Cerebelo - Cerebellum

Cerebelo
Gray677.png
Desenho do cérebro humano, mostrando cerebelo e ponte
Animação do cerebelo small.gif
Localização do cerebelo humano (em vermelho)
Detalhes
Parte de Hindbrain
Artéria SCA , AICA , PICA
Veia superior , inferior
Identificadores
Latina Cerebelo
Malha D002531
NeuroNames 643
NeuroLex ID birnlex_1489
TA98 A14.1.07.001
TA2 5788
FMA 67944
Termos anatômicos de neuroanatomia

O cerebelo (latim para "pequeno cérebro") é uma das principais características do cérebro posterior de todos os vertebrados . Embora geralmente menor que o cérebro , em alguns animais, como os peixes mormirídeos , pode ser tão grande ou até maior. Em humanos, o cerebelo desempenha um papel importante no controle motor . Ele também pode estar envolvido em algumas funções cognitivas , como atenção e linguagem , bem como controle emocional , como regular o medo e as respostas de prazer, mas suas funções relacionadas ao movimento são as mais solidamente estabelecidas. O cerebelo humano não inicia o movimento, mas contribui para a coordenação , precisão e tempo exato: ele recebe informações dos sistemas sensoriais da medula espinhal e de outras partes do cérebro e integra essas informações para sintonizar a atividade motora. O dano cerebelar produz distúrbios nos movimentos finos , equilíbrio , postura e aprendizagem motora em humanos.

Anatomicamente, o cerebelo humano tem a aparência de uma estrutura separada anexada à parte inferior do cérebro, aninhada abaixo dos hemisférios cerebrais . Sua superfície cortical é coberta por sulcos paralelos finamente espaçados, em notável contraste com as amplas circunvoluções irregulares do córtex cerebral . Essas ranhuras paralelas ocultam o fato de que o córtex cerebelar é, na verdade, uma fina camada contínua de tecido firmemente dobrada no estilo de um acordeão . Dentro dessa camada fina estão vários tipos de neurônios com um arranjo altamente regular, sendo os mais importantes as células de Purkinje e as células granulares . Essa complexa organização neural dá origem a uma enorme capacidade de processamento de sinal, mas quase toda a saída do córtex cerebelar passa por um conjunto de pequenos núcleos profundos situados no interior da substância branca do cerebelo.

Além de seu papel direto no controle motor, o cerebelo é necessário para vários tipos de aprendizagem motora , principalmente para aprender a se ajustar às mudanças nas relações sensório-motoras . Vários modelos teóricos foram desenvolvidos para explicar a calibração sensório-motora em termos de plasticidade sináptica dentro do cerebelo. Esses modelos derivam daqueles formulados por David Marr e James Albus , com base na observação de que cada célula de Purkinje cerebelar recebe dois tipos de entrada dramaticamente diferentes: um compreende milhares de entradas fracas das fibras paralelas das células granulares; a outra é uma entrada extremamente forte de uma única fibra de escalada . O conceito básico da teoria de Marr-Albus é que a fibra de escalada serve como um "sinal de ensino", o que induz uma mudança duradoura na resistência das entradas de fibra paralela. Observações de depressão de longo prazo em entradas de fibras paralelas forneceram algum suporte para teorias desse tipo, mas sua validade permanece controversa.

Estrutura

No nível da anatomia geral , o cerebelo consiste em uma camada firmemente dobrada de córtex , com substância branca por baixo e um ventrículo cheio de líquido na base. Quatro núcleos cerebelares profundos estão embutidos na substância branca. Cada parte do córtex consiste no mesmo pequeno conjunto de elementos neuronais, dispostos em uma geometria altamente estereotipada. Em um nível intermediário, o cerebelo e suas estruturas auxiliares podem ser separados em várias centenas ou milhares de módulos que funcionam independentemente, chamados de "microzonas" ou "microcompartimentos".

Anatomia macroscópica

Visão do cerebelo por cima e por trás

O cerebelo está localizado na fossa craniana posterior . O quarto ventrículo , ponte e medula estão na frente do cerebelo. É separado do cérebro sobrejacente por uma camada de dura-máter semelhante a couro , o tentório do cerebelo ; todas as suas conexões com outras partes do cérebro viajam através da ponte. Os anatomistas classificam o cerebelo como parte do metencéfalo , que também inclui a ponte; o metencéfalo é a parte superior do rombencéfalo ou "rombencéfalo". Como o córtex cerebral, o cerebelo é dividido em dois hemisférios cerebelares ; ele também contém uma zona estreita da linha média (o vermis ). Um conjunto de grandes dobras é, por convenção, usado para dividir a estrutura geral em 10 "lóbulos" menores. Por causa de seu grande número de células granulares minúsculas , o cerebelo contém mais neurônios do que o total do resto do cérebro, mas ocupa apenas 10% do volume total do cérebro. O número de neurônios no cerebelo está relacionado ao número de neurônios no neocórtex . Existem cerca de 3,6 vezes mais neurônios no cerebelo do que no neocórtex, uma proporção que é conservada em muitas espécies diferentes de mamíferos.

A aparência incomum da superfície do cerebelo esconde o fato de que a maior parte de seu volume é composta por uma camada de matéria cinzenta muito bem dobrada : o córtex cerebelar . Cada crista ou giro nesta camada é chamada de fólio . Estima-se que, se o córtex cerebelar humano fosse completamente desdobrado, daria origem a uma camada de tecido neural com cerca de 1 metro de comprimento e 5 centímetros de largura em média - uma área de superfície total de cerca de 500 cm quadrados, embalada dentro de um volume de dimensões 6 cm × 5 cm × 10 cm. Debaixo da matéria cinzenta do córtex encontra-se a matéria branca , composta em grande parte por fibras nervosas mielinizadas que vão de e para o córtex. Embutidos na matéria branca - que às vezes é chamada de arbor vitae (árvore da vida) por causa de sua aparência ramificada, semelhante a uma árvore em seção transversal - estão quatro núcleos cerebelares profundos , compostos de matéria cinzenta.

Conectando o cerebelo a diferentes partes do sistema nervoso, existem três pedúnculos cerebelares emparelhados . São eles o pedúnculo cerebelar superior , o pedúnculo cerebelar médio e o pedúnculo cerebelar inferior , denominados por sua posição em relação ao vermis. O pedúnculo cerebelar superior é principalmente uma saída para o córtex cerebral, transportando fibras eferentes via núcleos talâmicos para os neurônios motores superiores no córtex cerebral. As fibras surgem dos núcleos cerebelares profundos. O pedúnculo cerebelar médio está conectado à ponte e recebe toda a sua entrada da ponte, principalmente dos núcleos pontinos . A entrada para a ponte vem do córtex cerebral e é retransmitida dos núcleos pontinos por meio de fibras pontinas transversais ao cerebelo. O pedúnculo médio é o maior dos três e suas fibras aferentes são agrupadas em três fascículos separados levando suas entradas para diferentes partes do cerebelo. O pedúnculo cerebelar inferior recebe entrada de fibras aferentes dos núcleos vestibulares, medula espinhal e tegmento. A saída do pedúnculo inferior é feita por meio de fibras eferentes para os núcleos vestibulares e a formação reticular. Todo o cerebelo recebe entrada modulatória do núcleo olivar inferior por meio do pedúnculo cerebelar inferior.

