Cerebelo - Cerebellum

Cerebelo
Gray677.png
Dibujo del cerebro humano, que muestra el cerebelo y la protuberancia
Animación del cerebelo small.gif
Ubicación del cerebelo humano (en rojo)
Detalles
Parte de Cerebro posterior
Artería SCA , AICA , PICA
Vena superior , inferior
Identificadores
latín Cerebelo
Malla D002531
NeuroNames 643
Identificación de NeuroLex birnlex_1489
TA98 A14.1.07.001
TA2 5788
FMA 67944
Términos anatómicos de la neuroanatomía

El cerebelo (en latín, "pequeño cerebro") es una característica importante del rombencéfalo de todos los vertebrados . Aunque suele ser más pequeño que el cerebro , en algunos animales, como los peces mórmidos , puede ser tan grande o incluso más grande. En los seres 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 el control emocional como la regulación de las respuestas al miedo y al 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 , precisión y sincronización precisa: recibe información de los sistemas sensoriales de la médula espinal y de otras partes del cerebro, e integra estas entradas para afinar la actividad motora. El daño cerebeloso produce trastornos en el movimiento fino , el equilibrio , la postura y el aprendizaje motor en los seres humanos.

Anatómicamente, el cerebelo humano tiene la apariencia de una estructura separada adherida a la parte inferior del cerebro, escondida 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 capa delgada y continua de tejido fuertemente doblada en el estilo de un acordeón . Dentro de esta fina capa hay varios tipos de neuronas con una disposición muy regular, siendo las más importantes las células de Purkinje y las células granulares . Esta compleja organización neuronal 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 papel directo 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 cerebelosa recibe dos tipos de entrada dramáticamente diferentes: uno comprende miles de entradas débiles de las fibras paralelas de las células granulares; el otro es una entrada extremadamente fuerte de una sola fibra de escalada . 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 en paralelo. Las observaciones de depresión a largo plazo en entradas de fibra paralelas han proporcionado cierto apoyo a teorías de este tipo, pero su validez sigue siendo controvertida.

Estructura

En el nivel de la anatomía macroscópica , el cerebelo consta de una capa de corteza fuertemente doblada , 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 altamente estereotipada. En un nivel intermedio, el cerebelo y sus estructuras auxiliares pueden separarse en varios cientos o miles de módulos que funcionan de forma independiente llamados "microzonas" o "microcompartimentos".

Anatomia asquerosa

Vista del cerebelo desde arriba y desde atrás

El cerebelo se encuentra en la fosa craneal posterior . El cuarto ventrículo , la protuberancia y la médula 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 "rombencéfalo". Como la corteza cerebral, el cerebelo se divide en dos hemisferios cerebelosos ; también contiene una zona de línea media estrecha (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 células granulares diminutas , el cerebelo contiene más neuronas que el total del 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 aproximadamente 3,6 veces más neuronas en el cerebelo que en el neocórtex, una proporción que se conserva en muchas especies de mamíferos diferentes.

El aspecto 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 doblada : la corteza cerebelosa . Cada cresta o circunvolución de esta capa se llama folio . 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 centímetros 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 sustancia gris de la corteza se encuentra la sustancia blanca , formada en gran parte por fibras nerviosas mielinizadas que van hacia y desde la corteza. Incrustados dentro de la materia blanca, que a veces se llama 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 , nombrados 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 transversales al 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 se realiza a través de fibras eferentes hacia los núcleos vestibulares y la formación reticular. Todo el cerebelo recibe impulsos moduladores 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 "desenrollado", colocando el vermis en un plano.

Según el aspecto de la superficie, se pueden distinguir tres lóbulos dentro del cerebelo: el lóbulo anterior (por encima de la fisura primaria ), el lóbulo posterior (por debajo de la fisura primaria) y el lóbulo floculonodular (por 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, existe una distinción más importante a lo largo de la dimensión medial a lateral. Dejando fuera 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 llama vermis cerebeloso . ( Vermis significa "gusano" en latín).

