales, cada una de las cuales da entrada a una única célula de Purkinje. En marcado contraste con las más de 100 000 entradas de fibras paralelas, cada célula de Purkinje recibe entrada de exactamente una fibra trepadora; pero esta sola fibra "trepa" las dendritas de la célula de Purkinje, enrollándose alrededor de ellas y haciendo un total de hasta 300 sinapsis a medida que avanza. La entrada neta es tan fuerte que un solo potencial de acción de una fibra trepadora es capaz de producir un pico complejo extendido en la célula de Purkinje: un estallido de varios picos seguidos, con amplitud decreciente, seguido de una pausa durante la cual se suprime la actividad.. Las sinapsis de las fibras trepadoras cubren el cuerpo celular y las dendritas proximales; esta zona está desprovista de entradas de fibra paralelas.

Las fibras trepadoras se disparan a velocidades bajas, pero un solo potencial de acción de fibra trepadora induce una ráfaga de varios potenciales de acción en una célula de Purkinje diana (un pico complejo). El contraste entre las entradas de fibras paralelas y fibras trepadoras a las células de Purkinje (más de 100 000 de un tipo versus exactamente una del otro tipo) es quizás la característica más provocativa de la anatomía del cerebelo y ha motivado gran parte de la teoría. De hecho, la función de las fibras trepadoras es el tema más controvertido del cerebelo. Hay dos escuelas de pensamiento, una que sigue a Marr y Albus al sostener que la entrada de fibras trepadoras sirve principalmente como una señal de enseñanza, la otra sostiene que su función es dar forma directamente a la salida del cerebelo. Ambos puntos de vista han sido defendidos extensamente en numerosas publicaciones. En palabras de una reseña, "Al tratar de sintetizar las diversas hipótesis sobre la función de las fibras trepadoras, uno tiene la sensación de mirar un dibujo de Escher. Cada punto de vista parece dar cuenta de una cierta colección de hallazgos, pero cuando uno intenta juntar los diferentes puntos de vista, no aparece una imagen coherente de lo que están haciendo las fibras trepadoras. Para la mayoría de los investigadores, las fibras trepadoras señalan errores en el rendimiento motor, ya sea en la forma habitual de modulación de frecuencia de descarga o como un anuncio único de un "evento inesperado". Para otros investigadores, el mensaje radica en el grado de sincronía y ritmicidad del conjunto entre una población de fibras trepadoras."

Núcleos profundos

Sagittal sección transversal del cerebelo humano, mostrando el núcleo dentate, así como los pons y el núcleo olivo inferior

Los núcleos profundos del cerebelo son grupos de materia gris que se encuentran dentro de la materia blanca en el centro del cerebelo. Son, con la pequeña excepción de los núcleos vestibulares cercanos, las únicas fuentes de salida del cerebelo. Estos núcleos reciben proyecciones colaterales de fibras musgosas y fibras trepadoras, así como impulsos inhibidores de las células de Purkinje de la corteza cerebelosa. Cada uno de los cuatro núcleos (dentado, globoso, emboliforme y fastigial) se comunica con diferentes partes del cerebro y la corteza cerebelosa. (Los núcleos globoso y emboliforme también se conocen como combinados en el núcleo interpuesto). Los núcleos fastigial e interpuesto pertenecen al espinocerebelo. El núcleo dentado, que en los mamíferos es mucho más grande que los demás, se forma como una capa delgada y enrevesada de sustancia gris y se comunica exclusivamente con las partes laterales de la corteza cerebelosa. El flóculo del lóbulo floculonodular es la única parte de la corteza cerebelosa que no se proyecta a los núcleos profundos; en cambio, su salida se dirige a los núcleos vestibulares.

La mayoría de las neuronas en los núcleos profundos tienen cuerpos celulares grandes y árboles dendríticos esféricos con un radio de aproximadamente 400 μm, y usan glutamato como neurotransmisor. Estas células se proyectan a una variedad de objetivos fuera del cerebelo. Entremezclados con ellos hay un número menor de células pequeñas, que utilizan GABA como neurotransmisor y se proyectan exclusivamente al núcleo olivar inferior, fuente de fibras trepadoras. Por lo tanto, la proyección nucleoolivar proporciona una retroalimentación inhibitoria para igualar la proyección excitatoria de las fibras trepadoras hacia los núcleos. Hay pruebas de que cada pequeño grupo de células nucleares se proyecta al mismo grupo de células olivares que le envían fibras trepadoras; hay una topografía fuerte y coincidente en ambas direcciones.

Cuando el axón de una célula de Purkinje entra en uno de los núcleos profundos, se ramifica para hacer contacto con células nucleares tanto grandes como pequeñas, pero el número total de células contactadas es de solo unas 35 (en gatos). Por el contrario, una sola célula nuclear profunda recibe información de aproximadamente 860 células de Purkinje (nuevamente en gatos).

