Lillehjernen - Cerebellum

Lillehjernen
Grå677.png
Tegning av den menneskelige hjerne, som viser lillehjernen og pons
Lillehjernen animasjon small.gif
Plassering av det menneskelige lillehjernen (i rødt)
Detaljer
Del av Bakhjerne
Arterie SCA , AICA , PICA
Blodåre overlegen , underlegen
Identifikatorer
Latin Lillehjernen
MeSH D002531
NeuroNames 643
NeuroLex ID birnlex_1489
TA98 A14.1.07.001
TA2 5788
FMA 67944
Anatomiske termer for neuroanatomi

Den cerebellum (latin for "liten hjerne") er en viktig funksjon i hindbrain av alle virveldyr . Selv om den vanligvis er mindre enn lillehjernen , kan den hos noen dyr som mormyridfiskene være så stor som eller enda større. Hos mennesker spiller lillehjernen en viktig rolle i motorisk kontroll . Det kan også være involvert i noen kognitive funksjoner som oppmerksomhet og språk, så vel som emosjonell kontroll, for eksempel å regulere frykt- og nytelsesresponser, men dens bevegelsesrelaterte funksjoner er de mest solide. Den menneskelige lillehjernen starter ikke bevegelse, men bidrar til koordinering , presisjon og nøyaktig timing: den mottar innspill fra sensoriske systemer i ryggmargen og fra andre deler av hjernen, og integrerer disse inngangene for å finjustere motorisk aktivitet. Cerebellar skade gir lidelser i fine bevegelser , likevekt , holdning og motorisk læring hos mennesker.

Anatomisk sett har det menneskelige lillehjernen utseendet til en egen struktur festet til bunnen av hjernen, gjemt under hjernehalvdelene . Den kortikale overflaten er dekket med parallelle spor med fine mellomrom, i slående kontrast til de brede uregelmessige bøyningene i hjernebarken . Disse parallelle sporene skjuler det faktum at lillehjernen cortex faktisk er et kontinuerlig tynt lag med vev som er tett brettet i stil med et trekkspill . Innenfor dette tynne laget er flere typer nevroner med et svært regelmessig arrangement, den viktigste er Purkinje -celler og granulatceller . Denne komplekse nevrale organisasjonen gir opphav til en massiv signalbehandlingsevne, men nesten all utgang fra lillehjernebarken passerer gjennom et sett med små dype kjerner som ligger i det hvite stoffets indre av lillehjernen.

I tillegg til sin direkte rolle i motorisk kontroll, er lillehjernen nødvendig for flere typer motorisk læring , særlig læring å tilpasse seg endringer i sensorimotoriske forhold . Flere teoretiske modeller er utviklet for å forklare sensorimotorisk kalibrering når det gjelder synaptisk plastisitet i lillehjernen. Disse modellene stammer fra de som er formulert av David Marr og James Albus , basert på observasjonen av at hver cerebellar Purkinje -celle mottar to dramatisk forskjellige typer input: en består av tusenvis av svake innganger fra de parallelle fibrene i granulacellene; den andre er en ekstremt sterk innspill fra en enkelt klatrefiber . Det grunnleggende konseptet med Marr-Albus-teorien er at klatrefiberen fungerer som et "undervisningssignal", noe som induserer en langvarig endring i styrken til parallelle fiberinnganger. Observasjoner av langvarig depresjon i parallelle fiberinnganger har gitt noen støtte for teorier av denne typen, men deres gyldighet er fortsatt kontroversiell.

Struktur

På nivå med grov anatomi består lillehjernen av et tett brettet lag av cortex , med hvit substans under og en væskefylt ventrikel ved basen. Fire dype cerebellare kjerner er innebygd i den hvite materien. Hver del av cortex består av det samme lille settet med nevronelementer, lagt ut i en sterkt stereotyp geometri. På et mellomnivå kan lillehjernen og dens hjelpestrukturer skilles i flere hundre eller tusen uavhengig fungerende moduler kalt "mikrozoner" eller "mikrokompartimenter".

Grov anatomi

Utsikt over lillehjernen ovenfra og bakfra

Lillehjernen ligger i den bakre kraniale fossa . Den fjerde ventrikkel , pons og medulla er foran lillehjernen. Den er atskilt fra den overliggende storhjernen med et lag med læraktig dura mater , tentorium cerebelli ; alle forbindelsene til andre deler av hjernen reiser gjennom ponsene. Anatomister klassifiserer lillehjernen som en del av metencephalon , som også inkluderer ponsene; metencephalon er den øvre delen av rhombencephalon eller "bakhjerne". Som hjernebarken er lillehjernen delt i to lillehjernehalvkuler ; den inneholder også en smal midtlinjesone ( vermisene ). Et sett med store folder brukes etter konvensjon for å dele den generelle strukturen i 10 mindre "lobules". På grunn av det store antallet små granulatceller , inneholder lillehjernen flere nevroner enn summen fra resten av hjernen, men tar bare 10% av det totale hjernevolumet. Antall nevroner i lillehjernen er relatert til antall nevroner i neocortex . Det er omtrent 3,6 ganger så mange nevroner i lillehjernen som i neocortex, et forhold som er bevart på tvers av mange forskjellige pattedyrarter.

Lillahjernenes uvanlige overflateutseende skjuler det faktum at det meste av volumet består av et veldig tett brettet lag med grå substans : lillehjernen . Hver ås eller gyrus i dette laget kalles et folium . Det anslås at hvis den menneskelige lillehjernen ble fullstendig utbrettet, ville det gi opphav til et lag av nevralvev som er omtrent 1 meter langt og i gjennomsnitt 5 centimeter bredt - et totalt overflateareal på omtrent 500 kvadrat cm, pakket i et volum av dimensjoner 6 cm × 5 cm × 10 cm. Under den grå substansen i cortex ligger hvit substans , som hovedsakelig består av myeliniserte nervefibre som løper til og fra cortex. Innebygd i den hvite materien-som noen ganger kalles arbor vitae (livets tre) på grunn av dets forgrenede, trelignende utseende i tverrsnitt-er fire dype cerebellare kjerner , sammensatt av grå materie.