La región más pequeña, el lóbulo floculonodular, a menudo se llama 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 núcleos cerebelosos profundos que, a su vez, se proyectan tanto a la corteza cerebral como al tronco encefálico, 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 el lóbulo parietal ) a través de los núcleos pontinos (que forman vías cortico-ponto-cerebelosas) y envía la salida principalmente al tálamo ventrolateral (a su vez conectado a las áreas motoras de la corteza premotora y primaria motora). área de la corteza cerebral) y al núcleo rojo . Existe un 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 "sentarse" para "silla").

Microanatomia

Dos tipos de neuronas juegan un papel dominante en el circuito cerebeloso: las células de Purkinje y las células granulares . Tres tipos de axones también desempeñan papeles 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 a partir de 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 a las células de Purkinje y también envían colaterales directamente a los núcleos profundos. Las entradas de fibra musgosa y fibra trepadora llevan 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 gruesa capa granular, densamente empaquetada con células granulares, junto con interneuronas , principalmente células de Golgi, pero que también incluyen 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 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.

Microcircuitos del cerebelo
Abreviaturas y representaciones
 • (+): Conexión excitadora
 • (-): Conexión inhibidora
 • MF: Fibra musgosa
 • DCN: Núcleos cerebelosos profundos
 • IO: Olivo inferior
 • CF: Fibra trepadora
 • CFC: Fibra trepadora colateral
 • GC: Célula granular
 • PF: Paralelo fibra
 • PC: célula de Purkinje
 • GgC: célula de Golgi
 • SC: célula estrellada
 • BC: célula cesta
Sección transversal de un folio cerebeloso , que muestra los 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 enorme variedad de fibras paralelas, de la capa granular, que penetran en los árboles dendríticos de las células de Purkinje en ángulos rectos. 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 cerebelo humano (en naranja, de arriba a abajo 40X, 100X y 200X de aumento) teñidas de acuerdo con métodos publicados

Las células de Purkinje se encuentran entre las neuronas más distintivas del cerebro y 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: la rama de las dendritas muy profusamente, pero están muy aplanadas en un plano perpendicular a los pliegues cerebelosos. Así, las dendritas de una célula de Purkinje forman una densa red plana, a través de la cual pasan fibras paralelas en ángulo recto. Las dendritas están cubiertas con espinas dendríticas , cada una de las cuales recibe entrada sináptica de una fibra paralela. Las células de Purkinje reciben más entradas sinápticas que cualquier otro tipo de célula en el cerebro; las estimaciones del número de espinas en una sola célula de Purkinje humana llegan a 200.000. Los cuerpos celulares grandes y esféricos de las células de Purkinje se empaquetan en una capa estrecha (una célula de espesor) 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 inhibidores 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 animales que se comportan utilizando técnicas de registro extracelular . Las células de Purkinje normalmente emiten potenciales de acción a un ritmo elevado incluso en ausencia de la entrada sináptica. En animales que se comportan despiertos, son típicas frecuencias medias de alrededor de 40 Hz. Los trenes de picos muestran una mezcla de lo que se llaman 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 ocurren a tasas de línea base alrededor de 1 Hz y nunca a tasas mucho más altas de 10 Hz) se asocian de manera confiable con la activación de la fibra trepadora, mientras que picos simples se producen mediante una combinación de actividad de línea de base y entrada de fibra paralela. Los picos complejos suelen ir seguidos de una pausa de varios cientos de milisegundos durante la cual se suprime la actividad de los 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 nuevamente en el cerebro adulto, iniciando la organización de nuevos lóbulos cerebelosos.

Una célula de Purkinje de ratón inyectada con tinte fluorescente

Capa granular

Células granulosas (GR, abajo), fibras paralelas (líneas horizontales, arriba) y células de Purkinje (P, medio) con árboles dendríticos aplanados

Las células granulares cerebelosas , 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 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 cerebelosas. 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 . Estas ampliaciones son sitios de entrada excitadora de fibras musgosas y entrada inhibidora de células de Golgi .