Compartimentos

Ilustración esquemática de la estructura de zonas y microzonas en la corteza cerebellar

Desde el punto de vista de la anatomía macroscópica, la corteza cerebelosa parece ser una lámina homogénea de tejido y, desde el punto de vista de la microanatomía, todas las partes de esta lámina parecen tener la misma estructura interna. Hay, sin embargo, una serie de aspectos en los que se compartimenta la estructura del cerebelo. Hay grandes compartimentos que generalmente se conocen como zonas; estos se pueden dividir en compartimentos más pequeños conocidos como microzonas.

Los primeros indicios de la estructura compartimental provinieron de estudios de los campos receptivos de las células en varias partes de la corteza cerebelosa. Cada parte del cuerpo se asigna a puntos específicos en el cerebelo, pero hay numerosas repeticiones del mapa básico, formando un arreglo que se ha llamado "somatotopía fracturada". Se obtiene una indicación más clara de la compartimentación mediante la inmunotinción del cerebelo para ciertos tipos de proteínas. Los más conocidos de estos marcadores se llaman "cebrinas", porque la tinción de ellos da lugar a un patrón complejo que recuerda a las rayas de una cebra. Las franjas generadas por las cebrinas y otros marcadores de compartimentación están orientadas perpendicularmente a los pliegues del cerebelo, es decir, son estrechas en dirección mediolateral, pero mucho más extendidas en dirección longitudinal. Diferentes marcadores generan diferentes conjuntos de rayas, los anchos y largos varían en función de la ubicación, pero todos tienen la misma forma general.

Oscarsson, a fines de la década de 1970, propuso que estas zonas corticales se pueden dividir en unidades más pequeñas llamadas microzonas. Una microzona se define como un grupo de células de Purkinje que tienen todas el mismo campo receptivo somatotópico. Se encontró que las microzonas contenían del orden de 1000 células de Purkinje cada una, dispuestas en una tira larga y estrecha, orientada perpendicularmente a los pliegues corticales. Así, como ilustra el diagrama adjunto, las dendritas de las células de Purkinje se aplanan en la misma dirección en que se extienden las microzonas, mientras que las fibras paralelas las cruzan en ángulo recto.

No son solo los campos receptivos los que definen la estructura de la microzona: la entrada de fibras trepadoras desde el núcleo olivar inferior es igualmente importante. Las ramas de una fibra trepadora (que suelen ser unas 10) suelen activar células de Purkinje pertenecientes a la misma microzona. Además, las neuronas olivares que envían fibras trepadoras a la misma microzona tienden a acoplarse mediante uniones gap, que sincronizan su actividad, lo que hace que las células de Purkinje dentro de una microzona muestren una actividad de picos compleja correlacionada en una escala de tiempo de milisegundos. Además, todas las células de Purkinje que pertenecen a una microzona envían sus axones al mismo pequeño grupo de células de salida dentro de los núcleos cerebelosos profundos. Finalmente, los axones de las células en cesta son mucho más largos en la dirección longitudinal que en la dirección mediolateral, lo que hace que estén confinados en gran parte a una sola microzona. La consecuencia de toda esta estructura es que las interacciones celulares dentro de una microzona son mucho más fuertes que las interacciones entre diferentes microzonas.

En 2005, Richard Apps y Martin Garwicz resumieron las pruebas de que las propias microzonas forman parte de una entidad mayor a la que denominan microcomplejo multizonal. Dicho microcomplejo incluye varias microzonas corticales espacialmente separadas, todas las cuales se proyectan al mismo grupo de neuronas cerebelosas profundas, más un grupo de neuronas olivares acopladas que se proyectan a todas las microzonas incluidas, así como al área nuclear profunda.

Suministro de sangre

El cerebelo recibe sangre de tres arterias principales emparejadas: la arteria cerebelosa superior (SCA), la arteria cerebelosa inferior anterior (AICA) y la arteria cerebelosa inferior posterior (PICA). El SCA suministra la región superior del cerebelo. Se divide en la superficie superior y se ramifica en la piamadre, donde las ramas se anastomosan con las de las arterias cerebelosas anterior y posteroinferior. El AICA suministra la parte frontal de la superficie inferior del cerebelo. La PICA llega a la superficie inferior, donde se divide en una rama medial y una rama lateral. La rama medial continúa hacia atrás hasta la muesca cerebelosa entre los dos hemisferios del cerebelo; mientras que la rama lateral irriga la superficie inferior del cerebelo, hasta su borde lateral, donde se anastomosa con la AICA y la SCA.