Koble lillehjernen til forskjellige deler av nervesystemet er tre sammenkoblede lillehjernen . Dette er den overlegne lillehjernen peduncle , den midtre cerebellar peduncle og den dårligere cerebellar peduncle , oppkalt etter deres posisjon i forhold til vermis. Overlegen cerebellar peduncle er hovedsakelig en utgang til hjernebarken, som bærer efferente fibre via thalamiske kjerner til øvre motoriske nevroner i hjernebarken. Fibrene stammer fra de dype lillehjernen. Den midtre cerebellare peduncle er koblet til ponsene og mottar all sin innspill fra ponsene hovedsakelig fra pontine -kjernene . Inngangen til ponsene er fra hjernebarken og videresendes fra pontinkjernene via tverrgående pontinfibre til lillehjernen. Den midtre peduncle er den største av de tre, og dens afferente fibre er gruppert i tre separate fascicles som tar innspill til forskjellige deler av lillehjernen. Den nedre cerebellare peduncle mottar innspill fra afferente fibre fra vestibulære kjerner, ryggmargen og tegmentum. Utgang fra den nedre peduncle er via efferente fibre til vestibulære kjerner og retikulær formasjon. Hele lillehjernen mottar modulerende innspill fra den underordnede olivarkjernen via den underordnede lillehjernen.

Underavdelinger

Skjematisk fremstilling av de store anatomiske underavdelingene til lillehjernen. Overlegen utsikt over et "avrullet" lillehjerne, og plasserer vermisene i ett plan.

Basert på overflatenes utseende kan tre fliker skilles i lillehjernen: fremre flik (over primærsprekken ), bakre lap (under primærsprekk) og flocculonodulær lap (under baksprekk). Disse lappene deler lillehjernen fra rostral til kaudal (hos mennesker, topp til bunn). Når det gjelder funksjon, er det imidlertid et viktigere skille langs den mediale til laterale dimensjonen. Når man forlater flocculonodular lobe, som har forskjellige forbindelser og funksjoner, kan lillehjernen deles funksjonelt inn i en medial sektor som kalles spinocerebellum og en større lateral sektor kalt cerebrocerebellum . En smal stripe av utstående vev langs midtlinjen kalles cerebellar vermis . ( Vermis er latin for "orm".)

Den minste regionen, flocculonodular lobe, kalles ofte vestibulocerebellum . Det er den eldste delen i evolusjonære termer (archicerebellum) og deltar hovedsakelig i balanse og romlig orientering; dens primære forbindelser er med vestibulære kjerner , selv om den også mottar visuell og annen sensorisk innspill. Skader på denne regionen forårsaker forstyrrelser i balanse og gange .

Medialsonen til de fremre og bakre lober utgjør spinocerebellum, også kjent som paleocerebellum. Denne delen av lillehjernen fungerer hovedsakelig for å finjustere kropps- og lembevegelser. Den mottar proprioceptiv innspill fra ryggsøylene i ryggmargen (inkludert spinocerebellar -kanalen ) og fra kranial trigeminusnerven , samt fra syns- og hørselssystemer . Den sender fibre til dype cerebellare kjerner som igjen projiserer til både hjernebarken og hjernestammen, og gir dermed modulering av synkende motoriske systemer.

Den laterale sonen, som hos mennesker er den desidert største delen, utgjør lillehjernen, også kjent som neocerebellum. Den mottar utelukkende input fra hjernebarken (spesielt parietallappen ) via pontine- kjernene (danner cortico-ponto-cerebellar-veier), og sender utgang hovedsakelig til ventrolateral thalamus (i sin tur forbundet med motorområder i premotorisk cortex og primærmotor område av hjernebarken) og til den røde kjernen . Det er uenighet om den beste måten å beskrive funksjonene til lateral lillehjernen: Det antas å være involvert i planlegging av bevegelse som er i ferd med å skje, i evaluering av sensorisk informasjon for handling og i en rekke rent kognitive funksjoner, for eksempel å bestemme verbet som passer best med et bestemt substantiv (som i "sitt" for "stol").

Mikroanatomi

To typer nevron spiller dominerende roller i lillehjernen: Purkinje -celler og granulatceller . Tre typer aksoner spiller også dominerende roller: mossete fibre og klatrefibre (som kommer inn i lillehjernen utenfra) og parallelle fibre (som er aksonene til granulatceller). Det er to hovedveier gjennom cerebellar -kretsen, som stammer fra mossete fibre og klatrefibre, som begge til slutt ender i de dype cerebellare kjernene.

Mosete fibre projiserer direkte til de dype kjernene, men gir også opphav til følgende vei: mossete fibre → granulatceller → parallelle fibre → Purkinje -celler → dype kjerner. Klatrefibre projiserer til Purkinje -celler og sender også sikkerhet direkte til de dype kjernene. De mosete fiber- og klatrefibertilførslene har hver sin fiberspesifikke informasjon; lillehjernen mottar også dopaminerge , serotonergiske , noradrenerge og kolinerge innganger som antagelig utfører global modulering.

Cerebellar cortex er delt inn i tre lag. I bunnen ligger det tykke granulære laget, tett pakket med granulatceller, sammen med interneuroner , hovedsakelig Golgi -celler, men også inkludert Lugaro -celler og unipolare børsteceller . I midten ligger Purkinje -laget, en smal sone som inneholder cellelegemene til Purkinje -celler og Bergmann -gliaceller . På toppen ligger det molekylære laget, som inneholder de flate dendritiske trærne i Purkinje -celler, sammen med det enorme utvalget av parallelle fibre som trenger inn i Purkinje -cellens dendritiske trær i rette vinkler. Dette ytterste laget av cerebellar cortex inneholder også to typer hemmende interneuron: Stellatceller og kurvceller . Både stellat- og kurvceller danner GABAergiske synapser på Purkinje -celledendritter.

