Cerebelo
Estructura en la parte posterior del cerebro de los vertebrados, debajo del cerebro.
Cerebelo
Posición del cerebelo humano (vista sagital)
Animación del cerebelo
Detalles
Pronunciación/ ˌ s ɛ r ə ˈ b ɛ l ə m /
Parte deCerebro posterior
ArteríaSCA , AICA , PICA
VenaSuperior , inferior
Identificadores
latíncerebelo
MallaD002531
Nombres neuronales643
Identificación de NeuroLexbirnlex_1489
TA98A14.1.07.001
TA25788
FMA67944
Términos anatómicos de la neuroanatomía
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El cerebelo ( pl.: cerebela o cerebelos ; en latín, "cerebro pequeño") es una característica importante del rombencéfalo de todos los vertebrados . Aunque suele ser más pequeño que el cerebro , en algunos animales, como los peces mormíridos, puede ser tan grande como él o incluso más grande. [1] En los humanos, el cerebelo desempeña un papel importante en el control motor y las funciones cognitivas, como la atención y el lenguaje, así como en el control emocional , como la regulación de las respuestas al miedo y al placer, [2] [3] [4] 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 estas entradas para afinar la actividad motora. [5] El daño cerebeloso produce trastornos en el movimiento fino , el equilibrio , la postura y el aprendizaje motor en los humanos. [5]

Anatómicamente, el cerebelo humano tiene la apariencia de una estructura separada unida a la parte inferior del cerebro, escondida debajo de los hemisferios cerebrales . Su superficie cortical está cubierta de 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 fuertemente plegado al 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. [6]

Además de su papel directo en el control motor, el cerebelo es necesario para varios tipos de aprendizaje motor , en particular el aprendizaje para 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 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 trepadora . [7] 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 las fibras paralelas. Las observaciones de depresión a largo plazo en las entradas de las fibras paralelas han proporcionado cierto apoyo a las teorías de este tipo, pero su validez sigue siendo controvertida. [8]

Estructura

A nivel de anatomía macroscópica , el cerebelo consiste en una capa de corteza fuertemente plegada , con materia blanca debajo y un ventrículo lleno de líquido en la base. Cuatro núcleos cerebelosos profundos están incrustados en la materia blanca. [9] Cada parte de la corteza consiste en el mismo conjunto pequeño de elementos neuronales, dispuestos en una geometría altamente estereotipada. A un nivel intermedio, el cerebelo y sus estructuras auxiliares pueden separarse en varios cientos o miles de módulos que funcionan independientemente llamados "microzonas" o "microcompartimentos".

Anatomía macroscópica

Vista del cerebelo desde arriba y desde atrás.

El cerebelo está ubicado en la fosa craneal posterior . El cuarto ventrículo , la protuberancia y el bulbo raquídeo se encuentran delante del cerebelo. [10] Está separado del cerebro suprayacente por una capa de duramadre coriácea , el tentorio cerebeloso ; todas sus conexiones con otras partes del cerebro pasan por 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". Al igual que la corteza cerebral, el cerebelo se divide en dos hemisferios cerebelosos ; también contiene una zona media estrecha (el vermis ). Por convención, se utiliza un conjunto de grandes pliegues 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 cerebral total. [11] La cantidad de neuronas en el cerebelo está relacionada con la cantidad de neuronas en el neocórtex . 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. [12]

La inusual apariencia superficial del cerebelo oculta el hecho de que la mayor parte de su volumen está formado por una capa de materia gris muy apretada : la corteza cerebelosa . Cada cresta o giro de esta capa se denomina folium . La resonancia magnética de alta resolución descubre que la corteza cerebelosa humana adulta tiene un área de 730 cm cuadrados, [13] empaquetada dentro de un volumen de dimensiones de 6 cm × 5 cm × 10 cm. [11] Debajo de la materia gris de la corteza se encuentra la materia blanca , compuesta en gran parte de 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 sección transversal, hay cuatro núcleos cerebelosos profundos , compuestos de materia gris. [14]

El cerebelo está conectado a diferentes partes del sistema nervioso por tres pares de pedúnculos cerebelosos : el pedúnculo cerebeloso superior , el pedúnculo cerebeloso medio y el pedúnculo cerebeloso inferior , llamados así por su posición relativa al vermis. El pedúnculo cerebeloso superior es principalmente una salida hacia la corteza cerebral, que lleva fibras eferentes a través de los núcleos talámicos hacia 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 entrada 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 entradas de fibras aferentes de los núcleos vestibulares, la médula espinal y el tegmento. Las salidas del pedúnculo inferior se realizan a través de fibras eferentes a los núcleos vestibulares y la formación reticular. Todo el cerebelo recibe entradas moduladoras del núcleo olivar inferior a través del pedúnculo cerebeloso inferior. [6]

Subdivisiones

Representación esquemática de las principales subdivisiones anatómicas del cerebelo. Vista superior de un cerebelo "desenrollado", colocando el vermis en un plano.