Función

Las pistas más sólidas sobre la función del cerebelo provienen del examen de las consecuencias del daño que sufre. Los animales y humanos con disfunción cerebelosa muestran, sobre todo, problemas con el control motor, en el mismo lado del cuerpo que la parte dañada del cerebelo. Continúan siendo capaces de generar actividad motora pero pierden precisión, produciendo movimientos erráticos, descoordinados o sincronizados incorrectamente. Una prueba estándar de la función cerebelosa es alcanzar con la punta del dedo un objetivo a la distancia del brazo: una persona sana moverá la punta del dedo en una trayectoria recta rápida, mientras que una persona con daño cerebeloso alcanzará lenta y erráticamente., con muchas correcciones a mitad de camino. Los déficits en las funciones no motoras son más difíciles de detectar. Así, la conclusión general a la que se llegó hace décadas es que la función básica del cerebelo es calibrar la forma detallada de un movimiento, no iniciar movimientos ni decidir qué movimientos ejecutar.

Antes de la década de 1990, se creía casi universalmente que la función del cerebelo estaba puramente relacionada con el motor, pero hallazgos más recientes han puesto en duda esa opinión. Los estudios de imágenes funcionales han mostrado activación del cerebelo en relación con el lenguaje, la atención y las imágenes mentales; los estudios de correlación han mostrado interacciones entre el cerebelo y las áreas no motoras de la corteza cerebral; y se han reconocido una variedad de síntomas no motores en personas con daño que parece limitarse al cerebelo. En particular, el síndrome afectivo cognitivo cerebeloso o síndrome de Schmahmann se ha descrito en adultos y niños. Las estimaciones basadas en el mapeo funcional del cerebelo usando MRI funcional sugieren que más de la mitad de la corteza cerebelosa está interconectada con zonas de asociación de la corteza cerebral.

Kenji Doya ha argumentado que la función del cerebelo se comprende mejor no en términos de los comportamientos que afecta, sino de los cálculos neuronales que realiza; el cerebelo consta de un gran número de módulos más o menos independientes, todos con la misma estructura interna geométricamente regular y, por lo tanto, se supone que todos realizan el mismo cálculo. Si las conexiones de entrada y salida de un módulo son con áreas de motor (como lo son muchas), entonces el módulo estará involucrado en el comportamiento del motor; pero, si las conexiones son con áreas involucradas en la cognición no motora, el módulo mostrará otros tipos de correlatos de comportamiento. Por lo tanto, el cerebelo se ha implicado en la regulación de muchos rasgos funcionales diferentes, como el afecto, la emoción, incluida la percepción y el comportamiento del lenguaje corporal emocional. El cerebelo, propone Doya, se entiende mejor como una selección de acción predictiva basada en "modelos internos" del entorno o un dispositivo para el aprendizaje supervisado, en contraste con los ganglios basales, que realizan el aprendizaje por refuerzo, y la corteza cerebral, que realiza el aprendizaje no supervisado. Tres décadas de investigación cerebral han llevado a la propuesta de que el cerebelo genera modelos mentales optimizados e interactúa estrechamente con la corteza cerebral, donde los modelos internos actualizados se experimentan como intuición creativa ("a ha") en la memoria de trabajo.

Principios

La relativa simplicidad y regularidad de la anatomía del cerebelo llevó a una temprana esperanza de que podría implicar una simplicidad similar de función computacional, como se expresa en uno de los primeros libros sobre electrofisiología del cerebelo, El cerebelo como máquina neuronal< /i> por John C. Eccles, Masao Ito y János Szentágothai. Aunque una comprensión completa de la función del cerebelo sigue siendo difícil de alcanzar, al menos cuatro principios se han identificado como importantes: (1) procesamiento de avance, (2) divergencia y convergencia, (3) modularidad y (4) plasticidad.