Subdivisões

Representação esquemática das principais subdivisões anatômicas do cerebelo. Visão superior de um cerebelo "desenrolado", posicionando o vermis em um plano.

Com base na aparência da superfície, três lobos podem ser distinguidos dentro do cerebelo: o lobo anterior (acima da fissura primária ), o lobo posterior (abaixo da fissura primária) e o lobo flocculonodular (abaixo da fissura posterior). Esses lóbulos dividem o cerebelo de rostral a caudal (em humanos, de cima para baixo). Em termos de função, entretanto, há uma distinção mais importante ao longo da dimensão medial-lateral. Excluindo o lobo floculonodular, que tem conexões e funções distintas, o cerebelo pode ser analisado funcionalmente em um setor medial denominado espinocerebelo e um setor lateral maior denominado cerebrocerebelo . Uma estreita faixa de tecido saliente ao longo da linha média é chamada de vermis cerebelar . ( Vermis significa "verme" em latim.)

A menor região, o lobo floculonodular, costuma ser chamada de vestibulocerebelo . É a parte mais antiga em termos evolutivos (arquicerebelo) e participa principalmente do equilíbrio e da orientação espacial; suas conexões primárias são com os núcleos vestibulares , embora também receba informações visuais e sensoriais. Danos nesta região causam distúrbios de equilíbrio e marcha .

A zona medial dos lobos anterior e posterior constitui o espinocerebelo, também conhecido como paleocerebelo. Este setor do cerebelo funciona principalmente para ajustar os movimentos do corpo e dos membros. Ele recebe informações proprioceptivas das colunas dorsais da medula espinhal (incluindo o trato espinocerebelar ) e do nervo trigêmeo craniano , bem como dos sistemas visual e auditivo . Ele envia fibras para núcleos cerebelares profundos que, por sua vez, se projetam tanto para o córtex cerebral quanto para o tronco encefálico, proporcionando modulação dos sistemas motores descendentes.

A zona lateral, que nos humanos é de longe a maior parte, constitui o cerebrocerebelo, também conhecido como neocerebelo. Ele recebe entrada exclusivamente do córtex cerebral (especialmente o lobo parietal ) através dos núcleos pontinos (formando vias cortico-ponto-cerebelares) e envia saída principalmente para o tálamo ventrolateral (por sua vez conectado a áreas motoras do córtex pré-motor e motor primário) área do córtex cerebral) e ao núcleo vermelho . Há desacordo sobre a melhor maneira de descrever as funções do cerebelo lateral: acredita-se que esteja envolvido no planejamento do movimento que está prestes a ocorrer, na avaliação de informações sensoriais para a ação e em uma série de funções puramente cognitivas, como determinar o verbo que melhor se ajusta a um determinado substantivo (como em "sentar" para "cadeira").

Microanatomia

Dois tipos de neurônios desempenham papéis dominantes no circuito cerebelar: células de Purkinje e células granulares . Três tipos de axônios também desempenham papéis dominantes: fibras musgosas e fibras escaláveis (que entram no cerebelo de fora) e fibras paralelas (que são os axônios das células granulares). Existem duas vias principais através do circuito cerebelar, originando-se de fibras musgosas e fibras escaláveis, ambas eventualmente terminando nos núcleos cerebelares profundos.

Fibras musgosas projetam-se diretamente para os núcleos profundos, mas também dão origem à seguinte via: fibras musgosas → células granulares → fibras paralelas → células de Purkinje → núcleos profundos. Fibras trepadeiras projetam-se para as células de Purkinje e também enviam colaterais diretamente para os núcleos profundos. As entradas de fibra musgosa e fibra escalável carregam, cada uma, informações específicas da fibra; o cerebelo também recebe estímulos dopaminérgicos , serotonérgicos , noradrenérgicos e colinérgicos que presumivelmente realizam modulação global.

O córtex cerebelar é dividido em três camadas. Na parte inferior encontra-se a camada granular espessa, densamente embalada com células granulares, juntamente com interneurônios , principalmente células de Golgi, mas também incluindo células de Lugaro e células em escova unipolares . No meio está a camada de Purkinje, uma zona estreita que contém os corpos celulares das células de Purkinje e das células gliais de Bergmann . No topo está a camada molecular, que contém as árvores dendríticas achatadas das células de Purkinje, junto com a enorme variedade de fibras paralelas que penetram nas árvores dendríticas das células de Purkinje em ângulos retos. Essa camada mais externa do córtex cerebelar também contém dois tipos de interneurônios inibitórios: células estreladas e células em cesta . As células estreladas e em cesta formam sinapses GABAérgicas com os dendritos das células de Purkinje.

Microcircuito do cerebelo
Abreviações e representações
 • (+): Conexão excitatória
 • (-): Conexão inibitória
 • MF: Fibra musgosa
 • DCN: Núcleos cerebelares profundos
 • IO: Oliva inferior
 • CF: Fibra trepadeira
 • CFC: Fibra trepadeira colateral
 • GC: Célula granular
 • PF: Paralelo fibra
 • PC: célula de Purkinje
 • GgC: célula de Golgi
 • SC: célula estrelada
 • BC: célula em cesta
Seção transversal de um fólio cerebelar , mostrando os principais tipos de células e conexões

Camada molecular

A camada superior e mais externa do córtex cerebelar é a camada molecular. Essa camada contém as árvores dendríticas achatadas das células de Purkinje e a grande variedade de fibras paralelas, da camada granular, que penetram nas árvores dendríticas das células de Purkinje em ângulos retos. A camada molecular também contém dois tipos de interneurônios inibitórios: células estreladas e células em cesta . As células estreladas e em cesta formam sinapses GABAérgicas com os dendritos das células de Purkinje.

Camada Purkinje

Células de Purkinje no cerebelo humano (em laranja, de cima para baixo de 40X, ampliação de 100X e 200X) coradas de acordo com métodos publicados

As células de Purkinje estão entre os neurônios mais distintos do cérebro e um dos primeiros tipos a serem reconhecidos - foram descritas pela primeira vez pelo anatomista tcheco Jan Evangelista Purkyně em 1837. Elas se distinguem pela forma de sua árvore dendrítica: o ramo dos dendritos muito profusamente, mas são severamente achatados em um plano perpendicular às dobras cerebelares. Assim, os dendritos de uma célula de Purkinje formam uma densa rede plana, através da qual fibras paralelas passam em ângulos retos. Os dendritos são cobertos por espinhos dendríticos , cada um dos quais recebe entrada sináptica de uma fibra paralela. As células de Purkinje recebem mais entradas sinápticas do que qualquer outro tipo de célula do cérebro - as estimativas do número de espinhas em uma única célula de Purkinje humana chegam a 200.000. Os grandes corpos celulares esféricos das células de Purkinje são compactados em uma camada estreita (com a espessura de uma célula) do córtex cerebelar, chamada de camada de Purkinje . Depois de emitir colaterais que afetam partes próximas do córtex, seus axônios viajam para os núcleos cerebelares profundos , onde fazem cerca de 1.000 contatos cada um com vários tipos de células nucleares, todos dentro de um pequeno domínio. As células de Purkinje usam GABA como seu neurotransmissor e, portanto, exercem efeitos inibitórios em seus alvos.

