La destinazione finale delle vie afferenti alla corteccia cerebellare è un particolare tipo di cellula chiamata cellula di Purkinje (Figura 19.8). Tuttavia, l’input dalla corteccia cerebrale alle cellule di Purkinje è abbastanza indiretto. I neuroni dei nuclei pontini ricevono una proiezione dalla corteccia cerebrale e poi trasmettono le informazioni alla corteccia cerebellare controlaterale. Gli assoni provenienti dai nuclei pontini e da altre fonti sono chiamati fibre muschiate a causa dell’aspetto dei loro terminali sinaptici. Le fibre muschiate sinapsi sulle cellule del granulo nello strato delle cellule del granulo della corteccia cerebellare (vedi figure 19.8 e 19.9). Le cellule del granulo cerebellare sono ampiamente ritenute la classe di neuroni più abbondante nel cervello umano. Danno origine ad assoni specializzati chiamati fibre parallele che salgono allo strato molecolare della corteccia cerebellare. Le fibre parallele si biforcano nello strato molecolare per formare rami a forma di T che trasmettono informazioni attraverso sinapsi eccitatorie sulle spine dendritiche delle cellule di Purkinje.
Figura 19.8. Neuroni e circuiti del cervelletto.Figura 19.8
Neuroni e circuiti del cervelletto. (A) Tipi di neuroni nella corteccia cerebellare. Si noti che le varie classi di neuroni si trovano in strati distinti. (B) Diagramma che mostra gli ingressi convergenti sulla cellula di Purkinje dalle fibre parallele e dal circuito locale (più…)
Figura 19.9. Connessioni eccitatorie e inibitorie nella corteccia cerebellare e nei nuclei cerebellari profondi.Figura 19.9
Connessioni eccitatorie e inibitorie nella corteccia cerebellare e nei nuclei cerebellari profondi. L’input eccitatorio dalle fibre muschiose e dalle fibre rampicanti alle cellule di Purkinje e alle cellule nucleari profonde è fondamentalmente lo stesso. Un ulteriore input convergente sulle (più…)
Le cellule di Purkinje presentano la caratteristica istologica più sorprendente del cervelletto. Elaborati dendriti si estendono nello strato molecolare da un unico strato adiacente di questi corpi nervosi giganti (chiamato strato del Purkinje). Una volta nello strato molecolare, i dendriti delle cellule di Purkinje si ramificano ampiamente in un piano ad angolo retto rispetto alla traiettoria delle fibre parallele (Figura 19.8A). In questo modo, ogni cellula di Purkinje è in grado di ricevere input da un gran numero di fibre parallele, e ogni fibra parallela può contattare un numero molto grande di cellule di Purkinje (dell’ordine di decine di migliaia). Le cellule di Purkinje ricevono un input modulatorio diretto sui loro fusti dendritici dalle fibre rampicanti, che nascono tutte nell’oliva inferiore (Figura 19.8B). Ogni cellula di Purkinje riceve numerosi contatti sinaptici da una singola fibra rampicante. Nella maggior parte dei modelli di funzionamento del cervelletto, le fibre rampicanti regolano il movimento modulando l’efficacia della connessione delle fibre muscose-parallele con le cellule di Purkinje.
Le cellule di Purkinje proiettano a loro volta ai nuclei cerebellari profondi. Sono le uniche cellule di uscita della corteccia cerebellare. Poiché le cellule del Purkinje sono GABAergiche, l’uscita della corteccia cerebellare è completamente inibitoria. Tuttavia, i nuclei cerebellari profondi ricevono un input eccitatorio dai collateriali delle fibre muschiose e rampicanti. L’inibizione delle cellule di Purkinje dei nuclei profondi serve a modulare il livello di questa eccitazione (Figura 19.9).
Gli input dei neuroni del circuito locale modulano l’attività inibitoria delle cellule di Purkinje e si verificano sia sui fusti dendritici che sul corpo cellulare. Il più potente di questi input locali sono i complessi inibitori delle sinapsi fatte intorno ai corpi delle cellule di Purkinje dalle cellule a canestro (vedi Figura 19.8A,B). Un altro tipo di neurone di circuito locale, la cellula stellata, riceve l’input dalle fibre parallele e fornisce un input inibitorio ai dendriti delle cellule di Purkinje. Infine, lo strato molecolare contiene i dendriti apicali di un tipo di cellule chiamate cellule del Golgi; questi neuroni hanno i loro corpi cellulari nello strato delle cellule granulari. Le cellule del Golgi ricevono l’input dalle fibre parallele e forniscono un feedback inibitorio alle cellule di origine delle fibre parallele (le cellule del granulo).
Questo circuito di base si ripete continuamente in ogni suddivisione del cervelletto in tutti i mammiferi ed è il modulo funzionale fondamentale del cervelletto. La modulazione del flusso di segnali attraverso questi moduli fornisce la base sia per la regolazione in tempo reale del movimento che per i cambiamenti a lungo termine della regolazione che sono alla base dell’apprendimento motorio. Il flusso di segnali attraverso questo complesso circuito intrinseco è meglio descritto in riferimento alle cellule di Purkinje (vedi Figura 19.9). Le cellule del Purkinje ricevono due tipi di input eccitatori dall’esterno del cervelletto, uno direttamente dalle fibre rampicanti e l’altro indirettamente attraverso le fibre parallele delle cellule del granulo. Le cellule del Golgi, dello stellato e del cesto controllano il flusso di informazioni attraverso la corteccia cerebellare. Per esempio, le cellule del Golgi formano un feedback inibitorio che può limitare la durata dell’input delle cellule del granulo alle cellule del Purkinje, mentre le cellule del cesto forniscono un’inibizione laterale che può focalizzare la distribuzione spaziale dell’attività delle cellule del Purkinje. Le cellule del Purkinje modulano l’attività dei nuclei cerebellari profondi, che sono guidati dall’input eccitatorio diretto che ricevono dai collaterali delle fibre muschiose e rampicanti.
La modulazione dell’output cerebellare avviene anche a livello delle cellule del Purkinje (vedi Figura 19.9). Quest’ultima modulazione può essere responsabile dell’aspetto di apprendimento motorio della funzione cerebellare. Secondo un modello proposto da Masao Ito e dai suoi colleghi dell’Università di Tokyo, le fibre rampicanti trasmettono il messaggio di un errore motorio alle cellule del Purkinje. Questo messaggio produce riduzioni a lungo termine nelle risposte delle cellule di Purkinje agli ingressi delle fibre muscose-parallele. Questo effetto inibitorio sulle risposte delle cellule di Purkinje disinibisce i nuclei cerebellari profondi (per un resoconto del probabile meccanismo cellulare di questa riduzione a lungo termine dell’efficacia della sinapsi delle fibre parallele sulle cellule di Purkinje, vedi capitolo 25). Di conseguenza, l’uscita del cervelletto verso le varie fonti di motoneuroni superiori è potenziata, in modo molto simile a quello che questo processo avviene nei gangli della base (vedi capitolo 18).