1. Proceso de alimentación: El cerebelo difiere de la mayoría de las otras partes del cerebro (especialmente la corteza cerebral) en que el procesamiento de la señal es casi totalmente alimentado—es decir, las señales se mueven unidireccionalmente a través del sistema de entrada a salida, con muy poca transmisión interna recurrente. La pequeña cantidad de recurrencia que existe consiste en la inhibición mutua; no hay circuitos mutuamente excitatorios. Este modo de operación de alimentación significa que el cerebelo, en contraste con la corteza cerebral, no puede generar patrones autosostenibles de actividad neuronal. Las señales entran en el circuito, son procesadas por cada etapa en orden secuencial, y luego salen. Como escribió Eccles, Ito y Szentágothai, "Esta eliminación en el diseño de toda posibilidad de cadenas reverberatorias de excitación neuronal es sin duda una gran ventaja en el rendimiento del cerebelo como una computadora, porque lo que el resto del sistema nervioso requiere del cerebelo es presumiblemente no una salida que exprese el funcionamiento de circuitos reverberatorios complejos en el cerebellum, sino más bien una información clara y rápida
2. Divergencia y convergencia: En el cerebelo humano, la información de 200 millones de insumos de fibra mossy se expande a 40 mil millones de células gránulos, cuyas salidas de fibra paralelas convergen en 15 millones de células Purkinje. Debido a la forma en que están alineados longitudinalmente, las células de Purkinje de 1000 o así pertenecientes a una microzona pueden recibir entrada de hasta 100 millones de fibras paralelas, y centrar su propia producción en un grupo de menos de 50 células nucleares profundas. Así, la red cerebellar recibe un número modesto de insumos, los procesa muy extensamente a través de su red interna rigurosamente estructurada, y envía los resultados a través de un número muy limitado de células de salida.
3. Modularidad: El sistema cerebellar se divide funcionalmente en módulos más o menos independientes, que probablemente son cientos a miles. Todos los módulos tienen una estructura interna similar, pero diferentes entradas y salidas. Un módulo (un microcompartimiento multizonal en la terminología de las aplicaciones y Garwicz) consiste en un pequeño grupo de neuronas en el núcleo olivo inferior, un conjunto de largas tiras estrechas de las células de Purkinje en la corteza cerebelosa (microzonas), y un pequeño grupo de neuronas en uno de los núcleos cerebellares profundos. Diferentes módulos comparten entrada de fibras mossy y fibras paralelas, pero en otros aspectos parecen funcionar independientemente, la salida de un módulo no parece influir significativamente en la actividad de otros módulos.
4. Plástico: Las sinapsis entre las fibras paralelas y las células de Purkinje, y las sinapsis entre las fibras húmedas y las células nucleares profundas, son susceptibles a la modificación de su fuerza. En un solo módulo cerebellar, la entrada de hasta mil millones de fibras paralelas converge en un grupo de menos de 50 células nucleares profundas, y la influencia de cada fibra paralela en esas células nucleares es ajustable. Este arreglo ofrece una enorme flexibilidad para ajustar la relación entre las entradas y salidas de cerebellares.

Aprendizaje

Existe considerable evidencia de que el cerebelo juega un papel esencial en algunos tipos de aprendizaje motor. Las tareas en las que el cerebelo entra en juego con mayor claridad son aquellas en las que es necesario realizar ajustes finos en la forma en que se realiza una acción. Sin embargo, ha habido mucha controversia sobre si el aprendizaje tiene lugar dentro del propio cerebelo o si simplemente sirve para proporcionar señales que promuevan el aprendizaje en otras estructuras cerebrales. La mayoría de las teorías que asignan el aprendizaje a los circuitos del cerebelo se derivan de las ideas de David Marr y James Albus, quienes postularon que las fibras trepadoras proporcionan una señal de enseñanza que induce la modificación sináptica en las sinapsis paralelas de fibras y células de Purkinje. Marr asumió que la entrada de fibra ascendente haría que se fortalecieran las entradas de fibra paralelas activadas sincrónicamente. Sin embargo, la mayoría de los modelos posteriores de aprendizaje del cerebelo han seguido a Albus al suponer que la actividad de las fibras trepadoras sería una señal de error y haría que las entradas de fibras paralelas activadas sincrónicamente se debilitaran. Algunos de estos modelos posteriores, como el modelo Adaptive Filter de Fujita, intentaron comprender la función cerebelosa en términos de la teoría del control óptimo.

La idea de que la actividad de las fibras trepadoras funciona como una señal de error se ha examinado en muchos estudios experimentales, algunos la respaldan pero otros la ponen en duda. En un estudio pionero realizado por Gilbert y Thach en 1977, las células de Purkinje de monos que aprendieron una tarea de alcance mostraron una mayor actividad de picos complejos, que se sabe que indica de manera confiable la actividad de la entrada de fibra trepadora de la célula, durante los períodos en los que el rendimiento era bajo. Varios estudios de aprendizaje motor en gatos observaron una actividad de picos compleja cuando había una falta de coincidencia entre un movimiento previsto y el movimiento que realmente se ejecutó. Los estudios del reflejo vestíbulo-ocular (que estabiliza la imagen visual en la retina cuando gira la cabeza) encontraron que la actividad de las fibras trepadoras indicaba un "deslizamiento retinal", aunque no de una manera muy directa.

Una de las tareas de aprendizaje del cerebelo más estudiadas es el paradigma de condicionamiento del parpadeo, en el que un estímulo condicionado neutro (CS), como un tono o una luz, se combina repetidamente con un estímulo no condicionado (US), como una bocanada de aire, que provoca una respuesta de parpadeo. Después de tales presentaciones repetidas de CS y US, CS eventualmente provocará un parpadeo antes de US, una respuesta condicionada o CR. Los experimentos demostraron que las lesiones localizadas en una parte específica del núcleo interpuesto (uno de los núcleos cerebelosos profundos) o en unos pocos puntos específicos en la corteza cerebelosa anularían el aprendizaje de una respuesta de parpadeo condicionalmente cronometrada. Si las salidas del cerebelo se inactivan farmacológicamente mientras se dejan intactas las entradas y los circuitos intracelulares, el aprendizaje tiene lugar incluso cuando el animal no muestra ninguna respuesta, mientras que, si se interrumpen los circuitos intracerebelosos, no tiene lugar el aprendizaje. el aprendizaje, de hecho, ocurre dentro del cerebelo.