Según la apariencia de la superficie, se pueden distinguir tres lóbulos dentro del cerebelo: el lóbulo anterior (encima de 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 medial a lateral. Dejando de lado el lóbulo floculonodular, que tiene conexiones y funciones distintas, el cerebelo se puede analizar funcionalmente en un sector medial llamado espinocerebelo y un sector lateral más grande llamado cerebrocerebelo . [14] Una franja estrecha de tejido que sobresale a lo largo de la línea media se llama vermis cerebeloso . ( Vermis en latín significa "gusano"). [14]

La región más pequeña, el lóbulo floculonodular, se suele denominar vestibulocerebelo . Es la parte más antigua en términos evolutivos (archicerebelo) y participa principalmente en el equilibrio y la orientación espacial; sus conexiones primarias son con los núcleos vestibulares , aunque también recibe información visual y de otros sentidos. Los daños en esta región provocan trastornos del equilibrio y la marcha . [14]

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 de 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 . [15] Envía fibras a los 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. [14]

La zona lateral, que en los humanos es con diferencia la parte más grande, 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 las vías cortico-ponto-cerebelosas), y envía información principalmente al tálamo ventrolateral (a su vez conectado a las áreas motoras de la corteza premotora y al área motora primaria de la corteza cerebral) y al núcleo rojo . [14] Hay 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, [16] en la evaluación de la información sensorial para la acción, [14] y en una serie de funciones puramente cognitivas, como la determinación del verbo que mejor se adapta a un determinado sustantivo (como en "sentarse" en lugar de "silla"). [17] [18] [19] [20]

Microanatomía

Dos tipos de neuronas desempeñan papeles dominantes en el circuito cerebeloso: las células de Purkinje y las células granulares . Tres tipos de axones también desempeñan papeles dominantes: las fibras musgosas y las fibras trepadoras (que entran en el cerebelo desde el exterior) y las 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 las fibras musgosas y las fibras trepadoras, y ambas terminan finalmente en los núcleos cerebelosos profundos. [11]

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. [11] Las entradas de las fibras musgosas y las fibras trepadoras llevan información específica de la fibra; el cerebelo también recibe entradas dopaminérgicas , serotoninérgicas , noradrenérgicas y colinérgicas que presumiblemente realizan una modulación global. [21]

La corteza cerebelosa se divide en tres capas. En la parte inferior se encuentra la capa granular gruesa, densamente poblada de 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 enorme variedad de fibras paralelas que penetran en los árboles dendríticos de las células de Purkinje en ángulos rectos. 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 células en cesta forman sinapsis GABAérgicas en las dendritas de las células de Purkinje. [11]

Capas de la corteza cerebelosa

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 los árboles dendríticos de las células de Purkinje en ángulos rectos. La capa molecular también contiene dos tipos de interneuronas inhibidoras: las células estrelladas y las células en cesta . Tanto las células estrelladas como las células en cesta forman sinapsis GABAérgicas con las dendritas de las células de Purkinje. [11]

Capa de Purkinje
Células de Purkinje en el cerebelo humano (en naranja, de arriba a abajo con aumentos de 40X, 100X y 200X) teñidas según métodos publicados [22]

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: las dendritas se ramifican muy profusamente, pero están severamente aplanadas en un plano perpendicular a los pliegues cerebelosos. Por lo tanto, las dendritas de una célula de Purkinje forman una red plana densa, a través de la cual pasan fibras paralelas en ángulos rectos. [11] 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 información sináptica 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. [11] Los cuerpos celulares grandes y esféricos de las células de Purkinje están agrupados en una capa estrecha (de 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 alrededor de 1.000 contactos cada uno con varios tipos de células nucleares, todas dentro de un pequeño dominio. Las células de Purkinje utilizan GABA como su neurotransmisor y, por lo tanto, ejercen efectos inhibidores sobre sus objetivos. [11]

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 en comportamiento utilizando técnicas de registro extracelular . Las células de Purkinje normalmente emiten potenciales de acción a una alta tasa incluso en ausencia de la entrada sináptica. En animales despiertos y en comportamiento, las tasas medias de alrededor de 40 Hz son típicas. Los trenes de espigas muestran una mezcla de lo que se llama espigas simples y complejas. Una espiga simple es un potencial de acción único seguido de un período refractario de aproximadamente 10 ms; una espiga compleja es una secuencia estereotipada de potenciales de acción con intervalos entre espigas muy cortos y amplitudes decrecientes. [23] Los estudios fisiológicos han demostrado que las espigas complejas (que ocurren a tasas basales de alrededor de 1 Hz y nunca a tasas mucho mayores de 10 Hz) están asociadas de manera confiable con la activación de fibras trepadoras, mientras que las espigas simples se producen por una combinación de actividad basal y entrada de fibras paralelas. 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. [24]