Los axones delgados y amielínicos de las células granulares se elevan verticalmente hasta la capa superior (molecular) de la corteza, donde se dividen en dos, y cada rama se desplaza horizontalmente para formar una fibra paralela ; la división de la rama vertical en dos ramas horizontales da lugar a una forma de "T" distintiva. Una fibra humana paralela corre una media 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 corren, las fibras paralelas atraviesan los árboles dendríticos de las células de Purkinje, contactando una de cada 3-5 que pasan, lo que hace un total de 80-100 conexiones sinápticas con las espinas dendríticas de las células de Purkinje. Las células granulares usan glutamato como su neurotransmisor y, por lo tanto, ejercen efectos excitadores sobre sus objetivos.

Diagrama de las capas de la corteza cerebelosa que muestra un glomérulo en la capa granular.

Las células granulares reciben todo su aporte de fibras musgosas, pero las superan en número en 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 recodificada de una manera mucho más amplia. 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 célula granular recibiendo entrada de sólo 4-5 fibras musgosas, una célula granular no respondería si solo una de sus entradas estuviera activa, pero respondería si más de una estuviera activa. Este esquema de codificación combinatoria potencialmente permitiría que el cerebelo hiciera distinciones mucho más precisas entre los patrones de entrada de lo que permitirían las fibras musgosas por sí solas.

Fibras cubiertas de musgo

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 unos 200 millones. Estas fibras forman sinapsis excitadoras con las células granulares y las células de los núcleos cerebelosos profundos. Dentro de la capa granular, una fibra musgosa genera una serie de ampliaciones llamadas rosetas . Los contactos entre las fibras musgosas y las dendritas de 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 granulosas en contacto con él. Los terminales de las células de Golgi se infiltran en la estructura y crean sinapsis inhibidoras en las dendritas de las células granulares. Todo el conjunto está rodeado por una vaina de células gliales. Cada fibra cubierta de musgo envía ramas colaterales a varias folias cerebelosas, generando un total de 20 a 30 rosetas; por tanto, una sola fibra musgosa entra en contacto con unas 400-600 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 aceituna inferior se encuentra en el bulbo raquídeo y recibe impulsos 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 ingresar a la corteza cerebelosa, donde se divide en aproximadamente 10 ramas terminales, cada una de las cuales da entrada a una sola célula de Purkinje. En sorprendente contraste con las más de 100.000 entradas de fibras paralelas, cada celda de Purkinje recibe información de exactamente una fibra trepadora; pero esta única fibra "trepa" por las dendritas de la célula de Purkinje, se enrolla alrededor de ellas y hace 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 celda 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 carece de entradas de fibra paralelas.

Las fibras trepadoras se disparan a velocidades bajas, pero un solo potencial de acción de fibra trepadora induce una explosión de varios potenciales de acción en una célula de Purkinje objetivo (un pico complejo). El contraste entre las entradas de fibra paralela y de fibra trepadora a las células de Purkinje (más de 100.000 de un tipo frente a exactamente una del otro tipo) es quizás la característica más provocativa de la anatomía cerebelosa y ha motivado gran parte de la teorización. 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 fibra trepadora 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 se han defendido ampliamente 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 se intenta juntar las diferentes vistas, no aparece una imagen coherente de lo que hacen las fibras trepadoras. Para la mayoría de los investigadores, las fibras trepadoras señalan errores en el desempeño del motor, ya sea en la forma habitual de modulación de frecuencia de descarga o como un solo anuncio 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

Corte transversal sagital del cerebelo humano, que muestra el núcleo dentado, así como la protuberancia y el núcleo olivar inferior.

