La anatomía del cerebelo se puede ver en tres niveles. A nivel de anatomía macroscópica , el cerebelo consta de una capa de corteza muy doblada y arrugada , con materia blanca debajo, varios núcleos profundos incrustados en la sustancia blanca y un ventrículo lleno de líquido en el medio. [1] En el nivel intermedio, el cerebelo y sus estructuras auxiliares se pueden dividir en varios cientos o miles de módulos o compartimentos que funcionan independientemente conocidos como microzonas . [1] A nivel microscópico, cada módulo consta del mismo pequeño conjunto de elementos neuronales, dispuestos con una geometría altamente estereotipada. [2]
El cerebelo está ubicado en la base del cerebro, con la gran masa de la corteza cerebral encima y la porción del tronco encefálico llamada puente delante de él. Está separado del cerebro que lo recubre por una capa de duramadre resistente ; todas sus conexiones con otras partes del cerebro viajan a través de la protuberancia. Los anatomistas clasifican el cerebelo como parte del metencéfalo , que también incluye la protuberancia; el metencéfalo a su vez es la parte superior del rombencéfalo o "rombencéfalo". Al igual que la corteza cerebral, el cerebelo está dividido en dos hemisferios; también contiene una zona media estrecha llamada vermis . Convencionalmente se utiliza un conjunto de pliegues grandes para dividir la estructura general en diez lóbulos más pequeños .
Debido a su gran cantidad de diminutas células granulares , el cerebelo contiene más neuronas que el resto del cerebro juntos, pero solo ocupa el 10% del volumen cerebral total. [3] El cerebelo recibe casi 200 millones de fibras de entrada; por el contrario, el nervio óptico está compuesto por apenas un millón de fibras.
La apariencia superficial inusual del cerebelo oculta el hecho de que la mayor parte de la estructura está formada por una capa de materia gris muy plegada, la corteza cerebelosa . Se ha estimado que si la corteza cerebelosa humana pudiera desplegarse completamente daría lugar a una capa de tejido neural de aproximadamente 1 metro de largo y 10 centímetros de ancho, una superficie total de 500 a 1000 cm cuadrados, todo ello empaquetado dentro de un volumen de 100-150 cm cúbicos. [4] [5] Debajo de la materia gris de la corteza se encuentra la materia blanca , formada en gran parte por fibras nerviosas mielinizadas que van hacia y desde la corteza. Incrustados dentro de la sustancia blanca, que a veces se llama árbol vitae (Árbol de la vida) en el cerebelo debido a su apariencia ramificada y parecida a un árbol, se encuentran cuatro núcleos cerebelosos profundos .
El cerebelo se puede dividir según tres criterios diferentes: anatómico macroscópico, filogenético y funcional.
A simple vista, se pueden distinguir tres lóbulos en el cerebelo: el lóbulo floculonodular , el lóbulo anterior (rostral a la "fisura primaria") y el lóbulo posterior (dorsal a la "fisura primaria"). Los dos últimos se pueden dividir en un vermis cerebeloso de la línea media y hemisferios cerebelosos laterales.
El cerebelo también se puede dividir en tres partes basándose tanto en criterios filogenéticos (la edad evolutiva de cada parte) como en criterios funcionales (las conexiones entrantes y salientes que tiene cada parte y el papel que desempeña en la función cerebelosa normal). Desde la filogenéticamente más antigua hasta la más nueva, las tres partes son:
Gran parte de lo que se entiende sobre las funciones del cerebelo proviene de una documentación cuidadosa de los efectos de las lesiones focales en pacientes humanos que han sufrido lesiones o enfermedades o de la investigación de lesiones en animales.
Como se explica con más detalle en la sección Función , el cerebelo se diferencia de la mayoría de las otras áreas del cerebro en que el flujo de señales neuronales a través de él es casi completamente unidireccional: prácticamente no existen conexiones hacia atrás entre sus elementos neuronales. Por tanto, la forma más lógica de describir la estructura celular es comenzar con las entradas y seguir la secuencia de conexiones hasta las salidas.
Los cuatro núcleos profundos del cerebelo son los núcleos dentado , emboliforme , globoso y fastigio y actúan como los principales centros de comunicación, enviando y recibiendo información hacia y desde partes específicas del cerebro. Además, estos núcleos reciben señales tanto inhibidoras como excitadoras de otras partes del cerebro que a su vez afectan las señales salientes de los núcleos. [7] (Los núcleos globoso y emboliforme forman el núcleo interpuesto ).