As células de Purkinje formam o coração do circuito cerebelar, e seu tamanho grande e padrões de atividade distintos tornaram relativamente fácil estudar seus padrões de resposta em animais que se comportam usando técnicas de registro extracelular . As células de Purkinje normalmente emitem potenciais de ação em alta taxa, mesmo na ausência da entrada sináptica. Em animais acordados e comportados, as taxas médias em torno de 40 Hz são típicas. Os trens de espigão mostram uma mistura do que é chamado de espigões simples e complexos. Um pico simples é um potencial de ação único seguido por um período refratário de cerca de 10 ms; um pico complexo é uma sequência estereotipada de potenciais de ação com intervalos entre os pontos muito curtos e amplitudes decrescentes. Estudos fisiológicos mostraram que picos complexos (que ocorrem em taxas basais em torno de 1 Hz e nunca em taxas muito superiores a 10 Hz) estão associados de forma confiável com a ativação da fibra de escalada, enquanto picos simples são produzidos por uma combinação de atividade de linha de base e entrada de fibra paralela. Picos complexos geralmente são seguidos por uma pausa de várias centenas de milissegundos durante a qual a atividade de pico simples é suprimida.

Uma característica específica e reconhecível dos neurônios de Purkinje é a expressão da calbindina . A coloração com calbindina do cérebro de rato após lesão do nervo ciático crônica unilateral sugere que os neurônios de Purkinje podem ser gerados novamente no cérebro adulto, iniciando a organização de novos lóbulos cerebelares.

Uma célula de Purkinje de camundongo injetada com corante fluorescente

Camada granular

Células granulares (GR, inferior), fibras paralelas (linhas horizontais, superior) e células de Purkinje (P, meio) com árvores dendríticas achatadas

As células granulares cerebelares , em contraste com as células de Purkinje, estão entre os menores neurônios do cérebro. Eles também são os neurônios mais numerosos no cérebro: em humanos, as estimativas de seu número total são em torno de 50 bilhões, o que significa que cerca de 3/4 dos neurônios do cérebro são células granulares cerebelares. Seus corpos celulares são compactados em uma camada espessa na parte inferior do córtex cerebelar. Uma célula granular emite apenas quatro a cinco dendritos, cada um dos quais termina em um alargamento denominado garra dendrítica . Esses aumentos são locais de entrada excitatória das fibras musgosas e da entrada inibitória das células de Golgi .

Os finos axônios amielínicos das células granulares sobem verticalmente até a camada superior (molecular) do córtex, onde se dividem em dois, com cada ramo viajando horizontalmente para formar uma fibra paralela ; a divisão do ramo vertical em dois ramos horizontais dá origem a uma forma distinta em "T". Uma fibra paralela humana corre em média 3 mm em cada direção a partir da divisão, para um comprimento total de cerca de 6 mm (cerca de 1/10 da largura total da camada cortical). À medida que correm, as fibras paralelas passam pelas árvores dendríticas das células de Purkinje, entrando em contato com uma em cada 3-5 que passam, fazendo um total de 80-100 conexões sinápticas com as espinhas dendríticas das células de Purkinje. As células granulares usam o glutamato como seu neurotransmissor e, portanto, exercem efeitos excitatórios em seus alvos.

Diagrama das camadas do córtex cerebelar mostrando um glomérulo na camada granular.

As células granulares recebem toda a sua entrada de fibras musgosas, mas são mais numerosas que 200 para 1 (em humanos). Assim, a informação no estado de atividade da população de células granulares é a mesma que a informação nas fibras musgosas, mas recodificada de uma forma muito mais expansiva. Como as células granulares são tão pequenas e densamente compactadas, é difícil registrar sua atividade de pico em animais que se comportam, portanto, há poucos dados para usar como base para teorizar. O conceito mais popular de sua função foi proposto em 1969 por David Marr , que sugeriu que eles poderiam codificar combinações de entradas de fibra musgosa. A ideia é que, com cada célula granular recebendo entrada de apenas 4-5 fibras musgosas, uma célula granular não responderia se apenas uma de suas entradas estivesse ativa, mas responderia se mais de uma estivesse ativa. Esse esquema de codificação combinatória permitiria potencialmente ao cerebelo fazer distinções muito mais sutis entre os padrões de entrada do que as fibras musgosas por si só permitiriam.

Fibras musgosas

Fibras musgosas entram na camada granular de seus pontos de origem, muitas originando-se dos núcleos pontinos , outras da medula espinhal, núcleos vestibulares etc. No cerebelo humano, o número total de fibras musgosas foi estimado em cerca de 200 milhões. Essas fibras formam sinapses excitatórias com as células granulares e com as células dos núcleos cerebelares profundos. Dentro da camada granular, uma fibra musgosa gera uma série de alargamentos chamados rosetas . Os contatos entre fibras musgosas e dendritos de células granulares ocorrem dentro de estruturas chamadas glomérulos . Cada glomérulo possui uma roseta de fibra musgosa em seu centro e até 20 garras dendríticas de células granulares em contato com ela. Os terminais das células de Golgi se infiltram na estrutura e fazem sinapses inibitórias nos dendritos da célula granular. Todo o conjunto é circundado por uma bainha de células gliais. Cada fibra musgosa envia ramos colaterais para várias fólias cerebelares, gerando um total de 20-30 rosetas; assim, uma única fibra musgosa faz contato com uma estimativa de 400–600 células granulares.

Fibras de escalada

As células de Purkinje também recebem informações do núcleo olivar inferior no lado contralateral do tronco cerebral por meio de fibras escaláveis . Embora a oliva inferior se encontre na medula oblonga e receba informações da medula espinhal, tronco encefálico e córtex cerebral, sua saída vai inteiramente para o cerebelo. Uma fibra trepadeira emite colaterais para os núcleos cerebelares profundos antes de entrar no córtex cerebelar, onde se divide em cerca de 10 ramos terminais, cada um dos quais dá entrada para uma única célula de Purkinje. Em notável contraste com as mais de 100.000 entradas de fibras paralelas, cada célula de Purkinje recebe entrada de exatamente uma fibra de escalada; mas essa fibra única "sobe" os dendritos da célula de Purkinje, enrolando-se em torno deles e fazendo um total de até 300 sinapses. A entrada líquida é tão forte que um único potencial de ação de uma fibra de escalada é capaz de produzir um pico complexo estendido na célula de Purkinje: uma explosão de vários picos consecutivos, com amplitude decrescente, seguida por uma pausa durante a qual a atividade é suprimida . As sinapses das fibras escaláveis ​​cobrem o corpo celular e os dendritos proximais; esta zona é desprovida de entradas de fibra paralelas.