Teorías y modelos computacionales

Modelo de perceptor cerebellino, formulado por James Albus

La gran base de conocimientos sobre la estructura anatómica y las funciones conductuales del cerebelo lo han convertido en un terreno fértil para las teorías; tal vez haya más teorías sobre la función del cerebelo que sobre cualquier otra parte del cerebro. La distinción más básica entre ellos es entre "teorías de aprendizaje" y 'teorías de desempeño', es decir, teorías que hacen uso de la plasticidad sináptica dentro del cerebelo para explicar su papel en el aprendizaje, frente a teorías que explican aspectos del comportamiento en curso sobre la base del procesamiento de señales del cerebelo. Varias teorías de ambos tipos han sido formuladas como modelos matemáticos y simuladas usando computadoras.

Quizás la primera "actuación" teoría era la "línea de retraso" hipótesis de Valentino Braitenberg. La teoría original presentada por Braitenberg y Roger Atwood en 1958 proponía que la propagación lenta de señales a lo largo de fibras paralelas impone retrasos predecibles que permiten que el cerebelo detecte relaciones de tiempo dentro de una determinada ventana. Los datos experimentales no respaldaron la forma original de la teoría, pero Braitenberg continuó abogando por versiones modificadas. La hipótesis de que el cerebelo funciona esencialmente como un sistema de sincronización también ha sido defendida por Richard Ivry. Otra influyente "actuación" La teoría es la teoría de la red Tensor de Pellionisz y Llinás, que proporcionó una formulación matemática avanzada de la idea de que el cálculo fundamental realizado por el cerebelo es transformar las coordenadas sensoriales en motoras.

Teorías en el "aprendizaje" categoría casi todos derivan de publicaciones de Marr y Albus. El artículo de Marr de 1969 propuso que el cerebelo es un dispositivo para aprender a asociar movimientos elementales codificados por fibras trepadoras con entradas de fibras musgosas que codifican el contexto sensorial. Albus propuso en 1971 que una célula de Purkinje del cerebelo funciona como un perceptrón, un dispositivo de aprendizaje abstracto inspirado en los nervios. La diferencia más básica entre las teorías de Marr y Albus es que Marr asumió que la actividad de las fibras trepadoras haría que las sinapsis de las fibras paralelas se fortalecieran, mientras que Albus propuso que se debilitarían. Albus también formuló su versión como un algoritmo de software que llamó CMAC (Controlador de articulación del modelo cerebeloso), que ha sido probado en varias aplicaciones.

Importancia clínica

Ilustración a partir de 1912 del acto de caminar alterado de una mujer con enfermedad cerebelosa

El rastro inferior muestra un intento de un paciente con enfermedad cerebelosa de reproducir el rastro superior.

El daño al cerebelo a menudo causa síntomas relacionados con el motor, cuyos detalles dependen de la parte del cerebelo involucrada y de cómo está dañada. El daño del lóbulo floculonodular puede manifestarse como una pérdida del equilibrio y, en particular, una marcha alterada e irregular, con una postura amplia causada por la dificultad para mantener el equilibrio. El daño a la zona lateral generalmente causa problemas en los movimientos planificados y voluntarios hábiles que pueden causar errores en la fuerza, dirección, velocidad y amplitud de los movimientos. Otras manifestaciones incluyen hipotonía (disminución del tono muscular), disartria (problemas con la articulación del habla), dismetría (problemas para juzgar distancias o rangos de movimiento), disdiadococinesia (incapacidad para realizar movimientos alternos rápidos como caminar), reflejo de control alterado o fenómeno de rebote y temblor de intención (movimiento involuntario causado por contracciones alternas de grupos de músculos opuestos). El daño en la porción de la línea media puede interrumpir los movimientos de todo el cuerpo, mientras que el daño localizado más lateralmente es más probable que interrumpa los movimientos finos de las manos o las extremidades. El daño a la parte superior del cerebelo tiende a causar alteraciones en la marcha y otros problemas con la coordinación de las piernas; es más probable que el daño en la parte inferior cause movimientos descoordinados o mal dirigidos de los brazos y las manos, así como dificultades en la velocidad. Este complejo de síntomas motores se denomina ataxia.

Para identificar problemas del cerebelo, el examen neurológico incluye la evaluación de la marcha (una marcha de base amplia indica ataxia), pruebas de señalar con el dedo y evaluación de la postura. Si se indica disfunción cerebelosa, se puede utilizar una resonancia magnética para obtener una imagen detallada de cualquier alteración estructural que pueda existir.