Una característica específica y reconocible de las neuronas de Purkinje es la expresión de calbindina . [25] La tinción de 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. [26]

Una célula de Purkinje de ratón inyectada con un tinte fluorescente
Capa granular
Células granulares (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 seres humanos, se estima que su número total promedia alrededor de 50 mil millones, lo que significa que aproximadamente 3/4 de las neuronas del cerebro son células granulares cerebelosas. [11] 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 ensanchamiento llamado garra dendrítica . [11] Estos ensanchamientos son sitios de entrada excitatoria de fibras musgosas y entrada inhibidora de células de Golgi . [11]

Los axones delgados y no mielinizados de las células granulares ascienden verticalmente hasta la capa superior (molecular) de la corteza, donde se dividen en dos, y cada rama viaja horizontalmente para formar una fibra paralela ; la división de la rama vertical en dos ramas horizontales da lugar a una forma distintiva de "T". 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). [11] A medida que avanzan, las fibras paralelas pasan a través de los árboles dendríticos de las células de Purkinje, contactando uno de cada 3-5 por los que pasan, lo que hace un total de 80-100 conexiones sinápticas con las espinas dendríticas de las células de Purkinje. [11] Las células granulares utilizan el glutamato como neurotransmisor y, por lo tanto, ejercen efectos excitatorios sobre sus objetivos. [11]

Diagrama de las capas de la corteza cerebelosa que muestra un glomérulo 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 los 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 registrada 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 animales en comportamiento, 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 podrían codificar combinaciones de entradas de fibras musgosas. La idea es que con cada célula granular recibiendo información de solo 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 al cerebelo hacer distinciones mucho más finas entre los patrones de entrada de lo que permitirían las fibras musgosas solas. [27]

Fibras musgosas

Las fibras musgosas entran en la capa granular desde sus puntos de origen, muchas de ellas 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. [11] 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 fibras musgosas en su centro y hasta 20 garras dendríticas de células granulares en contacto con ella. Las terminales de las células de Golgi se infiltran en la estructura y realizan sinapsis inhibidoras en las dendritas de las células granulares. Todo el conjunto está rodeado por una vaina de células gliales. [11] Cada fibra musgosa envía ramas colaterales a varias folias cerebelosas, generando un total de 20 a 30 rosetas; por lo tanto, una sola fibra musgosa hace contacto con un estimado de 400 a 600 células granulares. [11]

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 va completamente 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 proporciona información a una sola célula de Purkinje. [11] En marcado contraste con las más de 100.000 entradas de fibras paralelas, cada célula de Purkinje recibe información de exactamente una fibra trepadora; pero esta única fibra "trepa" por las dendritas de la célula de Purkinje, enroscándose alrededor de ellas y haciendo un total de hasta 300 sinapsis a medida que avanza. [11] La entrada neta es tan fuerte que un único potencial de acción de una fibra trepadora es capaz de producir una espiga compleja extendida en la célula de Purkinje: una ráfaga de varias espigas seguidas, con amplitud decreciente, seguida de una pausa durante la cual se suprime la actividad. Las sinapsis de la fibra trepadora cubren el cuerpo celular y las dendritas proximales; esta zona está desprovista de entradas de fibras paralelas. [11]

Las fibras trepadoras se activan a un ritmo bajo, pero un único potencial de acción de una fibra trepadora induce una ráfaga de varios potenciales de acción en una célula de Purkinje diana (una espiga compleja). El contraste entre las entradas de fibras paralelas y fibras trepadoras 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 en relación con el cerebelo. Hay dos escuelas de pensamiento, una que sigue a Marr y Albus y sostiene que la entrada de las fibras trepadoras sirve principalmente como señal de enseñanza, y la otra que sostiene que su función es dar forma directamente a la salida cerebelosa. Ambas opiniones se han defendido en gran medida en numerosas publicaciones. En palabras de una reseña: “Al intentar sintetizar las distintas hipótesis sobre la función de las fibras trepadoras, uno tiene la sensación de estar mirando un dibujo de Escher. Cada punto de vista parece explicar una determinada 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 reside en el grado de sincronía y ritmicidad del conjunto entre una población de fibras trepadoras”. [24]

Núcleos profundos

Sección transversal sagital del cerebelo humano, que muestra el núcleo dentado, así como el puente y el núcleo olivar inferior.