Los núcleos profundos del cerebelo son grupos de materia gris que se encuentran dentro de la sustancia blanca en el núcleo del cerebelo. Son, con la menor 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 señales inhibidoras de las células de Purkinje de la corteza cerebelosa. Los cuatro núcleos ( dentado , globoso , emboliforme y fastigial ) se comunican cada uno con diferentes partes del cerebro y la corteza cerebelosa. (Los núcleos globoso y emboliforme también se denominan 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 materia 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 hacia los núcleos profundos; su salida va hacia 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 su 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 , la fuente de fibras trepadoras . Por tanto, la proyección nucleo-olivar proporciona una retroalimentación inhibitoria para igualar la proyección excitadora de las fibras trepadoras a los núcleos. Existe evidencia de que cada pequeño grupo de células nucleares se proyecta hacia el mismo grupo de células olivares que le envían fibras trepadoras; hay una topografía fuerte y coincidente en ambas direcciones.

Cuando un axón de la célula de Purkinje entra en uno de los núcleos profundos, se ramifica para hacer contacto con células nucleares grandes y pequeñas, pero el número total de células en contacto es solo de 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 cerebelosa.

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

Los primeros indicios de estructura compartimental provienen 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 una disposición que se ha llamado "somatotopía fracturada". Se obtiene una indicación más clara de compartimentación mediante inmunotinción del cerebelo para ciertos tipos de proteínas. Los más conocidos de estos marcadores se denominan "cebrinas", porque la tinción de ellos da lugar a un patrón complejo que recuerda a las rayas de una cebra. Las rayas generadas por cebrinas y otros marcadores de compartimentación están orientadas perpendicularmente a los pliegues cerebelosos, es decir, son estrechas en la dirección mediolateral, pero mucho más extendidas en la 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 finales 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 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 ángulos rectos.

No son solo los campos receptivos los que definen la estructura de la microzona: la entrada de fibras trepadoras del núcleo olivar inferior es igualmente importante. Las ramas de una fibra trepadora (que suelen sumar unas 10) suelen activar las células de Purkinje que pertenecen a la misma microzona. Además, las neuronas olivares que envían fibras trepadoras a la misma microzona tienden a estar acopladas por uniones gap , que sincronizan su actividad, lo que hace que las células de Purkinje dentro de una microzona muestren una actividad de pico compleja correlacionada en una escala de tiempo de milisegundos. Además, 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 de la cesta son mucho más largos en la dirección longitudinal que en la dirección mediolateral, lo que hace que estén confinados en gran medida 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 la evidencia de que las propias microzonas forman parte de una entidad más grande que llaman microcomplejo multizona. 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 anteroinferior (AICA) y la arteria cerebelosa posteroinferior (PICA). El SCA irriga 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 posterior inferior. El AICA irriga la parte frontal de la superficie inferior del cerebelo. El 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 inerva 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 los seres humanos con disfunción cerebelosa presentan, sobre todo, problemas de control motor, en el mismo lado del cuerpo que la parte dañada del cerebelo. Siguen siendo capaces de generar actividad motora pero pierden precisión, produciendo movimientos erráticos, descoordinados o mal sincronizados. Una prueba estándar de la función cerebelosa es alcanzar con la punta del dedo un objetivo con el brazo extendido: una persona sana moverá la yema del dedo en una trayectoria recta rápida, mientras que una persona con daño cerebeloso alcanzará lenta y erráticamente, con muchos medios. -Correcciones de curso. 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 o 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 los hallazgos más recientes han cuestionado ese punto de vista. Los estudios de imágenes funcionales han demostrado la 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 áreas no motoras de la corteza cerebral; y se ha reconocido una variedad de síntomas no motores en personas con daños que parecen estar confinados al cerebelo. En particular, se ha descrito el síndrome afectivo cognitivo cerebeloso o síndrome de Schmahmann en adultos y niños. Las estimaciones basadas en el mapeo funcional del cerebelo mediante resonancia magnética 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 todos, se presume, realizan el mismo cálculo. Si las conexiones de entrada y salida de un módulo son con áreas de motor (como 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 conductuales. Por tanto, el cerebelo se ha visto implicado en la regulación de muchos rasgos funcionales diferentes, como el afecto, la emoción y el comportamiento. El cerebelo, propone Doya, se entiende mejor como una selección de acciones predictivas 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. .