Mikrokrets av lillehjernen
Forkortelser og representasjoner
 • (+): Eksitatoriske forbindelse
 • (-): Hemmende forbindelse
 • MF: Mossy fiber
 • DCN: Deep cerebellar kjernene
 • IO: inferior oliven
 • CF: Climbing fiber
 • CFC: Climbing fiber sikkerhet
 • GC: Granule celle
 • PF: Parallell fiber
 • PC: Purkinje celle
 • GGC: Golgi celle
 • SC: stel celle
 • BC: Basket celle
Tverrsnitt av et cerebellar folium , som viser de viktigste celletyper og forbindelser

Molekylært lag

Det øverste, ytterste laget av cerebellar cortex er det molekylære laget. Dette laget inneholder de flate dendritiske trærne i Purkinje -celler, og det enorme utvalget av parallelle fibre, fra det granulære laget, som trenger inn i Purkinje -cellens dendritiske trær i rette vinkler. Molekylærlaget inneholder også to typer hemmende interneuron: Stellatceller og kurvceller . Både stellat- og kurvceller danner GABAergiske synapser på Purkinje -celledendritter.

Purkinje -lag

Purkinje -celler i det menneskelige lillehjernen (i oransje, fra topp til bunn 40X, 100X og 200X forstørrelse) farget i henhold til publiserte metoder

Purkinje -celler er blant de mest særegne nevronene i hjernen, og en av de tidligste typene som ble gjenkjent - de ble først beskrevet av den tsjekkiske anatomisten Jan Evangelista Purkyně i 1837. De kjennetegnes ved formen på deres dendritiske tre: Dendritgrenen veldig kraftig, men er alvorlig flat i et plan vinkelrett på lillehjernen. Dermed danner dendritene til en Purkinje -celle et tett plant nett, gjennom hvilke parallelle fibre passerer i rette vinkler. Dendritene er dekket med dendritiske pigger , som hver mottar synaptisk inngang fra en parallell fiber. Purkinje -celler mottar flere synaptiske innganger enn noen annen celletype i hjernen - estimater av antall pigger på en enkelt menneskelig Purkinje -celle løper så høyt som 200 000. De store, sfæriske cellelegemene til Purkinje -celler er pakket inn i et smalt lag (en celle tykt) i lillehjernen, kalt Purkinje -laget . Etter å ha avgitt kollateraler som påvirker nærliggende deler av cortex, beveger aksonene seg inn i de dype lillehjernekjernene , hvor de knytter seg i størrelsesorden 1 000 kontakter hver med flere typer kjerneceller, alt innenfor et lite domene. Purkinje -celler bruker GABA som sin nevrotransmitter, og har derfor hemmende effekter på målene.

Purkinje -celler danner hjertet i cerebellar -kretsen, og deres store størrelse og særegne aktivitetsmønstre har gjort det relativt enkelt å studere deres responsmønstre i oppførsel av dyr ved bruk av ekstracellulære opptaksteknikker. Purkinje -celler avgir normalt aksjonspotensialer med høy hastighet selv i fravær av den synaptiske inngangen. Hos våkne, oppførende dyr er gjennomsnittsfrekvenser på gjennomsnittlig rundt 40 Hz typiske. Spike togene viser en blanding av det som kalles enkle og komplekse pigger. En enkel pigg er et enkelt handlingspotensial etterfulgt av en ildfast periode på ca. 10 ms; en kompleks pigg er en stereotyp sekvens av handlingspotensialer med svært korte inter-spike intervaller og synkende amplituder. Fysiologiske studier har vist at komplekse pigger (som forekommer ved basislinjehastigheter rundt 1 Hz og aldri med frekvenser som er mye høyere enn 10 Hz) er pålitelig assosiert med aktivering av klatrefibre, mens enkle pigger produseres av en kombinasjon av baseline -aktivitet og parallell fiberinngang. Komplekse pigger blir ofte etterfulgt av en pause på flere hundre millisekunder der enkel piggaktivitet undertrykkes.

Et spesifikt, gjenkjennelig trekk ved Purkinje -nevroner er uttrykket av calbindin . Calbindin -farging av rottehjerne etter ensidig kronisk isjiasnerveskade antyder at Purkinje -nevroner kan være nygenerert i den voksne hjernen, og initierer organisering av nye cerebellare lobules.

En mus fra Purkinje injisert med fluorescerende fargestoff

Granulert lag

Granulatceller (GR, bunn), parallelle fibre (horisontale linjer, topp) og Purkinje -celler (P, midten) med flate dendritiske trær

Cerebellare granulatceller , i motsetning til Purkinje -celler, er blant de minste nevronene i hjernen. De er også de mest mange nevronene i hjernen: Hos mennesker er estimater av deres totale antall gjennomsnittlig rundt 50 milliarder, noe som betyr at omtrent 3/4 av hjernens nevroner er cerebellare granulaceller. Cellekroppene deres er pakket inn i et tykt lag nederst i lillehjernen. En granulatcelle avgir bare fire til fem dendritter, som hver ender i en forstørrelse kalt en dendritisk klo . Disse forstørrelsene er steder for eksitatorisk input fra mossete fibre og hemmende input fra Golgi -celler .

De tynne, ikke -myeliniserte aksonene til granulatceller stiger vertikalt til det øvre (molekylære) laget av cortex, hvor de deler seg i to, med hver gren som beveger seg horisontalt for å danne en parallell fiber ; splittelsen av den vertikale grenen i to horisontale grener gir opphav til en særegen "T" -form. En menneskelig parallellfiber løper i gjennomsnitt 3 mm i hver retning fra splittelsen, for en total lengde på omtrent 6 mm (omtrent 1/10 av den totale bredden på det kortikale laget). Når de løper langs, passerer de parallelle fibrene gjennom de dendritiske trærne i Purkinje -celler, og kontakter en av hver 3-5 som de passerer, og utgjør totalt 80–100 synaptiske forbindelser med Purkinje -cellens dendritiske pigger. Granulatceller bruker glutamat som sin nevrotransmitter, og har derfor eksitatoriske effekter på målene.

Diagram over lagene i cerebellar cortex som viser en glomerulus i det granulære laget.