Los núcleos profundos del cerebelo son cúmulos 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 entrada inhibitoria 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 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 otros, está formado como una capa delgada y contorneada 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 se dirige en cambio a los núcleos vestibulares. [11]

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 utilizan glutamato como su neurotransmisor. Estas células proyectan a una variedad de objetivos fuera del cerebelo. Entremezcladas con ellas hay un número menor de células pequeñas, que utilizan GABA como neurotransmisor y proyectan exclusivamente al núcleo olivar inferior , la fuente de fibras trepadoras . Por lo tanto, la proyección nucléo-olivar proporciona una retroalimentación inhibidora para hacer coincidir la proyección excitatoria de las fibras trepadoras a los núcleos. Hay evidencia de que cada pequeño grupo de células nucleares proyecta al mismo grupo de células olivares que le envían fibras trepadoras; hay una topografía fuerte y coincidente en ambas direcciones. [11]

Cuando un axón de una célula de Purkinje entra en uno de los núcleos profundos, se ramifica para entrar en contacto con células nucleares grandes y pequeñas, pero el número total de células contactadas es de sólo unas 35 (en los gatos). Por el contrario, una sola célula nuclear profunda recibe información de aproximadamente 860 células de Purkinje (también en los gatos). [11]

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 lámina de tejido homogénea y, desde el punto de vista de la microanatomía, todas las partes de esta lámina parecen tener la misma estructura interna. Sin embargo, hay varios aspectos en los que la estructura del cerebelo está compartimentada. Hay compartimentos grandes que generalmente se conocen como zonas ; estos se pueden dividir en compartimentos más pequeños conocidos como microzonas . [28]

Los primeros indicios de la estructura compartimental se obtuvieron a partir de estudios de los campos receptivos de las células en varias partes de la corteza cerebelosa. [28] 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 denominado "somatotopía fracturada". [29] Una indicación más clara de la compartimentación se obtiene mediante la inmunotinción del cerebelo para ciertos tipos de proteínas. Los más conocidos de estos marcadores se denominan "zebrinas", porque la tinción para ellos da lugar a un patrón complejo que recuerda a las rayas de una cebra. Las rayas generadas por las zebrinas 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 longitudes varían en función de la ubicación, pero todos tienen la misma forma general. [28]

A finales de los años 1970, Oscarsson propuso que estas zonas corticales se pueden dividir en unidades más pequeñas llamadas microzonas. [30] Una microzona se define como un grupo de células de Purkinje que tienen todas el mismo campo receptivo somatotópico. Se descubrió que las microzonas contienen alrededor de 1000 células de Purkinje cada una, dispuestas en una franja larga y estrecha, orientada perpendicularmente a los pliegues corticales. [28] Por lo tanto, como ilustra el diagrama adjunto, las dendritas de las células de Purkinje se aplanan en la misma dirección en la que se extienden las microzonas, mientras que las fibras paralelas las cruzan en ángulos rectos. [11]

No son sólo 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 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. [28] 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 . [28] 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 se confinen en gran medida a una sola microzona. [28] 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. [28]

En 2005, Richard Apps y Martin Garwicz resumieron las evidencias de que las microzonas en sí mismas forman parte de una entidad mayor que denominan microcomplejo multizonal. Este microcomplejo incluye varias microzonas corticales separadas espacialmente, todas las cuales se proyectan al mismo grupo de neuronas cerebelosas profundas, además de un grupo de neuronas olivares acopladas que se proyectan a todas las microzonas incluidas, así como al área nuclear profunda. [28]

Suministro de sangre

El cerebelo recibe sangre de tres pares de arterias principales: la arteria cerebelosa superior (SCA), la arteria cerebelosa anteroinferior (AICA) y la arteria cerebelosa posteroinferior (PICA). La 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 anteroinferiores y posteroinferiores. La AICA irriga 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 escotadura 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 estudio de las consecuencias de los daños que sufre. Los animales y los seres humanos con disfunción cerebelosa muestran, 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 y producen movimientos erráticos, descoordinados o mal sincronizados. Una prueba estándar de la función cerebelosa consiste en alcanzar con la punta del dedo un objetivo situado 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 el objetivo de forma lenta y errática, con muchas correcciones a mitad de camino. Los déficits en las funciones no motoras son más difíciles de detectar. Por tanto, 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. [14]

Antes de los años 1990, casi todos creían que la función del cerebelo estaba relacionada exclusivamente con la motricidad, pero los hallazgos más recientes han puesto en tela de juicio esa opinión. Los estudios de imágenes funcionales han demostrado la activación del cerebelo en relación con el lenguaje, la atención y la imaginería mental; los estudios de correlación han mostrado interacciones entre el cerebelo y las áreas no motoras de la corteza cerebral; y se han reconocido diversos síntomas no motores en personas con daños que parecen estar confinados al cerebelo. [31] [32] En particular, el síndrome cognitivo afectivo cerebeloso o síndrome de Schmahmann [33] se ha descrito en adultos [34] y niños. [35] 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. [36]

Kenji Doya ha sostenido que la función del cerebelo se entiende mejor no en términos de las conductas que afecta, sino de los cálculos neuronales que realiza; el cerebelo consta de una gran cantidad 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 motoras (como lo son muchas), entonces el módulo estará involucrado en la conducta motora; pero, si las conexiones son con áreas involucradas en la cognición no motora, el módulo mostrará otros tipos de correlatos conductuales. Por lo tanto, el cerebelo ha sido implicado en la regulación de muchos rasgos funcionales diferentes, como el afecto, la emoción, incluida la percepción del lenguaje corporal emocional [37] y la conducta. [38] [39] 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 de refuerzo , y la corteza cerebral , que realiza el aprendizaje no supervisado . [32] [40] 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. [41]