Principios

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

  1. Procesamiento feedforward : el cerebelo se diferencia de la mayoría de las otras partes del cerebro (especialmente la corteza cerebral) en que el procesamiento de señales es casi por completo feedforward , 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 inhibición mutua; no hay circuitos mutuamente excitadores. Este modo de funcionamiento anticipado significa que el cerebelo, a diferencia de la corteza cerebral, no puede generar patrones autosostenidos de actividad neuronal. Las señales ingresan al circuito, son procesadas por cada etapa en orden secuencial y luego salen. Como escribieron 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 desempeño del cerebelo como computadora, porque lo que el resto del sistema nervioso requiere de la el cerebelo presumiblemente no es una salida que exprese el funcionamiento de complejos circuitos de reverberación en el cerebelo, sino más bien una respuesta rápida y clara a la entrada de cualquier conjunto particular de información ".
  2. Divergencia y convergencia : en el cerebelo humano, la información de 200 millones de entradas de fibra musgosa se expande a 40 mil millones de células granulares , cuyas salidas de fibra paralelas luego convergen en 15 millones de células de Purkinje . Debido a la forma en que están alineadas longitudinalmente, las aproximadamente 1000 células de Purkinje que pertenecen a una microzona pueden recibir entrada de hasta 100 millones de fibras paralelas y enfocar su propia salida hacia un grupo de menos de 50 células nucleares profundas . Por lo tanto, la red cerebelosa recibe un número modesto de entradas, las procesa de manera muy extensa 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 cerebeloso se divide funcionalmente en módulos más o menos independientes, que probablemente se cuentan entre cientos y miles. Todos los módulos tienen una estructura interna similar, pero diferentes entradas y salidas. Un módulo (un microcompartimento multizona en la terminología de Apps y Garwicz) consta de un pequeño grupo de neuronas en el núcleo olivar inferior, un conjunto de tiras largas y estrechas de células de Purkinje en la corteza cerebelosa (microzonas) y un pequeño grupo de neuronas en uno de los núcleos cerebelosos profundos. Los diferentes módulos comparten la entrada de fibras musgosas y fibras paralelas, pero en otros aspectos parecen funcionar de forma independiente; la salida de un módulo no parece influir significativamente en la actividad de otros módulos.
  4. Plasticidad : las sinapsis entre las fibras paralelas y las células de Purkinje, y las sinapsis entre las fibras musgosas y las células nucleares profundas, son susceptibles de modificar su fuerza. En un solo módulo cerebeloso, 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. Esta disposición ofrece una enorme flexibilidad para ajustar la relación entre las entradas y salidas del cerebelo.

Aprendiendo

Existe evidencia considerable 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 cerebelo mismo o si simplemente sirve para proporcionar señales que promueven 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 de fibras paralelas - células de Purkinje . Marr supuso que la entrada de fibra ascendente haría que las entradas de fibra paralela activadas sincrónicamente se fortalecieran. La mayoría de los modelos posteriores de aprendizaje del cerebelo, sin embargo, han seguido a Albus al suponer que la actividad de las fibras trepadoras sería una señal de error y provocaría el debilitamiento de las entradas de fibras paralelas activadas sincrónicamente. Algunos de estos modelos posteriores, como el modelo de filtro adaptativo de Fujita, intentaron comprender la función del cerebelo en términos de la teoría del control óptimo .

