Destinația finală a căilor aferente către cortexul cerebelos este un tip de celulă distinctiv numit celulă Purkinje (figura 19.8). Cu toate acestea, intrarea dinspre cortexul cerebral către celulele Purkinje este destul de indirectă. Neuronii din nucleii pontini primesc o proiecție de la cortexul cerebral și apoi transmit informația către cortexul cerebelos contralateral. Axonii din nucleii pontini și din alte surse sunt numiți fibre musculoase datorită aspectului terminalelor lor sinaptice. Fibrele musculoase fac sinapse pe celulele granulare din stratul de celule granulare al cortexului cerebelos (vezi figurile 19.8 și 19.9). Celulele granule cerebeloase sunt considerate pe scară largă ca fiind cea mai abundentă clasă de neuroni din creierul uman. Ele dau naștere unor axoni specializați numiți fibre paralele care urcă în stratul molecular al cortexului cerebelos. Fibrele paralele se bifurcă în stratul molecular pentru a forma ramificații în formă de T care transmit informații prin sinapse excitatorii pe spinii dendritici ai celulelor Purkinje.
Figura 19.8
Neuroni și circuite ale cerebelului. (A) Tipuri neuronale din cortexul cerebelos. Observați că diferitele clase de neuroni se găsesc în straturi distincte. (B) Diagramă care arată intrările convergente asupra celulei Purkinje de la fibrele paralele și de la circuitul local (continuare…)
Figura 19.9
Conexiuni excitatorii și inhibitorii în cortexul cerebelos și nucleii cerebeloși profunzi. Intrarea excitatorie de la fibrele musculoase și fibrele cățărătoare către celulele Purkinje și celulele nucleare profunde este practic aceeași. Intrarea convergentă suplimentară pe (continuare…)
Celele Purkinje prezintă cea mai izbitoare caracteristică histologică a cerebelului. Dendritele elaborate se extind în stratul molecular dintr-un singur strat subiacent al acestor corpuri de celule nervoase gigantice (numit stratul Purkinje). Odată ajunse în stratul molecular, dendritele celulelor Purkinje se ramifică extensiv într-un plan în unghi drept față de traiectoria fibrelor paralele (figura 19.8A). În acest fel, fiecare celulă Purkinje este în măsură să primească intrări de la un număr mare de fibre paralele, iar fiecare fibră paralelă poate intra în contact cu un număr foarte mare de celule Purkinje (de ordinul zecilor de mii). Celulele Purkinje primesc o intrare modulatoare directă pe arborele lor dendritic de la fibrele de cățărare, care iau toate naștere în măslina inferioară (figura 19.8B). Fiecare celulă Purkinje primește numeroase contacte sinaptice de la o singură fibră cățărătoare. În majoritatea modelelor de funcționare a cerebelului, fibrele cățărătoare reglează mișcarea prin modularea eficacității conexiunii fibrelor musculo-paralele cu celulele Purkinje.
Celele Purkinje se proiectează la rândul lor către nucleele cerebeloase profunde. Acestea sunt singurele celule de ieșire ale cortexului cerebelos. Deoarece celulele Purkinje sunt GABAergice, ieșirea cortexului cerebelos este în întregime inhibitorie. Cu toate acestea, nucleii cerebeloși profunzi primesc intrări excitatorii de la colateralele fibrelor musculoase și de cățărare. Inhibiția celulelor Purkinje din nucleii profunzi are rolul de a modula nivelul acestei excitații (figura 19.9).
Intrările de la neuronii din circuitul local modulează activitatea inhibitorie a celulelor Purkinje și apar atât pe arborele dendritic, cât și pe corpul celular. Cele mai puternice dintre aceste intrări locale sunt complexele inhibitorii ale sinapselor realizate în jurul corpurilor celulelor Purkinje de către celulele coș (vezi figura 19.8A,B). Un alt tip de neuron de circuit local, celula stelată, primește intrări de la fibrele paralele și furnizează o intrare inhibitorie către dendritele celulelor Purkinje. În cele din urmă, stratul molecular conține dendritele apicale ale unui tip de celule numite celule Golgi; acești neuroni au corpurile lor celulare în stratul celulelor granulare. Celulele Golgi primesc intrări de la fibrele paralele și furnizează un feedback inhibitor către celulele de origine ale fibrelor paralele (celulele granule).
Acest circuit de bază se repetă la nesfârșit în fiecare subdiviziune a cerebelului la toate mamiferele și reprezintă modulul funcțional fundamental al cerebelului. Modularea fluxului de semnale prin aceste module oferă baza atât pentru reglarea în timp real a mișcării, cât și pentru modificările pe termen lung ale reglării care stau la baza învățării motorii. Fluxul de semnale prin acest circuit intrinsec, recunoscut ca fiind complex, este cel mai bine descris cu referire la celulele Purkinje (a se vedea figura 19.9). Celulele Purkinje primesc două tipuri de intrări excitatorii din exteriorul cerebelului, una direct de la fibrele de urcare și cealaltă indirect prin intermediul fibrelor paralele ale celulelor granulare. Celulele Golgi, stelată și de coș controlează fluxul de informații prin cortexul cerebelos. De exemplu, celulele Golgi formează un feedback inhibitor care poate limita durata de intrare a celulelor granule în celulele Purkinje, în timp ce celulele coșului asigură o inhibiție laterală care poate concentra distribuția spațială a activității celulelor Purkinje. Celulele Purkinje modulează activitatea nucleilor cerebeloși profunzi, care sunt conduși de aportul excitator direct pe care îl primesc de la colateralele fibrelor musculoase și de cățărare.
Modularea ieșirii cerebeloase are loc, de asemenea, la nivelul celulelor Purkinje (vezi figura 19.9). Această ultimă modulație poate fi responsabilă de aspectul de învățare motorie al funcției cerebeloase. Conform unui model propus de Masao Ito și colegii săi de la Universitatea din Tokyo, fibrele de cățărare transmit mesajul unei erori motorii către celulele Purkinje. Acest mesaj produce reduceri pe termen lung ale răspunsurilor celulelor Purkinje la intrările fibrelor musculo-paralele. Acest efect inhibitor asupra răspunsurilor celulelor Purkinje dezinhibă nucleele cerebeloase profunde (pentru o prezentare a mecanismului celular probabil pentru această reducere pe termen lung a eficacității sinapsei fibrelor paralele asupra celulelor Purkinje, a se vedea capitolul 25). Ca urmare, ieșirea cerebelului către diferitele surse de neuroni motori superiori este îmbunătățită, într-un mod asemănător cu cel în care acest proces are loc în ganglionii bazali (a se vedea capitolul 18).