Principios

La relativa simplicidad y regularidad de la anatomía cerebelosa condujo a una esperanza temprana de que podría implicar una simplicidad similar de la función computacional, como se expresa en uno de los primeros libros sobre electrofisiología cerebelosa, El cerebelo como una máquina neuronal de John C. Eccles , Masao Ito y János Szentágothai . [42] Aunque una comprensión completa de la función cerebelosa ha seguido 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. Procesamiento de retroalimentación : 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 completamente de retroalimentación , es decir, las señales se mueven unidireccionalmente a través del sistema desde la entrada hasta la salida, con muy poca transmisión interna recurrente. La pequeña cantidad de recurrencia que existe consiste en inhibición mutua; no hay circuitos de excitación mutua. Este modo de funcionamiento de retroalimentación significa que el cerebelo, en contraste con 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 reverberantes 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 del cerebelo presumiblemente no es alguna salida que exprese el funcionamiento de circuitos reverberantes complejos en el cerebelo sino más bien una respuesta rápida y clara a la entrada de cualquier conjunto particular de información". [43]
  2. Divergencia y convergencia : En el cerebelo humano, la información procedente de 200 millones de entradas de fibras musgosas se expande a 40 mil millones de células granulares , cuyas salidas de fibras paralelas convergen entonces en 15 millones de células de Purkinje . [11] Debido a la forma en que están alineadas longitudinalmente, las aproximadamente 1000 células de Purkinje que pertenecen a una microzona pueden recibir entradas de hasta 100 millones de fibras paralelas y concentrar su propia salida en un grupo de menos de 50 células nucleares profundas . [28] Así, la red cerebelosa recibe una cantidad modesta de entradas, las procesa de forma muy extensa a través de su red interna rigurosamente estructurada y envía los resultados a través de una cantidad muy limitada de células de salida.
  3. Modularidad : El sistema cerebeloso se divide funcionalmente en módulos más o menos independientes, cuyo número probablemente se cifra en cientos o miles. Todos los módulos tienen una estructura interna similar, pero diferentes entradas y salidas. Un módulo (un microcompartimento multizonal en la terminología de Apps y Garwicz) consiste en 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 las fibras musgosas y las 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. [28]
  4. Plasticidad : Las sinapsis entre fibras paralelas y células de Purkinje, y las sinapsis entre fibras musgosas y células nucleares profundas, son susceptibles de modificación de 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 proporciona una enorme flexibilidad para ajustar con precisión la relación entre las entradas y las salidas cerebelosas. [44]

Aprendiendo

Hay 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 más claramente son aquellas en las que es necesario hacer 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 promueven el aprendizaje en otras estructuras cerebrales. [44] La mayoría de las teorías que asignan el aprendizaje a los circuitos del cerebelo se derivan de las ideas de David Marr [27] y James Albus [7] , quienes postularon que las fibras trepadoras proporcionan una señal de enseñanza que induce la modificación sináptica en las sinapsis de las fibras paralelas : células de Purkinje . [45] Marr asumió que la entrada de las fibras trepadoras causaría que las entradas de las fibras paralelas activadas sincrónicamente se fortalecieran. Sin embargo, la mayoría de los modelos de aprendizaje cerebeloso posteriores han seguido a Albus al asumir que la actividad de las fibras trepadoras sería una señal de error y causaría que las entradas de las fibras paralelas activadas sincrónicamente se debilitaran. Algunos de estos modelos posteriores, como el modelo de filtro adaptativo de Fujita [46], 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 ha sido examinada en muchos estudios experimentales, algunos de los cuales la apoyan pero otros la ponen en duda. [24] En un estudio pionero de Gilbert y Thach de 1977, las células de Purkinje de monos que estaban aprendiendo una tarea de alcanzar objetos mostraron un aumento de la actividad de las espigas complejas (que se sabe que indica de manera confiable la actividad de la entrada de las fibras trepadoras de la célula) durante períodos en los que el rendimiento era deficiente. [47] Varios estudios de aprendizaje motor en gatos observaron actividad de espigas complejas cuando había un desajuste entre un movimiento previsto y el movimiento que se ejecutó realmente. 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 "deslizamiento de la retina", aunque no de una manera muy directa. [24]