La idea de que la actividad de las fibras trepadoras funciona como una señal de error ha sido examinada en muchos estudios experimentales, algunos la apoyan pero otros arrojan dudas. En un estudio pionero de Gilbert y Thach de 1977, las células de Purkinje de los monos que aprenden 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 que el rendimiento era deficiente. Varios estudios sobre el aprendizaje motor en gatos observaron una actividad de picos compleja cuando había un desajuste entre un movimiento intencionado y el movimiento que realmente se ejecutó. Los estudios del reflejo vestíbulo-ocular (que estabiliza la imagen visual en la retina cuando la cabeza gira) encontraron que la actividad de las fibras trepadoras indicaba un "deslizamiento retiniano", aunque no de una manera muy sencilla.

Una de las tareas de aprendizaje cerebeloso más estudiadas es el paradigma de condicionamiento del parpadeo , en el que un estímulo condicionado neutro (CS), como un tono o una luz, se empareja repetidamente con un estímulo no condicionado (EE. UU.), Como una bocanada de aire, que provoca una respuesta de parpadeo. Después de tales presentaciones repetidas de la CS y la EE. UU., La CS eventualmente provocará un parpadeo antes de la EE. UU., Una respuesta condicionada o RC. Los experimentos mostraron que las lesiones localizadas en una parte específica del núcleo interpuesto (uno de los núcleos cerebelosos profundos) o en algunos puntos específicos de la corteza cerebelosa abolirían el aprendizaje de una respuesta de parpadeo cronometrada condicionalmente. Si las salidas cerebelosas se inactivan farmacológicamente mientras se dejan las entradas y los circuitos intracelulares intactos, el aprendizaje tiene lugar incluso cuando el animal no muestra ninguna respuesta, mientras que, si se interrumpen los circuitos intracerebelosos, no se produce ningún aprendizaje; estos hechos, tomados en conjunto, constituyen un caso sólido de que el aprendizaje, de hecho, ocurre dentro del cerebelo.

Teorías y modelos computacionales

Modelo de un perceptrón cerebeloso, 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 la teorización; tal vez haya más teorías sobre la función del cerebelo que sobre cualquier otra parte del cerebro. La distinción más básica entre ellas es entre "teorías del aprendizaje" y "teorías del desempeño", es decir, teorías que hacen uso de la plasticidad sináptica dentro del cerebelo para explicar su papel en el aprendizaje, frente a las teorías que explican los aspectos del comportamiento continuo en el cerebro. base del procesamiento de señales cerebelosas. Varias teorías de ambos tipos se han formulado como modelos matemáticos y se han simulado utilizando computadoras.

Quizás la teoría más temprana de la "ejecución" fue la hipótesis de la "línea de retardo" 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 defendiendo versiones modificadas. La hipótesis de que el cerebelo funciona esencialmente como un sistema de sincronización también ha sido defendida por Richard Ivry. Otra teoría influyente del "rendimiento" es la teoría de la red Tensorial de Pellionisz y Llinás , que proporcionó una formulación matemática avanzada de la idea de que el cálculo fundamental realizado por el cerebelo es transformar coordenadas sensoriales en motoras.

Casi todas las teorías en la categoría de "aprendizaje" derivan de publicaciones de Marr y Albus. El artículo de 1969 de Marr 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 cerebelosa de Purkinje funciona como un perceptrón , un dispositivo de aprendizaje abstracto inspirado en las neuronas. 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 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 modelo cerebeloso), que ha sido probado en varias aplicaciones.

Significación clínica

Ilustración de 1912 de la marcha alterada de una mujer con enfermedad cerebelosa
El trazo inferior muestra un intento de un paciente con enfermedad cerebelosa de reproducir el trazo 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 dañado. El daño al lóbulo floculonodular puede manifestarse como una pérdida del equilibrio y, en particular, una marcha irregular y alterada, con una postura amplia causada por la dificultad para mantener el equilibrio. El daño a la zona lateral generalmente causa problemas en los movimientos voluntarios y planificados capacitados 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 parte 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 manos, así como dificultades en la velocidad. Este complejo de síntomas motores se llama ataxia .