Granulatceller mottar alle sine innspill fra mossete fibre, men er flere enn 200 til 1 (hos mennesker). Dermed er informasjonen i aktivitetsstatusen for granulatcellepopulasjonen den samme som informasjonen i de mossede fibrene, men omkodet på en mye mer ekspansiv måte. Fordi granulatceller er så små og så tett pakket, er det vanskelig å registrere deres piggaktivitet i oppførsel av dyr, så det er lite data å bruke som grunnlag for teoretisering. Det mest populære konseptet for deres funksjon ble foreslått i 1969 av David Marr , som foreslo at de kunne kode for kombinasjoner av mosete fiberinnganger. Tanken er at hver granulatcelle som mottar input fra bare 4-5 mossete fibre, ville en granulatcelle ikke svare hvis bare en av inngangene var aktive, men ville reagere hvis mer enn én var aktiv. Denne kombinatoriske kodingsplanen ville potensielt tillate lillehjernen å gjøre mye finere skille mellom inngangsmønstre enn de mossete fibrene alene ville tillate.

Mosete fibre

Mosete fibre kommer inn i det granulære laget fra opprinnelsesstedet, mange som stammer fra pontinkjernene , andre fra ryggmargen, vestibulære kjerner etc. I det lille lillehjernen har det totale antallet mosete fibre blitt estimert til omtrent 200 millioner. Disse fibrene danner eksitatoriske synapser med granulatcellene og cellene i de dype cerebellare kjernene. I det granulære laget genererer en mosset fiber en serie forstørrelser kalt rosetter . Kontaktene mellom mossete fibre og granulatcelledendriter finner sted innenfor strukturer som kalles glomeruli . Hver glomerulus har en mosete fiberrosett i midten, og opptil 20 granulatcelle dendritiske klør kommer i kontakt med den. Terminaler fra Golgi -celler infiltrerer strukturen og lager hemmende synapser på granulatcelle -dendritene. Hele samlingen er omgitt av en kappe av glialceller. Hver mossete fiber sender filialer til flere cerebellar folia, og genererer totalt 20–30 rosetter; dermed kommer en enkelt mosete fiber i kontakt med anslagsvis 400–600 granulatceller.

Klatrefibre

Purkinje -celler mottar også innspill fra den dårligere olivarkjernen på den kontralaterale siden av hjernestammen via klatrefibre . Selv om den dårligere oliven ligger i medulla oblongata og mottar innspill fra ryggmargen, hjernestammen og hjernebarken, går produksjonen helt til lillehjernen. En klatrefiber avgir kollateraler til de dype lillehjernekjernene før de kommer inn i lillehjernen, hvor den deler seg i omtrent 10 terminale grener, som hver gir input til en enkelt Purkinje -celle. I slående kontrast til 100 000 pluss innganger fra parallelle fibre, mottar hver Purkinje-celle input fra nøyaktig en klatrefiber; men denne eneste fiberen "klatrer" opp dendritene til Purkinje -cellen, snor seg rundt dem og lager totalt opptil 300 synapser etter hvert. Nettoinngangen er så sterk at et enkelt handlingspotensial fra en klatrefiber er i stand til å produsere en utvidet kompleks pigg i Purkinje -cellen: et utbrudd av flere pigger på rad, med avtagende amplitude, etterfulgt av en pause hvor aktiviteten undertrykkes . Klatrefibersynapser dekker cellelegemet og proksimale dendritter; denne sonen er blottet for parallelle fiberinnganger.

Klatrefibre brenner med lave hastigheter, men et enkelt potensial for klatrefibre induserer et utbrudd av flere aksjonspotensialer i en mål -Purkinje -celle (en kompleks pigg). Kontrasten mellom parallellfiber og klatrefibertilførsel til Purkinje -celler (over 100 000 av den ene typen kontra nøyaktig en av den andre typen) er kanskje den mest provoserende egenskapen ved cerebellar anatomi, og har motivert mye av teoretiseringen. Faktisk er funksjonen til klatrefibre det mest kontroversielle temaet om lillehjernen. Det er to tankeskoler, den ene følger Marr og Albus i holdningen om at klatrefiberinngang først og fremst fungerer som et undervisningssignal, den andre mener at dens funksjon er å forme cerebellar -utgang direkte. Begge synspunkter har blitt forsvaret i stor lengde i en rekke publikasjoner. Med ordene til en anmeldelse, "Når man prøver å syntetisere de forskjellige hypotesene om klatrefibrenes funksjon, har man en følelse av å se på en tegning av Escher. Hvert synspunkt ser ut til å stå for en viss samling av funn, men når man prøver å sette de forskjellige synspunktene sammen, vises det ikke et sammenhengende bilde av hva klatrefibrene gjør.For de fleste forskere signaliserer klatrefibrene feil i motorisk ytelse, enten på vanlig måte med utladningsfrekvensmodulering eller som en eneste kunngjøring om en "uventet hendelse". For andre etterforskere ligger meldingen i graden av ensemblesynkronisering og rytmikk blant en populasjon av klatrefibre. "

Dype kjerner

Sagittal tverrsnitt av menneskelig lillehjerne, som viser den dentate kjernen, samt pons og underordnet olivarkjerne

De dype kjerner av lillehjernen er klynger av grå materie som ligger innenfor hvit substans i kjernen av lillehjernen. De er, med det mindre unntaket av de vestibulære kjernene i nærheten, de eneste utgangskildene fra lillehjernen. Disse kjernene mottar sikkerhetsprojeksjoner fra mossete fibre og klatrefibre samt hemmende innspill fra Purkinje -cellene i lillehjernen. De fire kjernene ( dentate , globose , emboliform og fastigial ) kommuniserer hver med forskjellige deler av hjernen og cerebellar cortex. (Globose- og emboliformkjernene blir også referert til som kombinert i den interponerte kjernen ). Fastigial og interposed kjerner tilhører spinocerebellum. Den dentate kjernen, som hos pattedyr er mye større enn de andre, er dannet som et tynt, kronglet lag med grå substans, og kommuniserer utelukkende med laterale deler av cerebellar cortex. Flocculus i flocculonodular lobe er den eneste delen av cerebellar cortex som ikke projiserer til de dype kjernene - produksjonen går til vestibulære kjerner i stedet.