Una de las tareas de aprendizaje cerebeloso más estudiadas es el paradigma del condicionamiento del parpadeo , en el que un estímulo condicionado neutro (EC), como un tono o una luz, se combina repetidamente con un estímulo incondicionado (EI), como una bocanada de aire, que provoca una respuesta de parpadeo. Después de esas presentaciones repetidas del EC y el EI, el EC acabará provocando un parpadeo antes del EI, una respuesta condicionada o RC. 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 de la corteza cerebelosa abolirían el aprendizaje de una respuesta de parpadeo de tiempo condicional. Si las salidas cerebelosas se inactivan farmacológicamente dejando intactas las entradas y los circuitos intracelulares, el aprendizaje se produce incluso cuando el animal no muestra ninguna respuesta, mientras que, si se interrumpen los circuitos intracerebelosos, no se produce aprendizaje; estos hechos tomados en conjunto constituyen un argumento sólido para afirmar que el aprendizaje, de hecho, se produce dentro del cerebelo. [48]

Teorías y modelos computacionales

Modelo de un perceptrón cerebeloso, según lo formuló 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 existan 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 teorías que explican aspectos del comportamiento en curso sobre la base del procesamiento de señales cerebelosas. Se han formulado varias teorías de ambos tipos como modelos matemáticos y se han simulado mediante computadoras. [45]

Tal vez la primera teoría de "rendimiento" 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 al cerebelo detectar relaciones temporales dentro de una ventana determinada. [49] Los datos experimentales no respaldaron la forma original de la teoría, pero Braitenberg continuó abogando por versiones modificadas. [50] La hipótesis de que el cerebelo funciona esencialmente como un sistema de sincronización también ha sido defendida por Richard Ivry . [51] Otra teoría de "rendimiento" influyente 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 las coordenadas sensoriales en coordenadas motoras. [52]

Las teorías de la categoría de "aprendizaje" derivan casi todas 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. [27] Albus propuso en 1971 que una célula de Purkinje cerebelosa funciona como un perceptrón , un dispositivo de aprendizaje abstracto de inspiración neuronal. [7] La ​​diferencia más básica entre las teorías de Marr y Albus es que Marr asumió que la actividad de las fibras trepadoras causaría 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 del Modelo Cerebeloso), que se ha probado en varias aplicaciones. [53]

Importancia clínica

El daño al cerebelo a menudo causa síntomas relacionados con la motricidad, cuyos detalles dependen de la parte del cerebelo afectada y de cómo está dañada. El daño al lóbulo floculonodular puede manifestarse como una pérdida de equilibrio y, en particular, una marcha irregular y alterada, con una postura amplia causada por la dificultad para mantener el equilibrio. [14] El daño a la zona lateral generalmente causa problemas en los movimientos voluntarios y planificados 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 alternantes rápidos como caminar), reflejo de verificación alterado o fenómeno de rebote y temblor intencional (movimiento involuntario causado por contracciones alternantes de grupos musculares opuestos). [54] [55] El daño en la porción media puede alterar los movimientos de todo el cuerpo, mientras que el daño localizado más lateralmente tiene más probabilidades de alterar los movimientos finos de las manos o las extremidades. El daño en la parte superior del cerebelo tiende a causar alteraciones en la marcha y otros problemas con la coordinación de las piernas; el daño en la parte inferior tiene más probabilidades de causar movimientos descoordinados o mal dirigidos de los brazos y las manos, así como dificultades en la velocidad. [14] Este complejo de síntomas motores se llama ataxia .

Para identificar problemas cerebelosos, el examen neurológico incluye una evaluación de la marcha (una marcha con una base amplia es indicativa de ataxia), pruebas de señalar con el dedo y una evaluación de la postura. [5] Si se indica disfunción cerebelosa, se puede utilizar una resonancia magnética para obtener una imagen detallada de cualquier alteración estructural que pueda existir. [56]

La lista de problemas médicos que pueden producir daño cerebeloso es larga, incluyendo accidente cerebrovascular , hemorragia , hinchazón del cerebro ( edema cerebral ), tumores , alcoholismo , trauma físico como heridas de bala o explosivos y condiciones degenerativas crónicas como la atrofia olivopontocerebelosa . [57] [58] Algunas formas de dolor de cabeza por migraña también pueden producir disfunción temporal del cerebelo, de gravedad variable. [59] La infección puede provocar daño cerebeloso en condiciones como las enfermedades priónicas [60] 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 cerebral (y parte del cuerpo) más joven en 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. [61] Además, los patrones de expresión genética en el cerebelo humano muestran menos alteraciones relacionadas con la edad que en la corteza cerebral . [62] 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. [63] [64]

Trastornos degenerativos y del desarrollo

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

Las malformaciones congénitas, los trastornos hereditarios y las enfermedades adquiridas pueden afectar la estructura cerebelosa y, en consecuencia, la función cerebelosa. A menos que la afección causal sea reversible, el único tratamiento posible es ayudar a las personas a vivir con sus problemas. [65] La visualización del cerebelo fetal mediante ecografía entre las 18 y 20 semanas de embarazo puede utilizarse para detectar defectos del tubo neural fetal con una tasa de sensibilidad de hasta el 99 %. [66]