Fibras de escalada disparam em baixas taxas, mas um único potencial de ação de fibra de escalada induz uma explosão de vários potenciais de ação em uma célula de Purkinje alvo (um pico complexo). O contraste entre fibras paralelas e entradas de fibras escaláveis ​​para células de Purkinje (mais de 100.000 de um tipo versus exatamente um do outro) é talvez a característica mais provocativa da anatomia cerebelar e motivou grande parte da teorização. Na verdade, a função das fibras trepadeiras é o tópico mais controverso em relação ao cerebelo. Existem duas escolas de pensamento, uma seguindo Marr e Albus em sustentar que a entrada de fibra ascendente serve principalmente como um sinal de ensino, a outra sustenta que sua função é moldar a saída cerebelar diretamente. Ambos os pontos de vista foram defendidos extensamente em numerosas publicações. Nas palavras de uma revisão, "Ao tentar sintetizar as várias hipóteses sobre a função das fibras trepadeiras, temos a sensação de olhar para um desenho de Escher. Cada ponto de vista parece dar conta de uma certa coleção de descobertas, mas quando se tenta colocar as diferentes visões juntas, uma imagem coerente do que as fibras de escalada estão fazendo não aparece. Para a maioria dos pesquisadores, as fibras de escalada sinalizam erros no desempenho motor, seja na maneira usual de modulação da frequência de descarga ou como um único anúncio de um 'evento inesperado'. Para outros pesquisadores, a mensagem está no grau de sincronia e ritmicidade do conjunto entre uma população de fibras trepadeiras. "

Núcleos profundos

Corte sagital do cerebelo humano, mostrando o núcleo denteado, assim como a ponte e o núcleo olivar inferior

Os núcleos profundos do cerebelo são aglomerados de substância cinzenta situados dentro da substância branca no centro do cerebelo. Eles são, com a pequena exceção dos núcleos vestibulares próximos, as únicas fontes de saída do cerebelo. Esses núcleos recebem projeções colaterais de fibras musgosas e de escalada, bem como estímulos inibitórios das células de Purkinje do córtex cerebelar. Cada um dos quatro núcleos ( dentado , globoso , emboliforme e fastigial ) se comunica com diferentes partes do cérebro e do córtex cerebelar. (Os núcleos globoso e emboliforme também são referidos como combinados no núcleo interposto ). Os núcleos fastigial e interpostos pertencem ao espinocerebelo. O núcleo denteado, que nos mamíferos é muito maior do que os outros, é formado como uma camada fina e convoluta de substância cinzenta e se comunica exclusivamente com as partes laterais do córtex cerebelar. O flóculo do lobo floculonodular é a única parte do córtex cerebelar que não se projeta para os núcleos profundos - sua saída vai para os núcleos vestibulares.

A maioria dos neurônios nos núcleos profundos tem grandes corpos celulares e árvores dendríticas esféricas com um raio de cerca de 400 μm e usam o glutamato como seu neurotransmissor. Essas células se projetam para uma variedade de alvos fora do cerebelo. Misturado a eles está um número menor de células pequenas, que usam o GABA como neurotransmissor e se projetam exclusivamente para o núcleo olivar inferior , fonte das fibras trepadeiras . Assim, a projeção nucleo-olivar fornece um feedback inibitório para coincidir com a projeção excitatória das fibras trepadeiras para os núcleos. Há evidências de que cada pequeno agrupamento de células nucleares se projeta para o mesmo agrupamento de células olivares que enviam fibras trepadeiras a ele; há topografia forte e compatível em ambas as direções.

Quando um axônio da célula de Purkinje entra em um dos núcleos profundos, ele se ramifica para fazer contato com células nucleares grandes e pequenas, mas o número total de células contatadas é de apenas 35 (em gatos). Por outro lado, uma única célula nuclear profunda recebe entrada de aproximadamente 860 células Purkinje (novamente em gatos).

Compartimentos

Ilustração esquemática da estrutura de zonas e microzonas no córtex cerebelar

Do ponto de vista da anatomia macroscópica, o córtex cerebelar parece ser uma folha homogênea de tecido e, do ponto de vista da microanatomia, todas as partes desta folha parecem ter a mesma estrutura interna. Existem, no entanto, vários aspectos em que a estrutura do cerebelo é compartimentada. Existem grandes compartimentos geralmente conhecidos como zonas ; estes podem ser divididos em compartimentos menores conhecidos como microzonas .

As primeiras indicações da estrutura compartimental vieram de estudos dos campos receptivos das células em várias partes do córtex cerebelar. Cada parte do corpo mapeia para pontos específicos no cerebelo, mas há inúmeras repetições do mapa básico, formando um arranjo que tem sido chamado de "somatotopia fraturada". Uma indicação mais clara de compartimentalização é obtida por imunomarcação do cerebelo para certos tipos de proteína. Os mais conhecidos desses marcadores são chamados de "zebrins", porque a coloração para eles dá origem a um padrão complexo que lembra as listras de uma zebra. As listras geradas por zebrins e outros marcadores de compartimentação são orientadas perpendicularmente às dobras cerebelares - ou seja, são estreitas na direção médio-lateral, mas muito mais estendidas na direção longitudinal. Diferentes marcadores geram diferentes conjuntos de listras, as larguras e comprimentos variam em função da localização, mas todos têm o mesmo formato geral.

Oscarsson, no final dos anos 1970, propôs que essas zonas corticais podem ser divididas em unidades menores chamadas microzonas. Uma microzona é definida como um grupo de células de Purkinje, todas com o mesmo campo receptivo somatotópico. Descobriu-se que as microzonas continham cerca de 1000 células de Purkinje cada, dispostas em uma faixa longa e estreita, orientada perpendicularmente às dobras corticais. Assim, como o diagrama adjacente ilustra, os dendritos das células de Purkinje são achatados na mesma direção que as microzonas se estendem, enquanto as fibras paralelas os cruzam em ângulos retos.

Não são apenas os campos receptivos que definem a estrutura da microzona: a entrada da fibra trepadeira do núcleo olivar inferior é igualmente importante. Os ramos de uma fibra trepadeira (geralmente numerando cerca de 10) geralmente ativam células de Purkinje pertencentes à mesma microzona. Além disso, os neurônios olivares que enviam fibras de escalada para a mesma microzona tendem a ser acoplados por junções comunicantes , que sincronizam sua atividade, fazendo com que as células de Purkinje dentro de uma microzona mostrem atividade de pico complexo correlacionado em uma escala de milissegundo. Além disso, todas as células de Purkinje pertencentes a uma microzona enviam seus axônios para o mesmo pequeno agrupamento de células de saída dentro dos núcleos cerebelares profundos . Finalmente, os axônios das células em cesta são muito mais longos na direção longitudinal do que na direção médio-lateral, fazendo com que fiquem em grande parte confinados a uma única microzona. A consequência de toda essa estrutura é que as interações celulares dentro de uma microzona são muito mais fortes do que as interações entre diferentes microzonas.

Em 2005, Richard Apps e Martin Garwicz resumiram as evidências de que as próprias microzonas fazem parte de uma entidade maior que eles chamam de microcomplexo multizonal. Tal microcomplexo inclui várias microzonas corticais separadas espacialmente, todas projetando para o mesmo grupo de neurônios cerebelares profundos, além de um grupo de neurônios olivares acoplados que se projetam para todas as microzonas incluídas, bem como para a área nuclear profunda.