Para identificar problemas cerebelosos, 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 está indicada una 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, incluyendo apoplejía , hemorragia , hinchazón del cerebro ( edema cerebral ), tumores , alcoholismo , traumatismos físicos como heridas de bala o explosivos, y enfermedades crónicas degenerativas como la atrofia olivopontocerebelosa . Algunas formas de migraña también pueden producir una disfunción temporal del cerebelo, de gravedad variable. La infección puede provocar daño cerebeloso en afecciones 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 de los centenarios según un biomarcador epigenético de la edad del tejido conocido como reloj epigenético : es aproximadamente 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 cuestión no es muy grande.

Trastornos del desarrollo y degenerativos.

Imagen ecográfica de la cabeza fetal a las 19 semanas de gestación en un corte axial modificado que muestra el cerebelo fetal normal y la cisterna magna

Las malformaciones congénitas, los trastornos hereditarios y las afecciones adquiridas pueden afectar la estructura del cerebelo y, en consecuencia, la función del cerebelo. A menos que la afección causal 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 18 y 20 semanas 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 sónica endógena de hedgehog estimula la rápida proliferación de progenitores de neuronas granulares cerebelosas (CGNP) en la capa granular externa (EGL). El desarrollo cerebeloso ocurre durante la embriogénesis tardía y el período postnatal temprano, con la proliferación de CGNP en el EGL alcanzando su punto máximo durante el desarrollo temprano (día 7 postnatal en el ratón). A medida que los CGNP se diferencian terminalmente en células granulares cerebelosas (también llamadas neuronas granulares cerebelosas, CGN), migran a la capa granular interna (IGL), formando el cerebelo maduro (en el día 20 postnatal en el ratón). Las mutaciones que activan de forma anormal la señalización del erizo sónico predisponen al cáncer de cerebelo ( meduloblastoma ) en humanos con síndrome de Gorlin y en modelos de ratones modificados genéticamente .

Malformación congénita o subdesarrollo ( hipoplasia ) del vermis cerebeloso es una característica tanto de síndrome de Dandy-Walker y síndrome de Joubert . En casos muy raros, todo el cerebelo puede estar ausente. Los trastornos neurológicos hereditarios de la enfermedad de Machado-Joseph , la ataxia telangiectasia y la ataxia de Friedreich provocan una neurodegeneración progresiva relacionada con la pérdida del cerebelo. Las malformaciones congénitas del cerebro fuera del cerebelo pueden, a su vez, causar una herniación del tejido cerebeloso , como se observa 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 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 neuronal en el cerebro. cerebelo. Atrofia cerebelosa puede resultar de una deficiencia aguda de vitamina B1 ( tiamina ) como se ve en beriberi y en el síndrome de Wernicke-Korsakoff , o vitamina E deficiencia.

Se ha observado atrofia cerebelosa en muchos otros trastornos neurológicos, incluida la enfermedad de Huntington , la esclerosis múltiple , el temblor esencial , la epilepsia mioclónica progresiva y la enfermedad de Niemann-Pick . Atrofia cerebelosa también puede ocurrir como resultado de la exposición a las toxinas que incluyen metales pesados o farmacéutica o drogas recreativas .

Dolor

Existe un consenso general de que el cerebelo participa en el procesamiento del dolor. El cerebelo recibe impulsos de dolor tanto de las vías cortico-cerebelosas descendentes como de las vías espino-cerebelosas ascendentes, a través de los núcleos pontinos y las aceitunas inferiores. Parte de esta información se transfiere al sistema motor induciendo una evitación motora consciente del dolor, clasificada según la intensidad del dolor.