En el desarrollo normal, la señalización endógena de Sonic 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 posnatal temprano, con la proliferación de CGNP en la EGL alcanzando su pico máximo durante el desarrollo temprano (día posnatal 7 en el ratón). [67] A medida que las 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 (para el día posnatal 20 en el ratón). [67] Las mutaciones que activan anormalmente la señalización de Sonic Hedgehog predisponen al cáncer del cerebelo ( meduloblastoma ) en humanos con síndrome de Gorlin y en modelos de ratón modificados genéticamente . [68] [69]

La malformación congénita o subdesarrollo ( hipoplasia ) del vermis cerebeloso es una característica tanto del síndrome de Dandy-Walker como del síndrome de Joubert . [70] [71] En casos muy raros, puede faltar todo el cerebelo . [72] Los trastornos neurológicos hereditarios enfermedad de Machado-Joseph , ataxia telangiectasia y ataxia de Friedreich causan neurodegeneración progresiva vinculada a la pérdida cerebelosa. [57] [65] Las malformaciones cerebrales congénitas fuera del cerebelo pueden, a su vez, causar herniación del tejido cerebeloso , como se observa en algunas formas de malformación de Arnold-Chiari . [73]

Otras condiciones que están estrechamente relacionadas con la degeneración cerebelosa incluyen los trastornos neurológicos progresivos idiopáticos atrofia multisistémica y el síndrome de Ramsay Hunt tipo I , [74] [75] 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 cerebelo. [76] La atrofia cerebelosa puede ser el resultado de una deficiencia aguda de vitamina B1 ( tiamina ) como se observa en el beriberi y en el síndrome de Wernicke-Korsakoff , [77] o deficiencia de vitamina E. [65]

La atrofia cerebelosa se ha observado en muchos otros trastornos neurológicos, entre ellos la enfermedad de Huntington , la esclerosis múltiple , [60] el temblor esencial , la epilepsia mioclónica progresiva y la enfermedad de Niemann-Pick . La atrofia cerebelosa también puede producirse como resultado de la exposición a toxinas, incluidos metales pesados ​​o drogas farmacéuticas o recreativas . [65]

Dolor

Existe un consenso general de que el cerebelo está involucrado en el procesamiento del dolor. [78] [79] El cerebelo recibe información sobre el dolor 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, lo que induce una evitación motora consciente del dolor, graduada según la intensidad del dolor.

Se cree que estas entradas de dolor directas, así como las indirectas, inducen una conducta de evitación del dolor a largo plazo que da lugar a cambios posturales crónicos y, en consecuencia, a una 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. [26] La magnitud de esta remodelación y la inducción de marcadores progenitores neuronales sugieren la contribución de la neurogénesis adulta a estos cambios.

Anatomía comparada y evolución

Sección transversal del cerebro de un tiburón cailón , con el cerebelo resaltado en azul

Los circuitos en el cerebelo son similares en todas las clases de vertebrados , incluidos peces, reptiles, aves y mamíferos. [80] También existe una estructura cerebral análoga en los cefalópodos con cerebros bien desarrollados, como los pulpos . [81] 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 núcleos pequeños y pareados que corresponden al vestibulocerebelo. [82] El cerebelo es un poco más grande en los reptiles, considerablemente más grande en las aves y aún más grande en los mamíferos. Los grandes lóbulos pareados y contorneados que se encuentran en los humanos son típicos de los mamíferos, pero el cerebelo es, en general, un solo lóbulo medio en otros grupos, y es liso o solo ligeramente estriado. En los mamíferos, el neocerebelo es la parte principal del cerebelo en masa, pero, en otros vertebrados, es típicamente el espinocerebelo. [82]

El cerebelo de los peces cartilaginosos y óseos es extraordinariamente grande y complejo. En al menos un aspecto importante, difiere en la 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 por 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 valvula , que tiene una arquitectura inusualmente regular y recibe gran parte de su información del sistema electrosensorial. [83]

El sello distintivo del cerebelo de los mamíferos es una expansión de los lóbulos laterales, cuyas principales interacciones son con el neocórtex. A medida que los monos evolucionaron hasta convertirse en grandes simios, la expansión de los lóbulos laterales continuó, en tándem con la expansión de los lóbulos frontales del neocórtex. En los homínidos ancestrales, y en el Homo sapiens hasta el período 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 el neocórtex redujo un poco su tamaño mientras que el cerebelo se expandió. [84] El tamaño del cerebelo humano, en comparación con el resto del cerebro, ha ido aumentando de tamaño mientras que el cerebro disminuyó de tamaño [85]. Con el desarrollo y la implementación de tareas motoras, habilidades visoespaciales y aprendizaje que tienen lugar en el cerebelo, se cree que el crecimiento del cerebelo tiene algún tipo de correlación con mayores capacidades cognitivas humanas. [86] Los hemisferios laterales del cerebelo son ahora 2,7 veces más grandes tanto en humanos como en simios que en monos. [85] Estos cambios en el tamaño del cerebelo no pueden explicarse por una mayor masa muscular. Muestran que o bien el desarrollo del cerebelo está estrechamente vinculado al del resto del cerebro o bien 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. [85]

