El destino final de las vías aferentes a la corteza cerebelosa es un tipo celular distintivo llamado célula de Purkinje (Figura 19.8). Sin embargo, la entrada de la corteza cerebral a las células de Purkinje es bastante indirecta. Las neuronas de los núcleos pontinos reciben una proyección de la corteza cerebral y luego transmiten la información a la corteza cerebelosa contralateral. Los axones procedentes de los núcleos pontinos y de otras fuentes se denominan fibras musgosas por el aspecto de sus terminales sinápticas. Las fibras musgosas hacen sinapsis en las células granulares de la capa de células granulares de la corteza cerebelosa (véanse las figuras 19.8 y 19.9). Las células granulares del cerebelo se consideran la clase de neuronas más abundante en el cerebro humano. Dan lugar a axones especializados llamados fibras paralelas que ascienden a la capa molecular de la corteza cerebelosa. Las fibras paralelas se bifurcan en la capa molecular para formar ramas en forma de T que transmiten información a través de sinapsis excitatorias a las espinas dendríticas de las células de Purkinje.
Figura 19.8
Neuronas y circuitos del cerebelo. (A) Tipos neuronales en la corteza cerebelosa. Obsérvese que las distintas clases de neuronas se encuentran en capas distintas. (B) Diagrama que muestra las entradas convergentes en la célula de Purkinje desde las fibras paralelas y el circuito local (más…)
Figura 19.9
Conexiones excitatorias e inhibitorias en la corteza cerebelosa y los núcleos cerebelosos profundos. La entrada excitatoria desde las fibras musgosas y las fibras trepadoras hacia las células de Purkinje y las células nucleares profundas es básicamente la misma. La entrada convergente adicional hacia el (more…)
Las células de Purkinje presentan la característica histológica más llamativa del cerebelo. Las dendritas elaboradas se extienden hacia la capa molecular desde una única capa subyacente de estos cuerpos celulares nerviosos gigantes (llamada capa de Purkinje). Una vez en la capa molecular, las dendritas de las células de Purkinje se ramifican ampliamente en un plano perpendicular a la trayectoria de las fibras paralelas (Figura 19.8A). De este modo, cada célula de Purkinje está en condiciones de recibir información de un gran número de fibras paralelas, y cada fibra paralela puede entrar en contacto con un gran número de células de Purkinje (del orden de decenas de miles). Las células de Purkinje reciben una entrada moduladora directa en sus ejes dendríticos desde las fibras trepadoras, todas las cuales surgen en la oliva inferior (Figura 19.8B). Cada célula de Purkinje recibe numerosos contactos sinápticos de una sola fibra trepadora. En la mayoría de los modelos de la función del cerebelo, las fibras trepadoras regulan el movimiento modulando la eficacia de la conexión de las fibras musgosas paralelas con las células de Purkinje.
Las células de Purkinje se proyectan a su vez a los núcleos cerebelosos profundos. Son las únicas células de salida de la corteza cerebelosa. Como las células de Purkinje son GABAérgicas, la salida de la corteza cerebelosa es totalmente inhibitoria. Sin embargo, los núcleos cerebelosos profundos reciben una entrada excitatoria de las colaterales de las fibras musgosas y trepadoras. La inhibición de las células de Purkinje de los núcleos profundos sirve para modular el nivel de esta excitación (Figura 19.9).
Las entradas de las neuronas del circuito local modulan la actividad inhibitoria de las células de Purkinje y se producen tanto en los ejes dendríticos como en el cuerpo celular. Las más potentes de estas entradas locales son los complejos inhibitorios de sinapsis realizados alrededor de los cuerpos de las células de Purkinje por las células en cesta (véase la Figura 19.8A,B). Otro tipo de neurona de circuito local, la célula estrellada, recibe la entrada de las fibras paralelas y proporciona una entrada inhibitoria a las dendritas de las células de Purkinje. Por último, la capa molecular contiene las dendritas apicales de un tipo de células llamadas células de Golgi; estas neuronas tienen sus cuerpos celulares en la capa de células granulares. Las células de Golgi reciben la entrada de las fibras paralelas y proporcionan una retroalimentación inhibitoria a las células de origen de las fibras paralelas (las células granulares).
Este circuito básico se repite una y otra vez a lo largo de cada subdivisión del cerebelo en todos los mamíferos y es el módulo funcional fundamental del cerebelo. La modulación del flujo de señales a través de estos módulos proporciona la base tanto de la regulación del movimiento en tiempo real como de los cambios de regulación a largo plazo que subyacen al aprendizaje motor. El flujo de señales a través de este circuito intrínseco, ciertamente complejo, se describe mejor en referencia a las células de Purkinje (véase la figura 19.9). Las células de Purkinje reciben dos tipos de entrada excitatoria desde el exterior del cerebelo, una directamente desde las fibras trepadoras y la otra indirectamente a través de las fibras paralelas de las células granulares. Las células de Golgi, estrelladas y en cesta controlan el flujo de información a través de la corteza cerebelosa. Por ejemplo, las células de Golgi forman una retroalimentación inhibitoria que puede limitar la duración de la entrada de las células granulares a las células de Purkinje, mientras que las células en cesta proporcionan una inhibición lateral que puede centrar la distribución espacial de la actividad de las células de Purkinje. Las células de Purkinje modulan la actividad de los núcleos cerebelosos profundos, que son impulsados por la entrada excitatoria directa que reciben de las colaterales de las fibras musgosas y trepadoras.
La modulación de la salida cerebelosa también se produce a nivel de las células de Purkinje (véase la figura 19.9). Esta última modulación puede ser responsable del aspecto de aprendizaje motor de la función cerebelosa. Según un modelo propuesto por Masao Ito y sus colegas de la Universidad de Tokio, las fibras trepadoras transmiten el mensaje de un error motor a las células de Purkinje. Este mensaje produce reducciones a largo plazo en las respuestas de las células de Purkinje a las entradas de las fibras musgosas paralelas. Este efecto inhibitorio en las respuestas de las células de Purkinje desinhibe los núcleos cerebelosos profundos (para una explicación del probable mecanismo celular de esta reducción a largo plazo de la eficacia de la sinapsis de las fibras paralelas en las células de Purkinje, véase el capítulo 25). Como resultado, la salida del cerebelo hacia las diversas fuentes de neuronas motoras superiores se potencia, de forma muy similar a como ocurre este proceso en los ganglios basales (véase el capítulo 18).