La citoarquitectura ( organización celular ) del cerebelo es muy uniforme, con conexiones organizadas en una matriz tridimensional aproximada de elementos de circuito perpendiculares . Esta uniformidad organizativa hace que los circuitos nerviosos sean relativamente fáciles de estudiar.
La corteza cerebelosa tiene tres capas; De la capa exterior a la interior, estas son las capas molecular, de Purkinje y granular. La función de la corteza cerebelosa es esencialmente modular la información que fluye a través de los núcleos profundos. El microcircuito del cerebelo se esquematiza en la Figura 5. Las fibras musgosas y trepadoras transportan información sensoriomotora a los núcleos profundos, que a su vez la transmiten a diversas áreas premotoras, regulando así la ganancia y el ritmo de las acciones motoras. Las fibras musgosas y trepadoras también envían esta información a la corteza cerebelosa, que realiza diversos cálculos, lo que da como resultado la regulación de la activación de las células de Purkinje. Las neuronas de Purkinje retroalimentan los núcleos profundos a través de una potente sinapsis inhibidora . Esta sinapsis regula el grado en que las fibras musgosas y trepadoras activan los núcleos profundos y, por tanto, controlan el efecto final del cerebelo sobre la función motora. Se ha demostrado que la fuerza sináptica de casi todas las sinapsis en la corteza cerebelosa sufre plasticidad sináptica . Esto permite que los circuitos de la corteza cerebelosa ajusten y afinen continuamente la salida del cerebelo, formando la base de algunos tipos de aprendizaje y coordinación motores. Cada capa de la corteza cerebelosa contiene los distintos tipos de células que componen este circuito.
Esta capa más externa de la corteza cerebelosa contiene dos tipos de interneuronas inhibidoras : las células estrelladas y en cesta . También contiene los ejes dendríticos de las neuronas de Purkinje y tractos de fibras paralelos de las células granulares. Tanto las células estrelladas como las en cesta forman sinapsis GABAérgicas en las dendritas de las células de Purkinje.
La capa intermedia contiene sólo un tipo de cuerpo celular: el de la célula grande de Purkinje . Las células de Purkinje son las principales neuronas integradoras de la corteza cerebelosa y proporcionan su única salida. Las dendritas de las células de Purkinje son grandes cenadores con cientos de ramas espinosas que se extienden hasta la capa molecular (Fig. 6). Estos cenadores dendríticos son planos (casi todos se encuentran en planos) y los cenadores de Purkinje vecinos se encuentran en planos paralelos. Cada fibra paralela de las células granulares corre ortogonalmente a través de estos ejes, como un alambre que atraviesa muchas capas. Las neuronas de Purkinje son GABAérgicas, lo que significa que tienen sinapsis inhibidoras, con las neuronas de los núcleos cerebelosos y vestibulares profundos del tronco del encéfalo. Cada célula de Purkinje recibe información excitadora de 100.000 a 200.000 fibras paralelas. Se dice que las fibras paralelas son responsables del aumento simple (todo o nada, invariante de amplitud ) de la célula de Purkinje.
Las células de Purkinje también reciben información del núcleo olivar inferior a través de fibras trepadoras . Una buena mnemónica para esta interacción es la frase "trepar al otro olivo", dado que las fibras trepadoras se originan en la aceituna inferior contralateral. En sorprendente contraste con las más de 100.000 entradas de fibras paralelas, cada célula de Purkinje recibe entradas de exactamente una fibra trepadora; pero esta única fibra "trepa" las dendritas de la célula de Purkinje, enrollándose alrededor de ellas y formando un gran número de sinapsis a medida que avanza. La entrada neta es tan fuerte que un único potencial de acción de una fibra trepadora es capaz de producir un "pico complejo" en la célula de Purkinje: una ráfaga de varios picos seguidos, con amplitud decreciente, [8] seguido de una pausa durante qué picos simples se suprimen.
Justo debajo de la capa de Purkinje se encuentran las células de Lugaro cuyas dendritas muy largas viajan a lo largo del límite entre las capas de Purkinje y granular.
La capa más interna contiene los cuerpos celulares de tres tipos de células: las numerosas y diminutas células granulares , las células en cepillo unipolares ligeramente más grandes [9] y las células de Golgi , mucho más grandes . Las fibras musgosas ingresan a la capa granular desde su punto de origen principal, los núcleos pontinos. Estas fibras forman sinapsis excitadoras con las células granulares y las células de los núcleos cerebelosos profundos. Las células granulares envían sus axones en forma de T, conocidos como fibras paralelas , hacia la capa molecular superficial, donde forman cientos de miles de sinapsis con las dendritas de las células de Purkinje . El cerebelo humano contiene del orden de 60 a 80 mil millones de células granulares, lo que convierte a este tipo de célula única en la neurona más numerosa del cerebro (aproximadamente el 70% de todas las neuronas del cerebro y la médula espinal, combinadas). Las células de Golgi proporcionan retroalimentación inhibidora a las células granulares, formando una sinapsis con ellas y proyectando un axón hacia la capa molecular.