Flertallet av nevronene i de dype kjernene har store cellelegemer og sfæriske dendritiske trær med en radius på omtrent 400 mikrometer, og bruker glutamat som deres nevrotransmitter. Disse cellene projiserer til en rekke mål utenfor lillehjernen. Blandet med dem er et mindre antall små celler, som bruker GABA som en nevrotransmitter og utelukkende projiserer til den dårligere olivarkjernen , kilden til klatrefibre . Således gir den nukleo-olivære projeksjonen en hemmende tilbakemelding for å matche den eksitatoriske projeksjonen av klatrefibre til kjernene. Det er bevis på at hver liten klynge av kjerneceller projiserer til den samme klyngen av olivære celler som sender klatrefibre til den; det er sterk og matchende topografi i begge retninger.

Når en Purkinje -celleakson kommer inn i en av de dype kjernene, forgrener den seg for å få kontakt med både store og små kjerneceller, men det totale antallet celler som blir kontaktet er bare ca 35 (hos katter). Motsatt mottar en enkelt dyp atomcelle input fra omtrent 860 Purkinje -celler (igjen hos katter).

Rom

Skjematisk illustrasjon av strukturen til soner og mikrozoner i lillehjernen

Sett fra grov anatomi synes cerebellar cortex å være et homogent vevsark, og sett fra mikroanatomi syns det at alle deler av dette arket har samme indre struktur. Det er imidlertid en rekke forhold hvor strukturen til lillehjernen er delt inn i rommet. Det er store rom som generelt er kjent som soner ; disse kan deles inn i mindre rom kjent som mikrozoner .

De første indikasjonene på kammerstruktur kom fra studier av cellers mottakelige felt i forskjellige deler av lillehjernen. Hver kroppsdel ​​kartlegger til bestemte punkter i lillehjernen, men det er mange gjentakelser av det grunnleggende kartet, og danner et arrangement som har blitt kalt "brukket somatotopi". En tydeligere indikasjon på romdeling blir oppnådd ved å immunfarge lillehjernen for visse typer proteiner. De mest kjente av disse markørene kalles "zebriner", fordi farging for dem gir opphav til et komplekst mønster som minner om stripene på en sebra. Stripene generert av zebriner og andre avdelinger markører er orientert vinkelrett på lillehjernen folder - det vil si at de er smale i mediolateral retning, men mye mer forlenget i lengderetningen. Ulike markører genererer forskjellige sett med striper, bredder og lengder varierer som en funksjon av plassering, men de har alle samme generelle form.

Oscarsson på slutten av 1970 -tallet foreslo at disse kortikale sonene kan deles inn i mindre enheter kalt mikrozoner. En mikrosone er definert som en gruppe Purkinje -celler som alle har det samme somatotopiske mottakelige feltet. Det ble funnet at mikrozoner inneholdt i størrelsesorden 1000 Purkinje -celler hver, arrangert i en lang, smal stripe, orientert vinkelrett på kortikale folder. Som det tilstøtende diagrammet illustrerer, flettes Purkinje -celledendritter i samme retning som mikrozonene strekker seg, mens parallelle fibre krysser dem i rette vinkler.

Det er ikke bare reseptoriske felt som definerer microzone struktur: Den klatre fiber inngang fra den nedre olivary kjernen er like viktig. Grenene til en klatrefiber (vanligvis på omtrent 10) aktiverer vanligvis Purkinje -celler som tilhører den samme mikrosonen. Videre olivary nevroner som sender klatring fibre til samme microzone tendens til å bli koblet ved gap junctions , som synkroniserer deres aktivitet, noe som fører Purkinje celler innenfor et microzone vise korrelert kompleks pigg aktivitet på et millisekund tidsskala. Også Purkinje -cellene som tilhører en mikrosone sender alle aksonene sine til den samme lille klyngen av utgangsceller i de dype lillehjernen . Endelig aksonene av kurv-celler er mye lenger i lengderetningen enn i den mediolateral retning, noe som får dem til å være begrenset stort sett til en enkelt microzone. Konsekvensen av all denne strukturen er at mobilinteraksjoner i et mikrosone er mye sterkere enn interaksjoner mellom forskjellige mikrozoner.

I 2005 oppsummerte Richard Apps og Martin Garwicz bevis på at mikrosoner selv er en del av en større enhet de kaller et multizonalt mikrokompleks. Et slikt mikrokompleks inkluderer flere romlig adskilte kortikale mikrozoner, som alle projiserer til samme gruppe dype cerebellare nevroner, pluss en gruppe koblede olivære nevroner som projiserer til alle de inkluderte mikrozonene så vel som til det dype atomområdet.

Blodforsyning

Lillhjernen er utstyrt med blod fra tre sammenkoblede store arterier: den overordnede lillehjernen arterie (SCA), den fremre inferior cerebellar arterien (AICA) og den bakre inferior cerebellar arterien (PICA). SCA forsyner den øvre delen av lillehjernen. Det deler seg på den øvre overflaten og grener seg inn i pia mater hvor grenene anastomoserer med de forreste og bakre underlegne cerebellare arteriene. AICA forsyner den fremre delen av undersiden av lillehjernen. PICA kommer til undersiden, hvor den deler seg i en medial gren og en sidegren. Medialgrenen fortsetter bakover til lillehjernen hakk mellom de to hjernehalvdelene i lillehjernen; mens sidegrenen forsyner underflaten av lillehjernen, så langt som til sidegrensa, hvor den anastomoser med AICA og SCA.

Funksjon

De sterkeste ledetrådene til lillehjernenes funksjon har kommet fra å undersøke konsekvensene av skade på den. Dyr og mennesker med cerebellar dysfunksjon viser fremfor alt problemer med motorisk kontroll, på samme side av kroppen som den skadede delen av lillehjernen. De fortsetter å være i stand til å generere motorisk aktivitet, men mister presisjon og produserer uberegnelige, ukoordinerte eller feil timede bevegelser. En standard test av lillehjernen funksjon er å nå med fingertuppen for et mål på armlengdes avstand: En sunn person vil bevege fingertuppen i en rask rett bane, mens en person med lillehjernen skader vil nå sakte og uberegnelig, med mange midt -kursrettelser. Underskudd i ikke-motoriske funksjoner er vanskeligere å oppdage. Dermed er den generelle konklusjonen som ble nådd for flere tiår siden at den lille funksjonen til lillehjernen er å kalibrere den detaljerte formen for en bevegelse, ikke å starte bevegelser eller å bestemme hvilke bevegelser som skal utføres.