La lista de problemas médicos que pueden producir daño cerebeloso es larga e incluye accidente cerebrovascular, hemorragia, inflamación del cerebro (edema cerebral), tumores, alcoholismo, traumatismos físicos como heridas de bala o explosivos y afecciones degenerativas crónicas como olivopontocerebeloso atrofia. Algunas formas de migraña también pueden producir una disfunción temporal del cerebelo, de gravedad variable. La infección puede resultar en daño cerebeloso en condiciones como las enfermedades priónicas y el síndrome de Miller Fisher, una variante del síndrome de Guillain-Barré.

Envejecimiento

El cerebelo humano cambia con la edad. Estos cambios pueden diferir de los de otras partes del cerebro. El cerebelo es la región del cerebro (y parte del cuerpo) más joven en los centenarios según un biomarcador epigenético de la edad del tejido conocido como reloj epigenético: es unos 15 años más joven de lo esperado en un centenario. Además, los patrones de expresión génica en el cerebelo humano muestran menos alteraciones relacionadas con la edad que en la corteza cerebral. Algunos estudios han informado reducciones en el número de células o el volumen de tejido, pero la cantidad de datos relacionados con esta pregunta no es muy grande.

Trastornos del desarrollo y degenerativos

Imagen ultrasonido de la cabeza fetal a las 19 semanas de embarazo en una sección axial modificada, mostrando el cerebello fetal normal y la magna cisterna

Las malformaciones congénitas, los trastornos hereditarios y las condiciones adquiridas pueden afectar la estructura del cerebelo y, en consecuencia, la función del cerebelo. A menos que la condición causante sea reversible, el único tratamiento posible es ayudar a las personas a vivir con sus problemas. La visualización del cerebelo fetal mediante ecografía entre las semanas 18 y 20 de embarazo se puede utilizar para detectar defectos del tubo neural fetal con una tasa de sensibilidad de hasta el 99 %.

En el desarrollo normal, la señalización de erizo sónico endógeno estimula la rápida proliferación de progenitores de neuronas granulares del cerebelo (CGNP) en la capa granular externa (EGL). El desarrollo del cerebelo ocurre durante la embriogénesis tardía y el período postnatal temprano, con un pico de proliferación de CGNP en el EGL durante el desarrollo temprano (día 7 postnatal en el ratón). A medida que las CGNP se diferencian terminalmente en células granulares del cerebelo (también llamadas neuronas granulares del cerebelo, CGN), migran a la capa granular interna (IGL), formando el cerebelo maduro (al día 20 después del nacimiento en el ratón). Las mutaciones que activan de manera anormal la señalización de Sonic hedgehog predisponen al cáncer de cerebelo (meduloblastoma) en humanos con síndrome de Gorlin y en modelos de ratones modificados genéticamente.

La malformación congénita o subdesarrollo (hipoplasia) del vermis cerebeloso es una característica tanto del síndrome de Dandy-Walker como del síndrome de Joubert. En casos muy raros, puede faltar todo el cerebelo. Los trastornos neurológicos hereditarios, la enfermedad de Machado-Joseph, la ataxia telangiectasia y la ataxia de Friedreich causan una neurodegeneración progresiva relacionada con la pérdida del cerebelo. Las malformaciones cerebrales congénitas fuera del cerebelo pueden, a su vez, causar una hernia del tejido cerebeloso, como se ve en algunas formas de malformación de Arnold-Chiari.

Otras afecciones que están estrechamente relacionadas con la degeneración cerebelosa incluyen los trastornos neurológicos progresivos idiopáticos atrofia multisistémica y el síndrome de Ramsay Hunt tipo I, y el trastorno autoinmune degeneración cerebelosa paraneoplásica, en el que los tumores en otras partes del cuerpo provocan una respuesta autoinmune que causa pérdida en el cerebelo. La atrofia cerebelosa puede resultar de una deficiencia aguda de vitamina B1 (tiamina) como se observa en el beriberi y en el síndrome de Wernicke-Korsakoff, o deficiencia de vitamina E.

La atrofia cerebelosa se ha observado en muchos otros trastornos neurológicos, como la enfermedad de Huntington, la esclerosis múltiple, el temblor esencial, la epilepsia mioclónica progresiva y la enfermedad de Niemann-Pick. La atrofia cerebelosa también puede ocurrir como resultado de la exposición a toxinas, incluidos metales pesados o drogas farmacéuticas o recreativas.

Dolor

Existe un consenso general de que el cerebelo está involucrado en el procesamiento del dolor. El cerebelo recibe impulsos dolorosos tanto de las vías corticocerebelosas descendentes como de las vías espinocerebelosas ascendentes, a través de los núcleos pontinos y las olivas inferiores. Parte de esta información se transfiere al sistema motor induciendo una evitación motora consciente del dolor, graduada según la intensidad del dolor.