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

Anatomía y evolución comparadas

Corte transversal del cerebro de un marrajo sardinero , con el cerebelo resaltado en azul

Los circuitos del cerebelo son similares en todas las clases de vertebrados , incluidos peces, reptiles, aves y mamíferos. También hay una estructura cerebral análoga en los 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 en 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 seres humanos son típicos de los mamíferos, pero el cerebelo es, en general, un lóbulo mediano único 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, se diferencia en la estructura interna del cerebelo de los mamíferos: el cerebelo de los peces no contiene núcleos cerebelosos profundos discretos . En cambio, los objetivos principales de las células de Purkinje son un tipo distinto de célula distribuida a través de la corteza cerebelosa, un tipo que no se ve en los mamíferos. En los peces mormyrid (una familia de peces de agua dulce débilmente electrosensibles), el cerebelo es considerablemente más grande que el resto del cerebro. La mayor parte es una estructura especial llamada valvula , que tiene una arquitectura inusualmente regular y recibe gran parte de su entrada 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 evolucionaron hasta convertirse en grandes simios, continuó la expansión de los lóbulos laterales, junto con la expansión de los lóbulos frontales del neocórtex. En los homínidos ancestrales y en el Homo sapiens hasta el Pleistoceno medio , el cerebelo continuó expandiéndose, pero los lóbulos frontales se expandieron más rápidamente. Sin embargo, es posible que el período más reciente de la evolución humana se haya asociado con un aumento en el tamaño relativo del cerebelo, ya que el neocórtex redujo un poco su tamaño mientras que el cerebelo se expandió. El tamaño del cerebelo humano, en comparación con el resto del cerebro, ha ido aumentando de tamaño mientras que el cerebro disminuyó. 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 se pueden explicar 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 parecidas 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 . La 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 de rueda de carro que se asemejan anatómica y químicamente a las células de Purkinje; reciben entrada de fibras paralelas, pero no tienen entradas que se asemejen a 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 entrada de fibra paralela, pero también tienen dendritas basales que reciben entrada de fibras del nervio auditivo, que viajan a través de la DCN en una dirección en ángulos rectos a las fibras paralelas. La DCN está más desarrollada en roedores y otros animales pequeños, y se reduce considerablemente 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 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 tectum óptico tiene una capa, la capa marginal, que es similar al cerebelo.

Todas estas estructuras similares al cerebelo parecen estar relacionadas principalmente con los sentidos más que con la motricidad. Todos tienen células granulares que dan lugar a fibras paralelas que se conectan a neuronas similares a Purkinje con sinapsis modificables , pero ninguna 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, quizás para compensar los cambios en la postura corporal. 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 cerebelosos, que el cerebelo en sí es fundamentalmente una estructura sensorial y que contribuye al control motor al mover el cuerpo en una forma que controla las señales sensoriales resultantes. A pesar del punto de vista de Bower, también hay una fuerte evidencia de que el cerebelo influye directamente en la producción motora de los mamíferos.

Historia

Base del cerebro humano, dibujado por Andreas Vesalius en 1543

Descripciones

Incluso los primeros anatomistas pudieron reconocer el cerebelo por su apariencia distintiva. Aristóteles y Herophilus (citado en Galeno ) lo llamaron παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), en oposición 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 discutió brevemente el cerebelo, y Thomas Willis describió la anatomía más a fondo en 1664. Se realizó más trabajo anatómico durante el siglo XVIII, pero no fue hasta principios del siglo XIX cuando se dieron los primeros conocimientos sobre la función del cerebelo. adquirido. Luigi Rolando en 1809 estableció el hallazgo clave de que el daño al cerebelo provoca alteraciones motoras. Jean Pierre Flourens en la primera mitad del siglo XIX llevó a cabo un trabajo experimental detallado, que reveló que los animales con daño cerebeloso aún pueden moverse, pero con una pérdida de coordinación (movimientos extraños, andar torpe y debilidad muscular), y esa recuperación después la lesión puede estar casi completa a menos que sea muy extensa. A principios del siglo XX, se aceptó 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 cerebelo es un diminutivo de cerebro (cerebro); se puede traducir literalmente como cerebro pequeño . El nombre latino 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 utiliza ningún otro nombre en la literatura en idioma inglés, pero históricamente se han utilizado una variedad de nombres derivados del griego o del latín, incluidos cerebrum parvum , encephalion , encranion , cerebrum posterius y parencephalis .

Referencias

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