La anatomía del cerebelo se puede ver en tres niveles. A nivel de anatomía macroscópica , el cerebelo consiste en una capa de corteza muy plegada y arrugada , con materia blanca debajo, varios núcleos profundos incrustados en la materia blanca y un ventrículo lleno de líquido en el medio. [1] A 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 consiste en el mismo conjunto pequeño de elementos neuronales, dispuestos con una geometría altamente estereotipada. [2]
El cerebelo humano está situado en la base del cerebro , con la gran masa del cerebro por encima y la porción del tronco encefálico llamada protuberancia delante de él. Está separado del cerebro que lo recubre por una capa de duramadre resistente llamada 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 a su vez es la parte superior del rombencéfalo o "rombencéfalo". Al igual que la corteza cerebral, el cerebelo se divide en dos hemisferios; también contiene una zona media estrecha llamada vermis . Un conjunto de grandes pliegues se utilizan convencionalmente 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 en su conjunto, pero solo ocupa el 10% del volumen cerebral total. [3] El cerebelo recibe casi 200 millones de fibras de entrada; en contraste, el nervio óptico está compuesto por apenas un millón de fibras.
La mayor parte del cerebelo está formada por una capa de materia gris muy apretada , la corteza cerebelosa . Se ha estimado que si la corteza cerebelosa humana pudiera desplegarse por completo, daría lugar a una capa de tejido neural de aproximadamente 1 metro de largo y 10 centímetros de ancho, una superficie total de 500-1000 cm2, [4] todo ello empaquetado dentro de un volumen de 100-150 cm cúbicos. [5] [6] 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. La materia blanca del cerebelo se conoce como el arbor vitae (árbol de la vida) debido a su apariencia ramificada, similar a un árbol. Incrustados en este hay cuatro núcleos cerebelosos profundos .
El cerebelo se puede dividir según tres criterios diferentes: anatómico macroscópico, filogenético y funcional.
En la inspección macroscópica, 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 a su vez en un vermis cerebeloso de línea media y hemisferios cerebelosos laterales.
El cerebelo también se puede dividir en tres partes en función de criterios filogenéticos (la edad evolutiva de cada parte) y funcionales (las conexiones entrantes y salientes que tiene cada parte y el papel que desempeña en el funcionamiento normal del cerebelo). Desde la más antigua filogenéticamente hasta la más nueva, las tres partes son:
Gran parte de lo que se entiende sobre las funciones del cerebelo proviene de una cuidadosa documentación 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 demás áreas cerebrales en que el flujo de señales neuronales a través de él es casi totalmente unidireccional: prácticamente no hay conexiones retrógradas entre sus elementos neuronales. Por lo 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 inhibidoras y excitatorias de otras partes del cerebro que a su vez afectan las señales salientes de los núcleos. [8] (Los núcleos globoso y emboliforme forman el núcleo interpuesto ).
La citoarquitectura ( organización celular ) del cerebelo es muy uniforme, con conexiones organizadas en una disposición tridimensional aproximada de elementos de circuitos perpendiculares . Esta uniformidad organizativa hace que el circuito nervioso sea relativamente fácil de estudiar.
La corteza cerebelosa tiene tres capas: de la externa a la interna, 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 llevan información sensoriomotora a los núcleos profundos, que a su vez la pasan a varias áreas premotoras, regulando así la ganancia y el ritmo de las acciones motoras. Las fibras musgosas y trepadoras también alimentan esta información a la corteza cerebelosa, que realiza varios cálculos, lo que da como resultado la regulación de la activación de las células de Purkinje. Las neuronas de Purkinje retroalimentan a 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 lo tanto, controlan el efecto final del cerebelo sobre la función motora. Se ha demostrado que la fuerza sináptica de casi todas las sinapsis de la corteza cerebelosa experimenta 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 motora. Cada capa de la corteza cerebelosa contiene los diversos 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 las células en cesta . También contiene los árboles dendríticos de las neuronas de Purkinje y los tractos de fibras paralelas de las células granulares. Tanto las células estrelladas como las células en cesta forman sinapsis GABAérgicas con las dendritas de las células de Purkinje.
La capa intermedia contiene solo un tipo de cuerpo celular: el de la célula grande de Purkinje . Las células de Purkinje son las neuronas integradoras primarias de la corteza cerebelosa y proporcionan su única salida. Las dendritas de las células de Purkinje son grandes pérgolas con cientos de ramas espinosas que llegan hasta la capa molecular (Fig. 6). Estas pérgolas dendríticas son planas (casi todas se encuentran en planos) con pérgolas de Purkinje vecinas en planos paralelos. Cada fibra paralela de las células granulares corre ortogonalmente a través de estas pérgolas, como un cable que pasa a través de 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 en el tronco encefálico. Cada célula de Purkinje recibe información excitatoria de 100.000 a 200.000 fibras paralelas. Se dice que las fibras paralelas son responsables de la activación simple (todo o nada, amplitud invariante) de la célula de Purkinje.
Las células de Purkinje también reciben información del núcleo olivar inferior a través de fibras trepadoras . Una buena regla mnemotécnica para esta interacción es la frase "subir al otro olivo", dado que las fibras trepadoras se originan en la oliva inferior contralateral. 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 creando una gran cantidad de sinapsis a su paso. 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 una amplitud decreciente, [9] seguidos de una pausa durante la cual se suprimen los picos simples.