Los potenciales de campo locales de la neocorteza y el cerebelo oscilan coherentemente a (6-40 Hz) en animales que se comportan despiertos. [10] Estos parecen estar bajo el control de la producción de la corteza cerebral. [11] Esta salida estaría mediada por una vía desde las neuronas de la capa 5/6 en la neocorteza a través de ese proyecto hasta la protuberancia o la oliva inferior. Si pasa a través del puente, esto iría a las fibras musgosas que hacen sinapsis con las neuronas granulares y de Golgi con las células granulares y luego se dirigiría a las neuronas de Purkinje a través de sus fibras excitadoras paralelas. Si fuera la oliva inferior, pasaría a través de entradas de fibras trepadoras excitadoras a las neuronas de Purkinje. [11] Estos devuelven esta salida a la corteza cerebral a través del tálamo ventrolateral completando el bucle.
La vía corticopontocerebelosa es la vía más grande asociada con el cerebelo. Estas fibras, que surgen en la corteza cerebral, terminan primero ipsilateralmente en los núcleos pontinos . Luego, las fibras se decusan y forman el pedúnculo cerebeloso medio, que termina en la corteza cerebelosa como fibras musgosas. Esta vía transmite señales que informan al cerebelo sobre el movimiento en curso y el movimiento próximo. Esto ayuda al ajuste continuo de la actividad motora. [12]
El inicio del movimiento se transmite al cerebelo a través de la vía corticorreticulocerebelosa. Éstos hacen sinapsis ipsilateralmente en la formación reticular , luego a través de los pedúnculos inferior y medio hacia el vermis cerebeloso . [12]
La corteza motora y la corteza somatosensorial se proyectan sobre los núcleos olivares inferiores y accesorios ipsilaterales, formando luego el tracto olivocerebeloso . Las fibras cortico-olivares hacen sinapsis bilateralmente en el núcleo olivar inferior . El orden se conserva en las proyecciones del tracto olivocerebeloso sobre los "mapas corporales" en la corteza cerebelosa contralateral. En condiciones de reposo en experimentos con animales, grupos de neuronas olivares se descargan sincrónicamente a 5 a 10 Hz (impulsos/s). En la corteza cerebelosa, la respuesta de las células de Purkinje toma la forma de picos complejos. [13]
El cerebelo envía sus proyecciones de regreso a la corteza cerebral a través del tracto cerebelotalámico .
La expansión lateral del cerebelo, o neocerebelo, puede estar asociada con funciones cognitivas y está anatómicamente vinculada con la corteza prefrontal lateral . Muestra mayor actividad durante el habla, con un predominio unilateral consistente con una posible vinculación (a través del tálamo) con el área motora del habla. [13]
Cuando se producen lesiones en las áreas de asociación unidas al cerebelo por fibras corticopontocerebelosas, puede producirse el síndrome cognitivo afectivo. Esto da como resultado defectos cognitivos en forma de capacidad de razonamiento disminuida, falta de atención, errores gramaticales en el habla, sentido espacial deficiente y pérdida irregular de memoria. [13]
Tres arterias suministran sangre al cerebelo (Fig. 7): la arteria cerebelosa superior (SCA), la arteria cerebelosa anteroinferior (AICA) y la arteria cerebelosa posteroinferior (PICA).
La SCA se ramifica en la porción lateral de la arteria basilar, justo por debajo de su bifurcación en la arteria cerebral posterior . Aquí, se envuelve posteriormente alrededor de la protuberancia (al que también suministra sangre) antes de llegar al cerebelo. El SCA suministra sangre a la mayor parte de la corteza cerebelosa, los núcleos cerebelosos y los pedúnculos cerebelosos superiores. [14]
La AICA se ramifica en la porción lateral de la arteria basilar, justo por encima de la unión de las arterias vertebrales. Desde su origen, se ramifica a lo largo de la porción inferior de la protuberancia en el ángulo pontocerebeloso antes de llegar al cerebelo. Esta arteria suministra sangre a la porción anterior del cerebelo inferior, al pedúnculo cerebeloso medio y a los nervios facial (VII) y vestibulococlear (VIII). La obstrucción de la AICA puede provocar paresia , parálisis y pérdida de sensibilidad en la cara; también puede causar problemas de audición . Además, podría provocar un infarto del ángulo pontocerebeloso. Esto podría provocar hiperacusia (disfunción del músculo estapedio , inervado por el CN VII ) y vértigo (interpretación errónea de la aceleración endolinfática del canal semicircular vestibular provocada por la alteración del CN VIII ).
