O destino final dos caminhos aferentes ao córtex cerebelar é um tipo celular distinto chamado célula Purkinje (Figura 19.8). Entretanto, a entrada do córtex cerebral para as células de Purkinje é bastante indireta. Neurônios nos núcleos pontinos recebem uma projeção do córtex cerebral e então transmitem a informação para o córtex cerebelar contralateral. Os axônios dos núcleos pontinos e outras fontes são chamados de fibras musculares por causa do aparecimento de seus terminais sinápticos. Fibras musgosas sinapse em células granulares na camada granular do córtex cerebelar (ver Figuras 19.8 e 19.9). As células do grânulo cerebelar são amplamente consideradas a classe mais abundante de neurônios no cérebro humano. Elas dão origem a axônios especializados chamados fibras paralelas que ascendem à camada molecular do córtex cerebelar. As fibras paralelas bifurcam-se na camada molecular para formar ramos em forma de T que retransmitem informações através de sinapses excitatórias nas espinhas dendríticas das células de Purkinje.
Figure 19.8
Neurônios e circuitos do cerebelo. (A) Tipos de neurônios no córtex cerebelar. Note que as várias classes de neurônios são encontradas em camadas distintas. (B) Diagrama mostrando entradas convergentes na célula Purkinje a partir de fibras paralelas e circuito local (mais…)
Figure 19.9
Conexões excitatórias e inibitórias no córtex cerebelar e núcleos cerebelares profundos. A entrada excitatória das fibras musculares e fibras ascendentes para as células de Purkinje e células nucleares profundas é basicamente a mesma. Entrada convergente adicional no (mais…)
As células de Purkinje apresentam a característica histológica mais marcante do cerebelo. Os dendritos elaborados estendem-se para a camada molecular a partir de uma única camada subjacente destes corpos celulares nervosos gigantes (chamada camada de Purkinje). Uma vez na camada molecular, os dendritos celulares de Purkinje se ramificam extensivamente em um plano em ângulo reto com a trajetória das fibras paralelas (Figura 19.8A). Desta forma, cada célula de Purkinje está em uma posição de receber entrada de um grande número de fibras paralelas, e cada fibra paralela pode contatar um número muito grande de células de Purkinje (na ordem de dezenas de milhares). As células da Purkinje recebem uma entrada modulatória direta em seus eixos dendríticos a partir das fibras trepadeiras, todas elas surgem na azeitona inferior (Figura 19.8B). Cada célula Purkinje recebe numerosos contatos sinápticos a partir de uma única fibra trepadora. Na maioria dos modelos de função cerebelar, as fibras trepadeiras regulam o movimento modulando a eficácia da conexão da fibra mossy-parallel com as células Purkinje.
As células Purkinje projetam por sua vez para os núcleos cerebelares profundos. Elas são as únicas células de saída do córtex cerebelar. Como as células da Purkinje são GABAergic, a saída do córtex cerebelar é totalmente inibitória. Entretanto, os núcleos cerebelares profundos recebem excitação das colaterais das fibras musculares e trepadeiras. A inibição celular de Purkinje dos núcleos profundos serve para modular o nível dessa excitação (Figura 19.9).
Ingressos de neurônios de circuito local modulam a atividade inibitória das células de Purkinje e ocorrem tanto nos eixos dendríticos quanto no corpo celular. Os mais poderosos desses inputs locais são complexos inibitórios de sinapses feitas ao redor dos corpos celulares da Purkinje por células de cesta (veja Figura 19.8A,B). Outro tipo de neurônio de circuito local, a célula estrelada, recebe um input das fibras paralelas e fornece um input inibitório para os dendritos celulares da Purkinje. Finalmente, a camada molecular contém os dendritos apicais de um tipo celular chamado células Golgi; esses neurônios têm seus corpos celulares na camada celular granular. As células de Golgi recebem entrada das fibras paralelas e fornecem um feedback inibitório para as células de origem das fibras paralelas (as células granulares).
Este circuito básico é repetido repetidamente em todas as subdivisões do cerebelo em todos os mamíferos e é o módulo funcional fundamental do cerebelo. A modulação do fluxo de sinal através destes módulos fornece a base tanto para a regulação do movimento em tempo real como para as mudanças de regulação a longo prazo que estão subjacentes à aprendizagem motora. O fluxo de sinais através deste circuito intrínseco reconhecidamente complexo é melhor descrito em referência às células de Purkinje (ver Figura 19.9). As células de Purkinje recebem dois tipos de entrada excitatória do exterior do cerebelo, um diretamente das fibras trepadoras e outro indiretamente através das fibras paralelas das células granulométricas. As células Golgi, estelato e cesta controlam o fluxo de informação através do córtex cerebelar. Por exemplo, as células de Golgi formam um feedback inibitório que pode limitar a duração da entrada da célula granular para as células de Purkinje, enquanto as células de cesta fornecem inibição lateral que pode focar a distribuição espacial da atividade das células de Purkinje. As células de Purkinje modulam a atividade dos núcleos cerebelares profundos, que são movidos pelo input excitatório direto que recebem das colaterais das fibras musgosas e trepadeiras.
A modulação do output cerebelar também ocorre no nível das células de Purkinje (veja Figura 19.9). Esta última modulação pode ser responsável pelo aspecto de aprendizagem motora da função cerebelar. De acordo com um modelo proposto por Masao Ito e seus colegas da Universidade de Tóquio, as fibras trepadeiras retransmitem a mensagem de um erro motor para as células de Purkinje. Esta mensagem produz reduções de longo prazo nas respostas das células de Purkinje às entradas de fibras musculadas-paralelas. Este efeito inibitório nas respostas celulares da Purkinje desinibe os núcleos cerebelares profundos (para um relato do provável mecanismo celular para esta redução a longo prazo na eficácia da sinapse da fibra paralela nas células da Purkinje, veja o Capítulo 25). Como resultado, a saída do cerebelo para as várias fontes de neurônios motores superiores é aumentada, de forma que este processo ocorre nos gânglios basais (ver Capítulo 18).