Fornecimento de sangue

O cerebelo é fornecido com sangue de três artérias principais emparelhadas: a artéria cerebelar superior (SCA), a artéria cerebelar inferior anterior (AICA) e a artéria cerebelar inferior posterior (PICA). A SCA supre a região superior do cerebelo. Ele se divide na superfície superior e se ramifica na pia-máter, onde os ramos se anastomosam com os das artérias cerebelares inferior anterior e posterior. O AICA fornece a parte frontal da superfície inferior do cerebelo. O PICA chega à superfície inferior, onde se divide em um ramo medial e um ramo lateral. O ramo medial continua para trás até a incisura cerebelar entre os dois hemisférios do cerebelo; enquanto o ramo lateral supre a superfície inferior do cerebelo, até sua borda lateral, onde se anastomosa com o AICA e a SCA.

Função

As pistas mais fortes sobre a função do cerebelo vieram do exame das consequências de danos causados ​​a ele. Animais e humanos com disfunção cerebelar apresentam, sobretudo, problemas de controle motor, do mesmo lado do corpo que a parte lesada do cerebelo. Eles continuam a ser capazes de gerar atividade motora, mas perdem a precisão, produzindo movimentos erráticos, descoordenados ou cronometrados incorretamente. Um teste padrão da função cerebelar é alcançar com a ponta do dedo um alvo no comprimento do braço: uma pessoa saudável moverá a ponta do dedo em uma trajetória reta rápida, enquanto uma pessoa com lesão cerebelar alcançará lenta e erraticamente, com muitos - correções de curso. Déficits em funções não motoras são mais difíceis de detectar. Assim, a conclusão geral alcançada décadas atrás é que a função básica do cerebelo é calibrar a forma detalhada de um movimento, não para iniciar movimentos ou decidir quais movimentos executar.

Antes da década de 1990, acreditava-se quase universalmente que a função do cerebelo era puramente motora, mas descobertas mais recentes colocaram essa visão em questão. Estudos de imagem funcional mostraram ativação cerebelar em relação à linguagem, atenção e imagens mentais; estudos de correlação mostraram interações entre o cerebelo e áreas não motoras do córtex cerebral; e uma variedade de sintomas não motores foi reconhecida em pessoas com lesões que parecem estar confinadas ao cerebelo. Em particular, a síndrome afetiva cognitiva cerebelar ou síndrome de Schmahmann foi descrita em adultos e crianças. Estimativas baseadas no mapeamento funcional do cerebelo usando ressonância magnética funcional sugerem que mais da metade do córtex cerebelar está interconectado com zonas de associação do córtex cerebral.

Kenji Doya argumentou que a função do cerebelo é mais bem compreendida não em termos dos comportamentos que afeta, mas dos cálculos neurais que realiza; o cerebelo consiste em um grande número de módulos mais ou menos independentes, todos com a mesma estrutura interna geometricamente regular e, portanto, todos, presume-se, realizando o mesmo cálculo. Se as conexões de entrada e saída de um módulo estiverem com áreas do motor (como muitos estão), então o módulo estará envolvido no comportamento do motor; mas, se as conexões forem com áreas envolvidas na cognição não motora, o módulo mostrará outros tipos de correlatos comportamentais. Assim, o cerebelo tem sido implicado na regulação de muitos traços funcionais diferentes, como afeto, emoção e comportamento. O cerebelo, propõe Doya, é mais bem compreendido como seleção de ação preditiva baseada em "modelos internos" do ambiente ou um dispositivo para aprendizagem supervisionada , em contraste com os gânglios da base , que realizam a aprendizagem por reforço , e o córtex cerebral , que realiza a aprendizagem não supervisionada .

Princípios

A simplicidade e regularidade comparativas da anatomia cerebelar levaram a uma esperança inicial de que pudesse implicar uma simplicidade semelhante de função computacional, conforme expresso em um dos primeiros livros sobre eletrofisiologia cerebelar, The Cerebellum as a Neuronal Machine, de John C. Eccles , Masao Ito e János Szentágothai . Embora uma compreensão completa da função cerebelar tenha permanecido indefinida, pelo menos quatro princípios foram identificados como importantes: (1) processamento antecipado, (2) divergência e convergência, (3) modularidade e (4) plasticidade.

  1. Processamento feedforward : O cerebelo difere da maioria das outras partes do cérebro (especialmente o córtex cerebral) porque o processamento do sinal é quase totalmente feedforward - isto é, os sinais se movem unidirecionalmente através do sistema de entrada para saída, com muito pouca transmissão interna recorrente. A pequena recorrência que existe consiste em inibição mútua; não existem circuitos mutuamente excitatórios. Esse modo de operação feedforward significa que o cerebelo, em contraste com o córtex cerebral, não pode gerar padrões autossustentáveis ​​de atividade neural. Os sinais entram no circuito, são processados ​​por cada estágio em ordem sequencial e depois saem. Como Eccles, Ito e Szentágothai escreveram: "Esta eliminação no desenho de todas as possibilidades de cadeias reverberatórias de excitação neuronal é sem dúvida uma grande vantagem no desempenho do cerebelo como um computador, porque o que o resto do sistema nervoso requer do cerebelo é presumivelmente não uma saída que expressa a operação de circuitos reverberatórios complexos no cerebelo, mas sim uma resposta rápida e clara à entrada de qualquer conjunto particular de informações. "
  2. Divergência e convergência : No cerebelo humano, as informações de 200 milhões de entradas de fibra musgosa são expandidas para 40 bilhões de células granulares , cujas saídas de fibra paralelas convergem então para 15 milhões de células de Purkinje . Por causa da maneira como estão alinhadas longitudinalmente, as cerca de 1000 células de Purkinje pertencentes a uma microzona podem receber entrada de até 100 milhões de fibras paralelas e concentrar sua própria produção em um grupo de menos de 50 células nucleares profundas . Assim, a rede cerebelar recebe um número modesto de entradas, processa-as extensivamente por meio de sua rede interna rigorosamente estruturada e envia os resultados por meio de um número muito limitado de células de saída.
  3. Modularidade : O sistema cerebelar é funcionalmente dividido em módulos mais ou menos independentes, que provavelmente chegam a centenas a milhares. Todos os módulos têm uma estrutura interna semelhante, mas entradas e saídas diferentes. Um módulo (um microcompartimento multizonal na terminologia de Apps e Garwicz) consiste em um pequeno agrupamento de neurônios no núcleo olivar inferior, um conjunto de longas tiras estreitas de células de Purkinje no córtex cerebelar (microzonas) e um pequeno agrupamento de neurônios em um dos núcleos cerebelares profundos. Módulos diferentes compartilham a entrada de fibras musgosas e fibras paralelas, mas em outros aspectos eles parecem funcionar de forma independente - a saída de um módulo não parece influenciar significativamente a atividade de outros módulos.
  4. Plasticidade : as sinapses entre fibras paralelas e células de Purkinje, e as sinapses entre fibras musgosas e células nucleares profundas, são suscetíveis à modificação de sua força. Em um único módulo cerebelar, a entrada de até um bilhão de fibras paralelas converge para um grupo de menos de 50 células nucleares profundas, e a influência de cada fibra paralela nessas células nucleares é ajustável. Esse arranjo oferece uma enorme flexibilidade para o ajuste fino da relação entre as entradas e saídas cerebelares.