Før 1990-tallet ble cerebellums funksjon nesten universelt antatt å være rent motorrelatert, men nyere funn har satt spørsmålstegn ved dette synet. Funksjonelle avbildningsstudier har vist cerebellar aktivering i forhold til språk, oppmerksomhet og mentale bilder; korrelasjonsstudier har vist interaksjoner mellom lillehjernen og ikke-motoriske områder i hjernebarken; og en rekke ikke-motoriske symptomer har blitt gjenkjent hos mennesker med skade som ser ut til å være begrenset til lillehjernen. Spesielt har cerebellar kognitivt affektivt syndrom eller Schmahmanns syndrom blitt beskrevet hos voksne og barn. Estimater basert på funksjonell kartlegging av lillehjernen ved bruk av funksjonell MR tyder på at mer enn halvparten av lillehjernen er sammenkoblet med assosiasjonssoner i hjernebarken.

Kenji Doya har hevdet at lillehjernens funksjon er best forstått ikke når det gjelder atferden den påvirker, men de nevrale beregningene den utfører; lillehjernen består av et stort antall mer eller mindre uavhengige moduler, alle med samme geometrisk vanlige interne struktur, og derfor antas det at alle utfører den samme beregningen. Hvis inngangs- og utgangstilkoblingene til en modul er med motorområder (så mange er), vil modulen være involvert i motorisk oppførsel; men hvis forbindelsene er med områder som er involvert i ikke-motorisk kognisjon, vil modulen vise andre typer atferdskorrelater. Således har lillehjernen vært involvert i reguleringen av mange forskjellige funksjonelle trekk som kjærlighet, følelser og atferd. Lillahjernen, foreslår Doya, forstås best som prediktiv handlingsvalg basert på "interne modeller" av miljøet eller en enhet for overvåket læring , i motsetning til basalganglier , som utfører forsterkningslæring , og hjernebarken , som utfører uovervåket læring. .

Prinsipper

Den komparative enkelheten og regelmessigheten til lillehjernen anatomi førte til et tidlig håp om at det kan innebære en lignende enkelhet av beregningsfunksjon, som uttrykt i en av de første bøkene om lillehjernenelektrofysiologi, lillehjernen som en neuronal maskin av John C. Eccles , Masao Ito og János Szentágothai . Selv om en full forståelse av cerebellar -funksjonen har vært ugjennomtrengelig, har minst fire prinsipper blitt identifisert som viktige: (1) fremoverbearbeiding, (2) divergens og konvergens, (3) modularitet og (4) plastisitet.

  1. Fremadrettet behandling : lillehjernen skiller seg fra de fleste andre deler av hjernen (spesielt hjernebarken) ved at signalbehandlingen er nesten helt fremover - det vil si at signalene beveger seg ensrettet gjennom systemet fra inngang til utgang, med svært lite tilbakevendende intern overføring. Den lille mengden tilbakefall som eksisterer, består av gjensidig hemning; det er ingen kretser som gjensidig stimulerer. Denne feedforward-operasjonsmåten betyr at lillehjernen, i motsetning til hjernebarken, ikke kan generere selvbærende mønstre av nevral aktivitet. Signaler kommer inn i kretsen, behandles av hvert trinn i sekvensiell rekkefølge og går deretter. Som Eccles, Ito og Szentágothai skrev: "Denne eliminering i utformingen av all mulighet for etterklangskjeder av nevronell eksitasjon er utvilsomt en stor fordel i ytelsen til lillehjernen som en datamaskin, fordi det som resten av nervesystemet krever fra lillehjernen er antagelig ikke noe output som uttrykker driften av komplekse etterklangskretser i lillehjernen, men snarere en rask og klar respons på innspill av et bestemt sett med informasjon. "
  2. Divergens og konvergens : I det menneskelige lillehjernen utvides informasjon fra 200 millioner mosete fiberinnganger til 40 milliarder granulatceller , hvis parallelle fiberutganger deretter konvergerer til 15 millioner Purkinje -celler . På grunn av måten de er stilt på langs, kan de rundt 1000 Purkinje -cellene som tilhører et mikrosone motta innspill fra så mange som 100 millioner parallelle fibre, og fokusere sin egen produksjon ned til en gruppe på mindre enn 50 dype atomceller . Dermed mottar cerebellar -nettverket et beskjedent antall innganger, behandler dem veldig omfattende gjennom sitt grundig strukturerte interne nettverk og sender ut resultatene via et svært begrenset antall utgangsceller.
  3. Modularitet : lillehjernen systemet er funksjonelt delt inn i mer eller mindre uavhengige moduler, som sannsynligvis teller i hundrevis til tusenvis. Alle moduler har en lignende intern struktur, men forskjellige innganger og utganger. En modul (et multizonalt mikrorom i terminologien til Apps og Garwicz) består av en liten klynge av nevroner i den nedre olivarkjernen, et sett med lange smale strimler av Purkinje -celler i lillehjernen (mikrozoner) og en liten klynge av nevroner i en av de dype lillehjernen. Ulike moduler deler input fra mossete fibre og parallelle fibre, men på andre måter ser det ut til at de fungerer uavhengig - utgangen til en modul ser ikke ut til å påvirke aktiviteten til andre moduler vesentlig.
  4. Plastisitet : Synapser mellom parallelle fibre og Purkinje -celler, og synapser mellom mossete fibre og dype kjerneceller, er begge utsatt for endring av styrken. I en enkelt cerebellarmodul konvergerer input fra så mange som en milliard parallelle fibre seg til en gruppe på mindre enn 50 dype kjerneceller, og påvirkningen av hver parallelle fiber på disse kjernecellene er justerbar. Dette arrangementet gir enorm fleksibilitet for å finjustere forholdet mellom cerebellare innganger og utganger.