Justo debajo de la capa de Purkinje se encuentran las células de Lugaro , cuyas dendritas muy largas viajan a lo largo del límite entre la capa de Purkinje y la capa 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 [10] 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 excitatorias 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 en la neurona más numerosa del cerebro (aproximadamente el 70% de todas las neuronas del cerebro y la médula espinal, combinados). Las células de Golgi brindan retroalimentación inhibidora a las células granulares, formando una sinapsis con ellas y proyectando un axón hacia la capa molecular.
Los potenciales de campo locales del neocórtex y el cerebelo oscilan coherentemente a (6–40 Hz) en animales despiertos y en comportamiento. [11] Estos parecen estar bajo el control de la salida de la corteza cerebral. [12] Esta salida estaría mediada por una vía desde las neuronas de la capa 5/6 en el neocórtex a través de la cual se proyectan hacia la protuberancia o la oliva inferior. Si a través de la protuberancia, esto iría a las fibras musgosas que hacen sinapsis con las neuronas granulares y de Golgi con las células granulares dirigiéndose entonces a las neuronas de Purkinje a través de sus fibras paralelas excitatorias. Si a través de la oliva inferior, iría a través de entradas de fibras trepadoras excitatorias a las neuronas de Purkinje. [12] Estas 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 de la corteza cerebral, primero terminan 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. [13]
La iniciación del movimiento se transmite al cerebelo a través de la vía corticorreticulocerebelosa. Estas hacen sinapsis ipsilateralmente en la formación reticular y luego, a través de los pedúnculos inferior y medio, hacia el vermis cerebeloso . [13]
La corteza motora y la corteza somatosensorial se proyectan sobre los núcleos olivares inferior y accesorio ipsilaterales, formando así 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 descargan sincrónicamente a 5 a 10 Hz (impulsos/s). En la corteza cerebelosa, la respuesta de las células de Purkinje toma la forma de espigas complejas. [14]
El cerebelo envía sus proyecciones de regreso a la corteza cerebral a través del tracto cerebelotalámico .
La expansión lateral cerebelosa, 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 un posible vínculo (a través del tálamo) con el área motora del habla. [14]
Cuando las lesiones se producen en las áreas de asociación unidas al cerebelo por las fibras corticopontocerebelosas, puede producirse el síndrome cognitivo afectivo, que se traduce en defectos cognitivos en forma de disminución de la capacidad de razonamiento, falta de atención, errores gramaticales en el habla, pérdida del sentido espacial y pérdida de memoria irregular. [14]
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 arteria cerebral posterior se ramifica desde la porción lateral de la arteria basilar, justo por debajo de su bifurcación en la arteria cerebral posterior . Aquí, envuelve posteriormente la protuberancia (a la que también suministra sangre) antes de llegar al cerebelo. La arteria cerebral posterior suministra sangre a la mayor parte de la corteza cerebelosa, los núcleos cerebelosos y los pedúnculos cerebelosos superiores. [15]
La AICA se ramifica desde la porción lateral de la arteria basilar, justo superior a 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, el pedúnculo cerebeloso medio y a los nervios facial (NC VII) y vestibulococlear (NC VIII). La obstrucción de la AICA puede causar paresia , parálisis y pérdida de sensibilidad en la cara; también puede causar pérdida de audición . Además, podría causar un infarto del ángulo pontocerebeloso. Esto podría conducir a hiperacusia (disfunción del músculo estapedio , inervado por el NC VII ) y vértigo (interpretación errónea de la aceleración de la endolinfa del canal semicircular vestibular causada por la alteración del NC VIII ).
La PICA se ramifica desde 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 el bulbo raquídeo, que irrigan varios núcleos de los nervios craneales . En el cerebelo, la PICA irriga la porción posteroinferior del cerebelo, el pedúnculo cerebeloso inferior, el núcleo ambiguo , el núcleo motor del 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 cartilaginosos y óseos , aves y mamíferos, pero algo más pequeño en reptiles. Los lóbulos grandes, pareados y contorneados que se encuentran en los humanos son típicos de los mamíferos, pero el cerebelo es generalmente un solo lóbulo mediano 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. [16]
En los anfibios , lampreas y mixinos , el cerebelo está poco desarrollado; en los dos últimos grupos apenas se distingue del tronco encefálico. Aunque el espinocerebelo está presente en estos grupos, las estructuras primarias son pequeños núcleos pareados que corresponden al vestibulocerebelo. [16]
El cerebelo sigue el patrón general de grupos de tres que se encuentra en la anatomía, [17] 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 ).
Existen tres fuentes de entrada al cerebelo, en dos categorías que consisten en fibras musgosas y trepadoras, respectivamente. Las fibras musgosas pueden originarse de 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 encuentra en la médula espinal ipsilateral . La mayor parte de la salida del cerebelo inicialmente hace sinapsis en 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 rombencéfalo embrionario se desarrollan ocho hinchazones, llamadas rombómeros . El cerebelo surge de dos rombómeros ubicados en la placa alar del tubo neural , una estructura que finalmente 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). [18]
Se cree que dos regiones principales dan origen 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 neuronas de salida primarias de la corteza cerebelosa y el cerebelo. La segunda zona germinal (lugar de nacimiento celular) se conoce como el 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 la capa granular interna. [19] La capa granular externa deja de existir en el cerebelo maduro, dejando solo células granulares en la capa granular interna. La materia blanca cerebelosa puede ser una tercera zona germinal en el cerebelo; sin embargo, su función como zona germinal es controvertida.