Aprendendo

Existem evidências consideráveis ​​de que o cerebelo desempenha um papel essencial em alguns tipos de aprendizagem motora. As tarefas em que o cerebelo mais claramente entra em ação são aquelas em que é necessário fazer ajustes finos na maneira como uma ação é realizada. No entanto, tem havido muita controvérsia sobre se o aprendizado ocorre dentro do próprio cerebelo ou se serve apenas para fornecer sinais que promovem o aprendizado em outras estruturas cerebrais. A maioria das teorias que atribuem o aprendizado aos circuitos do cerebelo são derivadas das idéias de David Marr e James Albus , que postularam que as fibras trepadeiras fornecem um sinal de ensino que induz a modificação sináptica na fibra paralela - sinapses celulares de Purkinje . Marr presumiu que a entrada de fibra ascendente faria com que as entradas de fibra paralela ativadas de forma síncrona fossem reforçadas. A maioria dos modelos de aprendizagem cerebelar subsequentes, no entanto, seguiram Alvo ao assumir que a atividade de subida da fibra seria um sinal de erro e faria com que as entradas de fibra paralela ativadas de forma síncrona fossem enfraquecidas. Alguns desses modelos posteriores, como o modelo do Filtro Adaptativo de Fujita, tentaram entender a função cerebelar em termos da teoria de controle ótimo .

A ideia de que a atividade da fibra escalada funciona como um sinal de erro foi examinada em muitos estudos experimentais, com alguns apoiando, mas outros lançando dúvidas. Em um estudo pioneiro de Gilbert e Thach de 1977, as células de Purkinje de macacos aprendendo uma tarefa de alcance mostraram aumento da atividade de pico complexo - que é conhecido por indicar de forma confiável a atividade de entrada de fibra ascendente da célula - durante os períodos em que o desempenho era ruim. Vários estudos de aprendizagem motora em gatos observaram atividade de pico complexa quando havia uma incompatibilidade entre um movimento pretendido e o movimento que foi realmente executado. Estudos do reflexo vestíbulo-ocular (que estabiliza a imagem visual na retina quando a cabeça gira) descobriram que a atividade da fibra subida indicava "deslizamento retiniano", embora não de uma forma muito direta.

Uma das tarefas de aprendizagem cerebelar mais extensivamente estudadas é o paradigma de condicionamento do piscar de olhos , em que um estímulo condicionado neutro (CS), como um tom ou uma luz, é repetidamente emparelhado com um estímulo não condicionado (US), como um sopro de ar, que elicia uma resposta de piscar. Após essas apresentações repetidas do CS e dos EUA, o CS acabará por provocar um piscar de olhos antes dos EUA, uma resposta condicionada ou CR. Experimentos mostraram que lesões localizadas em uma parte específica do núcleo interposto (um dos núcleos cerebelares profundos) ou em alguns pontos específicos no córtex cerebelar aboliriam o aprendizado de uma resposta de piscar condicionalmente cronometrada. Se as saídas cerebelares são farmacologicamente inativadas, deixando as entradas e os circuitos intracelulares intactos, o aprendizado ocorre mesmo quando o animal não consegue mostrar qualquer resposta, ao passo que, se os circuitos intracerebelares são interrompidos, nenhum aprendizado ocorre - esses fatos tomados em conjunto constituem um caso forte de que o aprendizado, de fato, ocorre dentro do cerebelo.

Teorias e modelos computacionais

Modelo de um perceptron cerebelar, conforme formulado por James Albus

A grande base de conhecimento sobre a estrutura anatômica e as funções comportamentais do cerebelo tornaram-no um terreno fértil para teorizar - talvez haja mais teorias sobre a função do cerebelo do que de qualquer outra parte do cérebro. A distinção mais básica entre elas é entre "teorias de aprendizagem" e "teorias de desempenho" - isto é, teorias que fazem uso da plasticidade sináptica dentro do cerebelo para explicar seu papel na aprendizagem, versus teorias que explicam aspectos do comportamento contínuo no base do processamento de sinal cerebelar. Diversas teorias de ambos os tipos foram formuladas como modelos matemáticos e simuladas por meio de computadores.

Talvez a teoria de "desempenho" mais antiga tenha sido a hipótese da "linha de atraso" de Valentino Braitenberg . A teoria original apresentada por Braitenberg e Roger Atwood em 1958 propôs que a propagação lenta de sinais ao longo de fibras paralelas impõe atrasos previsíveis que permitem ao cerebelo detectar relações de tempo dentro de uma determinada janela. Os dados experimentais não apóiam a forma original da teoria, mas Braitenberg continuou a defender as versões modificadas. A hipótese de que o cerebelo funciona essencialmente como um sistema de temporização também foi defendida por Richard Ivry. Outra teoria de "desempenho" influente é a teoria da rede tensorial de Pellionisz e Llinás , que forneceu uma formulação matemática avançada da ideia de que o cálculo fundamental realizado pelo cerebelo é transformar as coordenadas sensoriais em motoras.

Quase todas as teorias da categoria "aprendizagem" derivam das publicações de Marr e Albus. O artigo de Marr de 1969 propôs que o cerebelo é um dispositivo para aprender a associar movimentos elementares codificados por fibras de escalada com entradas de fibras musgosas que codificam o contexto sensorial. Albus propôs em 1971 que uma célula de Purkinje cerebelar funcionasse como um perceptron , um dispositivo de aprendizado abstrato de inspiração neural. A diferença mais básica entre as teorias de Marr e Alvo é que Marr presumiu que a atividade da fibra escalada faria com que as sinapses das fibras paralelas fossem fortalecidas, enquanto Alvo propôs que elas seriam enfraquecidas. Albus também formulou sua versão como um algoritmo de software que ele chamou de CMAC (Controlador de Articulação do Modelo Cerebelar), que foi testado em várias aplicações.

Significado clínico

Ilustração de 1912 da marcha alterada de uma mulher com doença cerebelar
O traço inferior mostra uma tentativa de um paciente com doença cerebelar de reproduzir o traço superior.

Os danos ao cerebelo geralmente causam sintomas relacionados com a motricidade, cujos detalhes dependem da parte do cerebelo envolvida e de como ele está danificado. Danos ao lobo floculonodular podem aparecer como uma perda de equilíbrio e, em particular, uma marcha alterada e irregular, com uma postura ampla causada por dificuldade de equilíbrio. Danos na zona lateral normalmente causam problemas em movimentos voluntários qualificados e planejados que podem causar erros na força, direção, velocidade e amplitude dos movimentos. Outras manifestações incluem hipotonia (diminuição do tônus ​​muscular), disartria (problemas com a articulação da fala), dismetria (problemas para julgar distâncias ou amplitudes de movimento), disdiadococinesia (incapacidade de realizar movimentos alternados rápidos como caminhar), reflexo de verificação prejudicado ou fenômeno de rebote e tremor de intenção (movimento involuntário causado por contrações alternadas de grupos musculares opostos). Danos na linha mediana podem interromper os movimentos de todo o corpo, ao passo que danos localizados mais lateralmente têm maior probabilidade de interromper os movimentos finos das mãos ou membros. Danos na parte superior do cerebelo tendem a causar dificuldades na marcha e outros problemas com a coordenação das pernas; danos à parte inferior têm maior probabilidade de causar movimentos descoordenados ou mal direcionados dos braços e mãos, bem como dificuldades de velocidade. Este complexo de sintomas motores é denominado ataxia .