Læring

Det er betydelige bevis på at lillehjernen spiller en vesentlig rolle i noen typer motorisk læring. Oppgavene der lillehjernen tydeligst spiller inn, er de der det er nødvendig å foreta finjusteringer i måten en handling utføres på. Det har imidlertid vært mye tvist om læring foregår i lillehjernen selv, eller om den bare tjener til å gi signaler som fremmer læring i andre hjernestrukturer. De fleste teorier som tilordner læring til lillehjernenes kretsløp stammer fra ideene til David Marr og James Albus , som postulerte at klatrefibre gir et undervisningssignal som induserer synaptisk modifikasjon i parallellfiber - Purkinje -cellesynapser. Marr antok at klatrefibertilførsel ville føre til at synkront aktiverte parallelle fiberinnganger styrkes. De fleste påfølgende cerebellar-læringsmodeller har imidlertid fulgt Albus i antagelsen om at klatrefiberaktivitet ville være et feilsignal, og ville føre til at synkront aktiverte parallelle fiberinnganger svekkes. Noen av disse senere modellene, for eksempel Adaptive Filter -modellen til Fujita, gjorde forsøk på å forstå cerebellar -funksjon når det gjelder optimal kontrollteori .

Ideen om at klatrefiberaktivitet fungerer som et feilsignal har blitt undersøkt i mange eksperimentelle studier, mens noen støtter det, men andre setter tvil. I en banebrytende studie av Gilbert og Thach fra 1977 viste Purkinje -celler fra aper som lærte en oppgave å nå kompleks kompleks piggaktivitet - som er kjent for pålitelig å indikere aktivitet for cellens klatrefibertilførsel - i perioder hvor ytelsen var dårlig. Flere studier av motorisk læring hos katter observerte kompleks piggaktivitet når det var et misforhold mellom en tilsiktet bevegelse og bevegelsen som faktisk ble utført. Studier av vestibulo -okulær refleks (som stabiliserer det visuelle bildet på netthinnen når hodet snur) fant at klatrefiberaktivitet indikerte "retinal slip", men ikke på en veldig grei måte.

En av de mest studerte cerebellare læringsoppgavene er øyelink -kondisjoneringsparadigmet , der en nøytral betinget stimulus (CS) som en tone eller et lys gjentatte ganger blir parret med en ubetinget stimulus (US), for eksempel et luftpust, som fremkaller et blinkende svar. Etter slike gjentatte presentasjoner av CS og USA, vil CS til slutt fremkalle et blink før USA, et betinget svar eller CR. Eksperimenter viste at lesjoner lokalisert enten til en bestemt del av den interponerte kjernen (en av de dype cerebellare kjernene) eller til noen få spesifikke punkter i cerebellar cortex ville avskaffe læring av en betinget tidsbestemt blinkrespons. Hvis cerebellare utganger er farmakologisk inaktiverte mens inngangene og intracellulære kretsene forblir intakte, finner læring sted selv om dyret ikke viser noen respons, mens hvis intracerebellare kretser blir forstyrret, finner ingen læring sted - disse fakta tilsammen gjør et sterkt argument læringen skjer faktisk inne i lillehjernen.

Teorier og beregningsmodeller

Modell av en cerebellar perceptron, som formulert av James Albus

Den store kunnskapsbasen om lillehjernenes anatomiske struktur og atferdsfunksjoner har gjort den til en grobunn for teoretisering - det er kanskje flere teorier om lillehjernens funksjon enn noen annen del av hjernen. Det mest grunnleggende skillet mellom dem er mellom "læringsteorier" og "prestasjonsteorier" - det vil si teorier som bruker synaptisk plastisitet i lillehjernen for å redegjøre for sin rolle i læring, kontra teorier som forklarer aspekter ved pågående atferd på grunnlaget for cerebellar signalbehandling. Flere teorier av begge typer har blitt formulert som matematiske modeller og simulert ved hjelp av datamaskiner.

Kanskje den tidligste "ytelse" -teorien var "forsinkelseslinje" -hypotesen til Valentino Braitenberg . Den originale teorien som ble fremmet av Braitenberg og Roger Atwood i 1958 foreslo at langsom spredning av signaler langs parallelle fibre påfører forutsigbare forsinkelser som gjør at lillehjernen kan oppdage tidsforhold i et bestemt vindu. Eksperimentelle data støttet ikke den opprinnelige formen for teorien, men Braitenberg fortsatte å argumentere for modifiserte versjoner. Hypotesen om at lillehjernen i det vesentlige fungerer som et timingssystem, har også blitt forfektet av Richard Ivry. En annen innflytelsesrik "ytelse" -teori er Tensor -nettverksteorien til Pellionisz og Llinás , som ga en avansert matematisk formulering av ideen om at den grunnleggende beregningen utført av lillehjernen er å transformere sensorisk til motorkoordinater.

Teorier i kategorien "læring" stammer nesten alle fra publikasjoner av Marr og Albus. Marrs papir fra 1969 foreslo at lillehjernen er en enhet for å lære å knytte elementære bevegelser kodet av klatrefibre med mosete fiberinnganger som koder den sensoriske konteksten. Albus foreslo i 1971 at en cerebellar Purkinje -celle fungerer som en perceptron , en nevraleinspirert abstrakt læringsenhet. Den mest grunnleggende forskjellen mellom Marr- og Albus -teoriene er at Marr antok at klatring av fiberaktivitet ville føre til at parallelle fibersynapser blir styrket, mens Albus foreslo at de ville bli svekket. Albus formulerte også sin versjon som en programvarealgoritme han kalte en CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller), som har blitt testet i en rekke applikasjoner.

Klinisk signifikans

Illustrasjon fra 1912 av den endrede ganggangen til en kvinne med cerebellar sykdom
Det nedre sporet viser et forsøk av en pasient med lillehjernen sykdom for å reprodusere det øvre sporet.