La PICA se ramifica en la porción lateral de las arterias vertebrales justo por debajo de su unión con la arteria basilar. Antes de llegar a la superficie inferior del cerebelo, la PICA envía ramas hacia la médula, suministrando sangre a varios núcleos de nervios craneales . En el cerebelo, la PICA suministra sangre a la porción posteroinferior del cerebelo, el pedúnculo cerebeloso inferior, el núcleo ambiguo , el núcleo motor vago , el núcleo espinal del trigémino , el núcleo solitario y los núcleos vestibulococleares .
Existe una variación considerable en el tamaño y la forma del cerebelo en diferentes especies de vertebrados. Generalmente es más grande en peces , aves y mamíferos cartilaginosos y óseos, pero algo más pequeño en reptiles. Los grandes lóbulos pares y contorneados que se encuentran en los humanos son típicos de los mamíferos, pero el cerebelo es generalmente un lóbulo mediano único en otros grupos y es liso o ligeramente estriado. En los mamíferos, el neocerebelo es la mayor parte del cerebelo en masa, pero en otros vertebrados suele ser el espinocerebelo. [15]
En anfibios , lampreas y mixinos el cerebelo está poco desarrollado; en los dos últimos grupos apenas se distingue del tronco del encéfalo. Aunque el espinocerebelo está presente en estos grupos, las estructuras primarias son pequeños núcleos pareados que corresponden al vestibulocerebelo. [15]
El cerebelo sigue el patrón general de grupos de tres que se encuentra en la anatomía, [16] con tres pedúnculos cerebelosos principales de entrada y salida (haces de fibras). Estos son los pedúnculos cerebelosos superior (brachium conjunctivum), medio (brachium pontis) e inferior (cuerpos restiforme y yuxtarestiforme ).
Hay tres fuentes de entrada al cerebelo, en dos categorías que consisten en fibras musgosas y trepadoras, respectivamente. Las fibras musgosas pueden originarse en los núcleos pontinos, que son grupos de neuronas ubicadas en la protuberancia que transportan información desde la corteza cerebral contralateral. También pueden surgir dentro del tracto espinocerebeloso cuyo origen se sitúa en la médula espinal ipsilateral . La mayor parte de la producción del cerebelo inicialmente hace sinapsis con los núcleos cerebelosos profundos antes de salir a través de los tres pedúnculos. La excepción más notable es la inhibición directa de los núcleos vestibulares por las células de Purkinje.
Durante las primeras etapas del desarrollo embrionario , el cerebro comienza a formarse en tres segmentos distintos: el prosencéfalo , el mesencéfalo y el rombencéfalo . El rombencéfalo es el segmento más caudal (hacia la cola) del cerebro embrionario; es a partir de este segmento que se desarrolla el cerebelo. A lo largo del segmento rombencefálico embrionario se desarrollan ocho inflamaciones, llamadas rombómeros . El cerebelo surge de dos rombómeros ubicados en la placa alar del tubo neural , estructura que eventualmente forma el cerebro y la médula espinal. Los rombómeros específicos a partir de los cuales se forma el cerebelo son el rombómero 1 (Rh.1) caudalmente (cerca de la cola) y el "istmo" rostralmente (cerca del frente). [17]
Se cree que dos regiones principales dan lugar a las neuronas que forman el cerebelo. La primera región es la zona ventricular en el techo del cuarto ventrículo . Esta área produce células de Purkinje y neuronas nucleares cerebelosas profundas . Estas células son las principales neuronas de salida de la corteza cerebelosa y el cerebelo. La segunda zona germinal (lugar de nacimiento celular) se conoce como labio rómbico, las neuronas luego se mueven en la semana embrionaria humana 27 a la capa granular externa . Esta capa de células, que se encuentra en el exterior del cerebelo, produce las neuronas granulares. Las neuronas granulares migran desde esta capa exterior para formar una capa interna conocida como capa granular interna. [18] La capa granular externa deja de existir en el cerebelo maduro, dejando solo células granulares en la capa granular interna. La sustancia blanca cerebelosa puede ser una tercera zona germinal del cerebelo; sin embargo, su función como zona germinal es controvertida.