Para identificar problemas cerebelares, o exame neurológico inclui avaliação da marcha (uma marcha ampla sendo indicativa de ataxia), testes de apontar o dedo e avaliação da postura. Se houver indicação de disfunção cerebelar, uma ressonância magnética pode ser usada para obter uma imagem detalhada de quaisquer alterações estruturais que possam existir.

A lista de problemas médicos que podem produzir danos cerebelares é longa, incluindo acidente vascular cerebral , hemorragia , inchaço do cérebro ( edema cerebral ), tumores , alcoolismo , trauma físico , como ferimentos por arma de fogo ou explosivos, e condições degenerativas crônicas , como atrofia olivopontocerebelar . Algumas formas de enxaqueca também podem produzir disfunção temporária do cerebelo, de gravidade variável. A infecção pode resultar em danos cerebelares em condições como as doenças do príon e a síndrome de Miller Fisher, uma variante da síndrome de Guillain-Barré .

Envelhecimento

O cerebelo humano muda com a idade. Essas mudanças podem ser diferentes daquelas de outras partes do cérebro. O cerebelo é a região do cérebro (e parte do corpo) mais jovem em centenários, de acordo com um biomarcador epigenético da idade do tecido conhecido como relógio epigenético : é cerca de 15 anos mais jovem do que o esperado em um centenário. Além disso, os padrões de expressão gênica no cerebelo humano mostram menos alterações relacionadas à idade do que no córtex cerebral . Alguns estudos relataram reduções no número de células ou no volume do tecido, mas a quantidade de dados relacionados a essa questão não é muito grande.

Transtornos do desenvolvimento e degenerativos

Imagem de ultrassom da cabeça do feto com 19 semanas de gravidez em um corte axial modificado, mostrando o cerebelo fetal normal e a cisterna magna

Malformação congênita, distúrbios hereditários e condições adquiridas podem afetar a estrutura cerebelar e, conseqüentemente, a função cerebelar. A menos que a condição causadora seja reversível, o único tratamento possível é ajudar as pessoas a conviver com seus problemas. A visualização do cerebelo fetal por ultrassonografia com 18 a 20 semanas de gravidez pode ser usada para rastrear defeitos do tubo neural fetal com uma taxa de sensibilidade de até 99%.

No desenvolvimento normal, a sinalização de hedgehog sônica endógena estimula a proliferação rápida de progenitores de neurônios granulares cerebelares (CGNPs) na camada granular externa (EGL). O desenvolvimento cerebelar ocorre durante a embriogênese tardia e no período pós-natal inicial, com a proliferação de CGNP no EGL com pico durante o desenvolvimento inicial (7º dia pós-natal no camundongo). Como os CGNPs se diferenciam terminalmente em células granulares cerebelares (também chamadas de neurônios granulares cerebelares, CGNs), eles migram para a camada granular interna (IGL), formando o cerebelo maduro (no 20º dia pós-natal no camundongo). Mutações que ativam anormalmente a sinalização Sonic hedgehog predispõem ao câncer do cerebelo ( meduloblastoma ) em humanos com Síndrome de Gorlin e em modelos de camundongos geneticamente modificados .

Malformação congênita ou subdesenvolvimento ( hipoplasia ) do vérmis cerebelar é uma característica tanto da síndrome de Dandy-Walker quanto da síndrome de Joubert . Em casos muito raros, todo o cerebelo pode estar ausente. Os distúrbios neurológicos hereditários, doença de Machado-Joseph , ataxia telangiectasia e ataxia de Friedreich causam neurodegeneração progressiva ligada à perda cerebelar. Malformações cerebrais congênitas fora do cerebelo podem, por sua vez, causar herniação do tecido cerebelar , como visto em algumas formas de malformação de Arnold-Chiari .

Outras condições que estão intimamente ligadas à degeneração cerebelar incluem os distúrbios neurológicos idiopáticos progressivos atrofia de múltiplos sistemas e a síndrome de Ramsay Hunt tipo I , e o distúrbio autoimune degeneração cerebelar paraneoplásica , em que tumores em outras partes do corpo provocam uma resposta autoimune que causa perda neuronal no cerebelo. A atrofia cerebelar pode resultar de uma deficiência aguda de vitamina B1 ( tiamina ), como observada no beribéri e na síndrome de Wernicke-Korsakoff , ou deficiência de vitamina E.

A atrofia cerebelar foi observada em muitos outros distúrbios neurológicos, incluindo doença de Huntington , esclerose múltipla , tremor essencial , epilepsia mioclônica progressiva e doença de Niemann-Pick . Atrofia cerebelar também pode ocorrer como resultado de exposição a toxinas, incluindo metais pesados ou farmacêutica ou drogas recreativas .

Dor

Há um consenso geral de que o cerebelo está envolvido no processamento da dor. O cerebelo recebe a entrada de dor tanto das vias cortico-cerebelares descendentes quanto das vias espinocerebelares ascendentes, por meio dos núcleos pontinos e das azeitonas inferiores. Algumas dessas informações são transferidas para o sistema motor, induzindo uma evitação motora consciente da dor, graduada de acordo com a intensidade da dor.

Acredita-se que essas entradas diretas da dor, assim como as indiretas, induzam um comportamento de evitação da dor em longo prazo, que resulta em alterações crônicas da postura e, consequentemente, na remodelação funcional e anatômica dos núcleos vestibulares e proprioceptivos. Como resultado, a dor neuropática crônica pode induzir a remodelação anatômica macroscópica do cérebro posterior, incluindo o cerebelo. A magnitude dessa remodelação e a indução de marcadores progenitores de neurônios sugerem a contribuição da neurogênese adulta para essas alterações.

Anatomia comparada e evolução

Seção transversal do cérebro de um tubarão - real , com o cerebelo destacado em azul

Os circuitos do cerebelo são semelhantes em todas as classes de vertebrados , incluindo peixes, répteis, pássaros e mamíferos. Também existe uma estrutura cerebral análoga em cefalópodes com cérebros bem desenvolvidos, como os polvos . Isso foi tomado como evidência de que o cerebelo desempenha funções importantes para todas as espécies animais com cérebro.

Existe uma variação considerável no tamanho e forma do cerebelo em diferentes espécies de vertebrados. Em anfíbios , é pouco desenvolvido, e em lampreias e peixes - bruxa , o cerebelo mal se distingue do tronco encefálico. Embora o espinocerebelo esteja presente nesses grupos, as estruturas primárias são pequenos núcleos pareados que correspondem ao vestibulocerebelo. O cerebelo é um pouco maior nos répteis, consideravelmente maior nas aves e ainda maior nos mamíferos. Os grandes lobos emparelhados e convolutos encontrados em humanos são típicos de mamíferos, mas o cerebelo é, em geral, um único lobo mediano em outros grupos e é liso ou apenas ligeiramente sulcado. Em mamíferos, o neocerebelo é a maior parte do cerebelo em massa, mas, em outros vertebrados, é tipicamente o espinocerebelo.

O cerebelo dos peixes cartilaginosos e ósseos é extraordinariamente grande e complexo. Em pelo menos um aspecto importante, ele difere na estrutura interna do cerebelo dos mamíferos: o cerebelo do peixe não contém núcleos cerebelares profundos e discretos . Em vez disso, os alvos primários das células de Purkinje são um tipo distinto de célula distribuída pelo córtex cerebelar, um tipo não visto em mamíferos. Nos peixes mormirídeos (uma família de peixes de água doce fracamente eletrossensíveis), o cerebelo é consideravelmente maior do que o resto do cérebro. A maior parte dele é uma estrutura especial chamada valvula , que tem uma arquitetura incomumente regular e recebe grande parte de sua entrada do sistema eletrossensorial.