Se cree que estas señales de dolor directas, así como las indirectas, inducen un comportamiento de evitación del dolor a largo plazo que da como resultado cambios de postura crónicos y, en consecuencia, una remodelación funcional y anatómica de los núcleos vestibular y propioceptivo. Como resultado, el dolor neuropático crónico puede inducir una remodelación anatómica macroscópica del cerebro posterior, incluido el cerebelo. La magnitud de esta remodelación y la inducción de marcadores de progenitores neuronales sugieren la contribución de la neurogénesis adulta a estos cambios.

Anatomía comparada y evolución

Sección transversal del cerebro de un tiburón porbeagle, con el cerebello destacado en azul

Los circuitos del cerebelo son similares en todas las clases de vertebrados, incluidos peces, reptiles, aves y mamíferos. También existe una estructura cerebral análoga en cefalópodos con cerebros bien desarrollados, como los pulpos. Esto se ha tomado como evidencia de que el cerebelo realiza funciones importantes para todas las especies animales con cerebro.

Existe una variación considerable en el tamaño y la forma del cerebelo en diferentes especies de vertebrados. En los anfibios, está poco desarrollado, y en las lampreas y los mixinos, el cerebelo apenas se distingue del tronco encefálico. Aunque el espinocerebelo está presente en estos grupos, las estructuras primarias son pequeños núcleos pareados correspondientes al vestibulocerebelo. El cerebelo es un poco más grande en los reptiles, considerablemente más grande en las aves y aún más grande en los mamíferos. Los lóbulos grandes emparejados y contorneados que se encuentran en los humanos son típicos de los mamíferos, pero el cerebelo es, en general, un solo lóbulo mediano en otros grupos, y es liso o solo ligeramente acanalado. En los mamíferos, el neocerebelo es la mayor parte del cerebelo en masa, pero, en otros vertebrados, es típicamente el espinocerebelo.

El cerebelo de los peces cartilaginosos y óseos es extraordinariamente grande y complejo. En al menos un aspecto importante, difiere en su estructura interna del cerebelo de los mamíferos: el cerebelo de los peces no contiene núcleos cerebelosos profundos discretos. En cambio, los objetivos primarios de las células de Purkinje son un tipo distinto de célula distribuida a lo largo de la corteza cerebelosa, un tipo que no se ve en los mamíferos. En los peces mormíridos (una familia de peces de agua dulce débilmente electrosensibles), el cerebelo es considerablemente más grande que el resto del cerebro. La parte más grande es una estructura especial llamada válvula, que tiene una arquitectura inusualmente regular y recibe gran parte de su información del sistema electrosensorial.

El sello distintivo del cerebelo de los mamíferos es una expansión de los lóbulos laterales, cuyas principales interacciones son con la neocorteza. A medida que los monos se convirtieron en grandes simios, continuó la expansión de los lóbulos laterales, junto con la expansión de los lóbulos frontales de la neocorteza. En los homínidos ancestrales y en Homo sapiens hasta el Pleistoceno medio, el cerebelo continuó expandiéndose, pero los lóbulos frontales se expandieron más rápidamente. Sin embargo, el período más reciente de la evolución humana puede haber estado asociado con un aumento en el tamaño relativo del cerebelo, ya que la neocorteza redujo un poco su tamaño mientras el cerebelo se expandía. El tamaño del cerebelo humano, en comparación con el resto del cerebro, ha ido aumentando mientras que el cerebro ha disminuido. Tanto el desarrollo como la implementación de tareas motoras, las habilidades visoespaciales y el aprendizaje tienen lugar en el cerebelo, el crecimiento del cerebelo se cree que tiene alguna forma de correlación con mayores capacidades cognitivas humanas. Los hemisferios laterales del cerebelo son ahora 2,7 veces más grandes tanto en humanos como en simios que en monos. Estos cambios en el tamaño del cerebelo no pueden explicarse por una mayor masa muscular. Muestran que el desarrollo del cerebelo está estrechamente relacionado con el del resto del cerebro o que las actividades neuronales que tienen lugar en el cerebelo fueron importantes durante la evolución de los homínidos. Debido al papel del cerebelo en las funciones cognitivas, el aumento de su tamaño puede haber jugado un papel en la expansión cognitiva.