Estructuras similares al cerebelo

La mayoría de las especies de vertebrados tienen un cerebelo y una o más estructuras similares al cerebelo, áreas cerebrales que se parecen al cerebelo en términos de citoarquitectura y neuroquímica . [80] La única estructura similar al cerebelo que se encuentra en los mamíferos es el núcleo coclear dorsal (NCD), uno de los dos núcleos sensoriales primarios que reciben información directamente del nervio auditivo . El NCD es una estructura en capas, con la capa inferior que contiene células granulares similares a las del cerebelo, dando lugar a fibras paralelas que suben 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 parecen a las células de Purkinje anatómica y químicamente: reciben información de fibras paralelas, pero no tienen ninguna información que se parezca a las fibras trepadoras . Las neuronas de salida del NCD son células piramidales . Son glutamatérgicas, pero también se parecen a las células de Purkinje en algunos aspectos: tienen árboles dendríticos superficiales espinosos y aplanados que reciben información de fibras paralelas, pero también tienen dendritas basales que reciben información de fibras nerviosas auditivas, que viajan a través del DCN en una dirección en ángulo recto con las fibras paralelas. El DCN está más desarrollado en roedores y otros animales pequeños, y está considerablemente reducido en primates. Su función no se entiende bien; las especulaciones más populares lo relacionan con la audición espacial de una manera u otra. [87]

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 información del sistema electrosensorial va al núcleo octavolateral dorsal, que también tiene una estructura similar al cerebelo. En los peces con aletas radiadas (con diferencia el grupo más numeroso), el techo óptico tiene una capa (la capa marginal) que es similar al cerebelo. [80]

Todas estas estructuras similares al cerebelo parecen estar relacionadas principalmente con lo sensorial más que con lo motor. Todas ellas tienen células granulares que dan lugar a fibras paralelas que se conectan a neuronas similares a las de Purkinje con sinapsis modificables , pero ninguna tiene fibras trepadoras comparables a las del cerebelo; en cambio, reciben información directa de los órganos sensoriales periféricos. Ninguna 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 corporal. [80] 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 de una manera que controla las señales sensoriales resultantes. [88] A pesar del punto de vista de Bower, también hay evidencia sólida de que el cerebelo influye directamente en la salida motora en los mamíferos. [89] [90]

Historia

Base del cerebro humano, según lo dibujó Andreas Vesalius en 1543

Descripciones

Incluso los primeros anatomistas fueron capaces de reconocer el cerebelo por su apariencia distintiva. Aristóteles y Herófilo (citados 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 sobrevive. Especuló que el cerebelo era la fuente de los nervios motores. [91]

EspañolNo se produjeron más avances significativos hasta el Renacimiento . Vesalio analizó brevemente el cerebelo y Thomas Willis describió su anatomía con más detalle en 1664. Durante el siglo XVIII se realizaron más trabajos anatómicos, pero no fue hasta principios del siglo XIX cuando se obtuvieron los primeros conocimientos sobre la función del cerebelo. Luigi Rolando estableció en 1809 el hallazgo clave de que el daño al cerebelo produce alteraciones motoras. Jean Pierre Flourens, en la primera mitad del siglo XIX, realizó un trabajo experimental detallado que reveló que los animales con daño cerebeloso todavía 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. [92] 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. [5]

Etimología

El nombre cerebelo es un diminutivo de cerebrum (cerebro); [93] puede traducirse 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. [94] No se utiliza ningún otro nombre en la literatura en lengua inglesa, pero históricamente se han utilizado una variedad de nombres derivados del griego o del latín, incluidos cerebrum parvum , [95] encephalion , [96] encranion , [95] cerebrum posterius , [97] y parencephalis . [95]

Véase también

Referencias

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  • Base de datos centrada en las células del cerebelo
  • Manual del cerebelo y trastornos cerebelosos – Manto, M., Gruol, DL, Schmahmann, J., Koibuchi, N., Rossi, F. (Eds.) – Springer – Nueva York
  • Imágenes de cortes cerebrales teñidos que incluyen el "cerebelo" en el proyecto BrainMaps
  • El cerebro incompleto de un hombre revela el papel del cerebelo en el pensamiento y la emoción
  • Mujer viviendo sin cerebelo
  • Fundamentos del cerebelo y los trastornos cerebelosos. Gruol, DL, Koibuchi, N., Manto, M., Molinari, M., Schmahmann, JD, Shen, Y. (Eds.). Springer, Nueva York, 2016
  • Imágenes de histología del cerebelo
  • El cerebelo – Revista (Springer Nature)
  • Cerebelo y ataxias – Revista (BioMed Central)

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