A marca registrada do cerebelo dos mamíferos é uma expansão dos lobos laterais, cujas principais interações são com o neocórtex. À medida que os macacos evoluíram para grandes símios, a expansão dos lobos laterais continuou, em conjunto com a expansão dos lobos frontais do neocórtex. Nos hominídeos ancestrais e no Homo sapiens até o Pleistoceno médio , o cerebelo continuou a se expandir, mas os lobos frontais se expandiram mais rapidamente. O período mais recente da evolução humana, entretanto, pode realmente ter sido associado a um aumento no tamanho relativo do cerebelo, já que o neocórtex reduziu seu tamanho um pouco enquanto o cerebelo se expandiu. O tamanho do cerebelo humano, em comparação com o resto do cérebro, tem aumentado de tamanho, enquanto o cérebro diminuiu de tamanho. Com o desenvolvimento e implementação de tarefas motoras, habilidades visuais-espaciais e aprendizagem ocorrendo no cerebelo, o crescimento do cerebelo, acredita-se que tenha alguma forma de correlação com maiores habilidades cognitivas humanas. Os hemisférios laterais do cerebelo são agora 2,7 vezes maiores em humanos e macacos do que em macacos. Essas mudanças no tamanho do cerebelo não podem ser explicadas por uma maior massa muscular. Eles mostram que ou o desenvolvimento do cerebelo está intimamente ligado ao do resto do cérebro ou que as atividades neurais que ocorrem no cerebelo foram importantes durante a evolução dos hominídeos . Devido ao papel do cerebelo nas funções cognitivas, o aumento de seu tamanho pode ter desempenhado um papel na expansão cognitiva.

Estruturas semelhantes a cerebelo

A maioria das espécies de vertebrados tem um cerebelo e uma ou mais estruturas semelhantes a cerebelo, áreas do cérebro que se assemelham ao cerebelo em termos de citoarquitetura e neuroquímica . A única estrutura semelhante ao cerebelo encontrada em mamíferos é o núcleo coclear dorsal (DCN), um dos dois núcleos sensoriais primários que recebem informações diretamente do nervo auditivo . O DCN é uma estrutura em camadas, com a camada inferior contendo células granulares semelhantes às do cerebelo, dando origem a fibras paralelas que sobem para a camada superficial e viajam através dela horizontalmente. A camada superficial contém um conjunto de neurônios gabaérgicos chamados células cartwheel que se assemelham às células de Purkinje anatômica e quimicamente - eles recebem entrada de fibra paralela, mas não têm nenhuma entrada que se assemelhe a fibras de escalada . Os neurônios de saída do DCN são células piramidais . Eles são glutamatérgicos, mas também se assemelham às células de Purkinje em alguns aspectos - eles têm árvores dendríticas superficiais achatadas e espinhosas que recebem entrada de fibra paralela, mas também têm dendritos basais que recebem entrada de fibras do nervo auditivo, que viajam através do DCN em uma direção em ângulos retos com as fibras paralelas. O DCN é mais desenvolvido em roedores e outros pequenos animais, e é consideravelmente reduzido em primatas. Sua função não é bem compreendida; as especulações mais populares relacionam-no à audição espacial de uma forma ou de outra.

A maioria das espécies de peixes e anfíbios possui um sistema de linha lateral que detecta ondas de pressão na água. Uma das áreas do cérebro que recebe entrada primária do órgão da linha lateral, o núcleo octavolateral medial, tem uma estrutura semelhante ao cerebelo, com células granulares e fibras paralelas. Em peixes eletrossensíveis, a entrada do sistema eletrossensorial vai para o núcleo octavolateral dorsal, que também tem uma estrutura semelhante a cerebelo. Em peixes com nadadeiras raiadas (de longe o maior grupo), o tectum óptico tem uma camada - a camada marginal - semelhante ao cerebelo.

Todas essas estruturas semelhantes ao cerebelo parecem estar principalmente relacionadas aos sentidos, e não aos motores. Todos eles têm células granulares que dão origem a fibras paralelas que se conectam a neurônios semelhantes a Purkinje com sinapses modificáveis , mas nenhum tem fibras escaláveis ​​comparáveis ​​às do cerebelo - em vez disso, recebem informações diretas de órgãos sensoriais periféricos. Nenhum tem uma função demonstrada, mas a especulação mais influente é que eles servem para transformar as entradas sensoriais de alguma forma sofisticada, talvez para compensar as mudanças na postura corporal. Na verdade, James M. Bower e outros argumentaram, em parte com base nessas estruturas e em parte com base em estudos cerebelares, que o cerebelo em si é fundamentalmente uma estrutura sensorial e que contribui para o controle motor ao mover o corpo em uma forma que controla os sinais sensoriais resultantes. Apesar do ponto de vista de Bower, também há fortes evidências de que o cerebelo influencia diretamente a produção motora em mamíferos.

História

Base do cérebro humano, desenhada por Andreas Vesalius em 1543

Descrições

Mesmo os primeiros anatomistas foram capazes de reconhecer o cerebelo por sua aparência distinta. Aristóteles e Herófilo (citado em Galeno ) o chamaram de παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), em oposição ao ἐγκέφαλος ( enkephalos ) ou cérebro propriamente dito. A extensa descrição de Galeno é a mais antiga que sobreviveu. Ele especulou que o cerebelo era a fonte dos nervos motores.

Outros desenvolvimentos significativos não ocorreram até a Renascença . Vesalius discutiu o cerebelo brevemente, e a anatomia foi descrita mais detalhadamente por Thomas Willis em 1664. Mais trabalhos anatômicos foram feitos durante o século 18, mas não foi até o início do século 19 que os primeiros insights sobre a função do cerebelo foram obtido. Luigi Rolando, em 1809, estabeleceu a principal descoberta de que danos ao cerebelo resultam em distúrbios motores. Jean Pierre Flourens na primeira metade do século 19 realizou um trabalho experimental detalhado, que revelou que animais com lesão cerebelar ainda podem se mover, mas com perda de coordenação (movimentos estranhos, andar desajeitado e fraqueza muscular), e essa recuperação após a lesão pode estar quase completa, a menos que seja muito extensa. No início do século 20, era amplamente aceito que a função primária do cerebelo estava relacionada ao controle motor; a primeira metade do século 20 produziu várias descrições detalhadas dos sintomas clínicos associados à doença cerebelar em humanos.

Etimologia

O nome cerebelo é um diminutivo do cérebro (cérebro); pode ser traduzido literalmente como pequeno cérebro . O nome latino é uma tradução direta do grego antigo παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), que foi usado nas obras de Aristóteles, o primeiro escritor conhecido a descrever a estrutura. Nenhum outro nome é usado na literatura de língua inglesa, mas historicamente uma variedade de nomes derivados do grego ou do latim têm sido usados, incluindo cerebrum parvum , encephalion , encranion , cerebrum posterius e parencephalis .

Referências

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