Estructuras similares al cerebelo

La mayoría de las especies de vertebrados tienen un cerebelo y una o más estructuras similares al cerebelo, áreas del cerebro que se asemejan al cerebelo en términos de citoarquitectura y neuroquímica. La única estructura similar al cerebelo que se encuentra en los mamíferos es el núcleo coclear dorsal (DCN), uno de los dos núcleos sensoriales primarios que reciben información directamente del nervio auditivo. El DCN es una estructura en capas, con la capa inferior que contiene células granulares similares a las del cerebelo, dando lugar a fibras paralelas que se elevan a la capa superficial y viajan a través de ella horizontalmente. La capa superficial contiene un conjunto de neuronas GABAérgicas llamadas células en rueda de carro que se asemejan anatómica y químicamente a las células de Purkinje: reciben entradas de fibras paralelas, pero no tienen entradas que se parezcan a las fibras trepadoras. Las neuronas de salida de la DCN son células piramidales. Son glutamatérgicas, pero también se parecen a las células de Purkinje en algunos aspectos: tienen árboles dendríticos superficiales aplanados y espinosos que reciben impulsos de fibras paralelos, pero también tienen dendritas basales que reciben impulsos de las fibras del nervio auditivo, que viajan a través del NCD en una dirección en ángulos rectos a las fibras paralelas. El DCN está más desarrollado en roedores y otros animales pequeños, y está considerablemente reducido en primates. Su función no se comprende bien; las especulaciones más populares lo relacionan con la audición espacial de una forma u otra.

La mayoría de las especies de peces y anfibios poseen un sistema de línea lateral que detecta las ondas de presión en el agua. Una de las áreas del cerebro que recibe información primaria del órgano de la línea lateral, el núcleo octavolateral medial, tiene una estructura similar al cerebelo, con células granulares y fibras paralelas. En los peces electrosensibles, la entrada del sistema electrosensorial va al núcleo octavolateral dorsal, que también tiene una estructura similar al cerebelo. En los peces con aletas radiadas (con mucho, el grupo más grande), el techo óptico tiene una capa, la capa marginal, que es similar al cerebelo.

Todas estas estructuras parecidas al cerebelo parecen estar principalmente relacionadas con los sentidos más que con el motor. Todos ellos tienen células granulares que dan lugar a fibras paralelas que se conectan a neuronas tipo Purkinje con sinapsis modificables, pero ninguno tiene fibras trepadoras comparables a las del cerebelo; en cambio, reciben información directa de los órganos sensoriales periféricos. Ninguno tiene una función demostrada, pero la especulación más influyente es que sirven para transformar las entradas sensoriales de alguna manera sofisticada, tal vez para compensar los cambios en la postura del cuerpo. De hecho, James M. Bower y otros han argumentado, en parte sobre la base de estas estructuras y en parte sobre la base de estudios del cerebelo, que el cerebelo en sí mismo es fundamentalmente una estructura sensorial y que contribuye al control motor moviendo el cuerpo en una forma que controla las señales sensoriales resultantes. A pesar del punto de vista de Bower, también hay pruebas sólidas de que el cerebelo influye directamente en la actividad motora de los mamíferos.

Historia

Base del cerebro humano, dibujada por Andreas Vesalius en 1543

Descripciones

Incluso los primeros anatomistas pudieron reconocer el cerebelo por su apariencia distintiva. Aristóteles y Herófilo (citado en Galeno) lo llamaron παρεγκεφαλίς (parenkephalis), en contraposición al ἐγκέφαλος (enkephalos) o cerebro propiamente dicho. La extensa descripción de Galeno es la más antigua que se conserva. Especuló que el cerebelo era la fuente de los nervios motores.

No se produjeron más desarrollos significativos hasta el Renacimiento. Vesalius habló brevemente sobre el cerebelo, y Thomas Willis describió la anatomía más a fondo en 1664. Se realizaron más trabajos anatómicos durante el siglo XVIII, pero no fue hasta principios del siglo XIX que se obtuvieron los primeros conocimientos sobre la función del cerebelo. obtenido. Luigi Rolando en 1809 estableció el hallazgo clave de que el daño al cerebelo produce alteraciones motoras. Jean Pierre Flourens en la primera mitad del siglo XIX llevó a cabo un detallado trabajo experimental, que reveló que los animales con daño cerebeloso aún pueden moverse, pero con pérdida de coordinación (movimientos extraños, marcha torpe y debilidad muscular), y que la recuperación después de la lesión puede ser casi completa a menos que la lesión sea muy extensa. A principios del siglo XX, se aceptaba ampliamente que la función principal del cerebelo se relaciona con el control motor; la primera mitad del siglo XX produjo varias descripciones detalladas de los síntomas clínicos asociados con la enfermedad cerebelosa en humanos.

Etimología

El nombre cerebellum es un diminutivo de cerebrum (cerebro); se puede traducir literalmente como pequeño cerebro. El nombre en latín es una traducción directa del griego antiguo παρεγκεφαλίς (parenkephalis), que se utilizó en las obras de Aristóteles, el primer escritor conocido que describió la estructura. No se usa ningún otro nombre en la literatura en inglés, pero históricamente se han usado una variedad de nombres derivados del griego o del latín, incluidos cerebrum parvum, encefalo, encranion, cerebrum posterius y parencefalis.