Den slutliga destinationen för de afferenta banorna till hjärnbarkens hjärnbark är en speciell celltyp som kallas Purkinje-cellen (figur 19.8). Inmatningen från hjärnbarken till Purkinjecellerna är dock ganska indirekt. Neuroner i pontinkärnorna tar emot en projektion från hjärnbarken och vidarebefordrar sedan informationen till den kontralaterala cerebellära cortexen. Axonerna från pontinkärnorna och andra källor kallas mossiga fibrer på grund av utseendet på deras synaptiska terminaler. Mossiga fibrer synapserar på granuleceller i granulecellskiktet i cerebellar cortex (se figurerna 19.8 och 19.9). De cerebellära granulecellerna anses allmänt vara den vanligaste klassen av neuroner i den mänskliga hjärnan. De ger upphov till specialiserade axoner som kallas parallella fibrer och som stiger upp till det molekylära lagret i cerebellära cortex. De parallella fibrerna förgrenar sig i det molekylära lagret för att bilda T-formade grenar som vidarebefordrar information via excitatoriska synapser till Purkinjecellernas dendritiska taggar.
Figur 19.8
Neuroner och kretsar i lillhjärnan. (A) Neuronala typer i den cerebellära cortexen. Observera att de olika neuronklasserna återfinns i skilda lager. (B) Diagram som visar konvergerande ingångar till Purkinjecellen från parallella fibrer och lokala kretsar (mer…)
Figur 19.9
Excitatoriska och hämmande förbindelser i cerebellära cortex och djupa cerebellära kärnor. Den excitatoriska insatsen från mossiga fibrer och klätterfibrer till Purkinjeceller och djupa kärnceller är i princip densamma. Ytterligare konvergent input till (mer…)
Purkinjecellerna utgör det mest slående histologiska draget i lillhjärnan. Utarbetade dendriter sträcker sig in i det molekylära lagret från ett enda underliggande lager av dessa gigantiska nervcellskroppar (som kallas Purkinjeskiktet). När Purkinjecellernas dendriter väl befinner sig i det molekylära lagret förgrenar de sig kraftigt i ett plan i rät vinkel mot de parallella fibrarnas bana (figur 19.8A). På detta sätt kan varje Purkinjecell ta emot input från ett stort antal parallella fibrer, och varje parallellfiber kan komma i kontakt med ett mycket stort antal Purkinjeceller (i storleksordningen tiotusentals). Purkinjecellerna får en direkt modulerande input på sina dendritiska axlar från de klättrande fibrerna, som alla uppstår i den nedre oliven (figur 19.8B). Varje Purkinjecell får många synaptiska kontakter från en enda klätterfiber. I de flesta modeller av lillhjärnans funktion reglerar de klättrande fibrerna rörelsen genom att modulera effektiviteten hos den mossigt-parallella fiberförbindelsen med Purkinjecellerna.
Purkinjecellerna projicerar i sin tur till de djupa cerebellära kärnorna. De är de enda utgångscellerna i den cerebellära cortexen. Eftersom Purkinjecellerna är GABAergiska är utflödet från cerebellära cortex helt och hållet hämmande. De djupa cerebellära kärnorna får dock excitatoriskt inflöde från kollateraler från de mossiga och klättrande fibrerna. Purkinjecellernas hämning av de djupa kärnorna tjänar till att modulera nivån på denna excitering (figur 19.9).
Inflöden från lokala kretsneuroner modulerar Purkinjecellernas hämmande aktivitet och förekommer både på dendritiska axlar och på cellkroppen. De mest kraftfulla av dessa lokala inflöden är hämmande komplex av synapser som görs runt Purkinjecellkropparna av korgceller (se figur 19.8A,B). En annan typ av lokalkretsneuron, stellatcellen, tar emot input från de parallella fibrerna och ger en hämmande input till Purkinjecellens dendriter. Slutligen innehåller det molekylära lagret de apikala dendriterna av en celltyp som kallas Golgiceller; dessa neuroner har sina cellkroppar i det granulära cellskiktet. Golgicellerna tar emot input från de parallella fibrerna och ger en hämmande återkoppling till de parallella fibrarnas ursprungsceller (granulecellerna).
Denna grundläggande krets upprepas om och om igen i varje underavdelning av lillhjärnan hos alla däggdjur och är den grundläggande funktionella modulen i lillhjärnan. Moduleringen av signalflödet genom dessa moduler utgör grunden för både realtidsreglering av rörelsen och de långsiktiga förändringar i regleringen som ligger till grund för motorisk inlärning. Signalflödet genom denna visserligen komplexa inneboende krets beskrivs bäst med hänvisning till Purkinjecellerna (se figur 19.9). Purkinjecellerna får två typer av excitatorisk input från utsidan av lillhjärnan, en direkt från klätterfibrerna och den andra indirekt via granulecellernas parallella fibrer. Golgi-, stellat- och korgcellerna styr informationsflödet genom lillhjärnans cortex. Golgicellerna bildar till exempel en hämmande återkoppling som kan begränsa varaktigheten av granulecellsinmatningen till Purkinjecellerna, medan korgcellerna ger en lateral hämning som kan fokusera den rumsliga fördelningen av Purkinjecellsaktiviteten. Purkinjecellerna modulerar aktiviteten i de djupa cerebellära kärnorna, som drivs av den direkta excitatoriska input som de får från kollateralerna från de mossiga och klättrande fibrerna.
Moduleringen av cerebellär output sker också på Purkinjecellernas nivå (se figur 19.9). Denna senare modulering kan vara ansvarig för den motoriska inlärningsaspekten av cerebellär funktion. Enligt en modell som föreslagits av Masao Ito och hans kollegor vid Tokyos universitet vidarebefordrar de klättrande fibrerna budskapet om ett motoriskt fel till Purkinje-cellerna. Detta meddelande ger upphov till långvariga minskningar av Purkinjecellernas svar på inflöden från mossiga parallella fibrer. Denna hämmande effekt på Purkinjecellernas svar avhämmar de djupa cerebellära kärnorna (för en redogörelse av den sannolika cellulära mekanismen för denna långvariga minskning av effektiviteten hos de parallella fiberns synapserna på Purkinjecellerna, se kapitel 25). Som ett resultat av detta förstärks lillhjärnans produktion till de olika källorna av övre motoriska neuroner, i stort sett på samma sätt som denna process sker i de basala ganglierna (se kapitel 18).