Skade på lillehjernen forårsaker ofte motorrelaterte symptomer, hvis detaljer avhenger av hvilken del av lillehjernen som er involvert og hvordan den er skadet. Skader på flocculonodular lobe kan vise seg som tap av likevekt og spesielt en endret, uregelmessig ganggang, med en bred holdning forårsaket av vanskeligheter med å balansere. Skade på lateralsonen forårsaker vanligvis problemer i dyktige frivillige og planlagte bevegelser som kan forårsake feil i kraft, retning, hastighet og amplitude av bevegelser. Andre manifestasjoner omfatter hypotoni (redusert muskeltonus), dysartri (problemer med taleartikulasjon), dysmetri (problemer bedømme avstander eller områder med bevegelse), dysdiadochokinesia (manglende evne til å utføre raske alternerende bevegelser så som gange), svekket check refleks eller rebound fenomen, og intensjonsskjelving (ufrivillig bevegelse forårsaket av vekslende sammentrekninger av motstridende muskelgrupper). Skade på midtlinjedelen kan forstyrre bevegelser i hele kroppen, mens skader lokalisert mer lateralt er mer sannsynlig å forstyrre fine bevegelser i hender eller lemmer. Skade på den øvre delen av lillehjernen har en tendens til å forårsake gangforstyrrelser og andre problemer med benkoordinering; skader på den nedre delen er mer sannsynlig å forårsake ukoordinert eller dårlig rettet bevegelse av armer og hender, samt vanskeligheter med hastigheten. Dette komplekset av motoriske symptomer kalles ataksi .

For å identifisere cerebellare problemer, inkluderer nevrologisk undersøkelse vurdering av gange (en bredt gangbasert indikasjon på ataksi), fingerpekende tester og vurdering av holdning. Hvis cerebellar dysfunksjon er indikert, kan en magnetisk resonansavbildning skanning brukes for å få et detaljert bilde av eventuelle strukturelle endringer som kan eksistere.

Listen over medisinske problemer som kan forårsake skade på lillehjernen er lang, inkludert hjerneslag , blødning , hevelse i hjernen ( hjerneødem ), svulster , alkoholisme , fysiske traumer som skuddskader eller eksplosiver, og kroniske degenerative tilstander som olivopontocerebellar atrofi . Noen former for migrenehodepine kan også gi midlertidig dysfunksjon av lillehjernen, av varierende alvorlighetsgrad. Infeksjon kan føre til skade på lillehjernen under slike forhold som prionsykdommene og Miller Fisher syndrom, en variant av Guillain - Barré syndrom .

Aldring

Det menneskelige lillehjernen endres med alderen. Disse endringene kan avvike fra andre deler av hjernen. Lillehjernen er den yngste hjerneområdet (og kroppsdelen) hos hundreåringer i henhold til en epigenetisk biomarkør av vevsalder kjent som epigenetisk klokke : den er omtrent 15 år yngre enn forventet hos en hundreåring. Videre viser genuttrykksmønstre i det menneskelige lillehjernen mindre aldersrelatert endring enn i hjernebarken . Noen studier har rapportert reduksjoner i antall celler eller volum av vev, men mengden data knyttet til dette spørsmålet er ikke veldig stor.

Utviklings- og degenerative lidelser

Ultralydbilde av fosterhodet ved 19 ukers svangerskap i en modifisert aksial seksjon, som viser det normale føtal lillehjernen og cisterna magna

Medfødt misdannelse, arvelige lidelser og ervervede tilstander kan påvirke cerebellarstruktur og følgelig cerebellar -funksjon. Med mindre årsakstilstanden er reversibel, er den eneste mulige behandlingen å hjelpe mennesker med å leve med problemene sine. Visualisering av fosterets lillehjerne ved ultralydsskanning ved 18 til 20 uker av svangerskapet kan brukes til å screene for føtal nevralrørsdefekter med en følsomhet på opptil 99%.

Ved normal utvikling stimulerer endogen sonisk pinnsvinssignalering rask spredning av cerebellar granule neuron progenitors (CGNPs) i det ytre granulatlaget (EGL). Cerebellar utvikling skjer under sen embryogenese og den tidlige postnatale perioden, med CGNP -spredning i EGL som toppet seg under tidlig utvikling (postnatal dag 7 hos musen). Ettersom CGNP-er terminalt differensierer til cerebellare granulaceller (også kalt cerebellar granule neurons, CGNs), vandrer de til det indre granulatlaget (IGL) og danner det modne lillehjernen (etter postnatal dag 20 i musen). Mutasjoner som unormalt aktiverer Sonic hedgehog -signalering, disponerer for kreft i lillehjernen ( medulloblastoma ) hos mennesker med Gorlin syndrom og i genmodifiserte musemodeller .

Medfødt misdannelse eller underutvikling ( hypoplasi ) av lillehjernen vermis er karakteristisk for både Dandy - Walker syndrom og Joubert syndrom . I svært sjeldne tilfeller kan hele lillehjernen være fraværende. De arvelige nevrologiske lidelsene Machado - Joseph sykdom , ataksi telangiectasia og Friedreichs ataksi forårsaker progressiv nevrodegenerasjon knyttet til tap av lillehjernen. Medfødte misdannelser i hjernen utenfor lillehjernen kan i sin tur forårsake herniasjon av lillehjernevev , slik det sees i noen former for Arnold - Chiari misdannelse .

Andre forhold som er nært knyttet til cerebellar degenerasjon inkluderer den idiopatiske progressive neurologiske lidelsene multiple systematrofi og Ramsay Hunt syndrom type I , og den autoimmune lidelsen paraneoplastisk cerebellar degenerasjon , der svulster andre steder i kroppen fremkaller en autoimmun respons som forårsaker nevronalt tap i lillehjernen. Cerebellar atrofi kan skyldes en akutt mangel på vitamin B1 ( tiamin ) sett i beriberi og i Wernicke - Korsakoff syndrom , eller vitamin E -mangel.

Cerebellar atrofi har blitt observert i mange andre nevrologiske lidelser, inkludert Huntingtons sykdom , multippel sklerose , essensiell tremor , progressiv myoklonusepilepsi og Niemann -Pick sykdom . Cerebellar atrofi kan også oppstå som følge av eksponering for giftstoffer, inkludert tungmetaller eller farmasøytiske eller rekreasjonsmedisiner .

Smerte

Det er en generell enighet om at lillehjernen er involvert i smertebehandling. Lillehjernen mottar smerteinngang fra både synkende cortico-cerebellar-veier og stigende spino-cerebellar-veier, gjennom pontinkjernene og dårligere oliven. Noe av denne informasjonen overføres til motorsystemet og induserer en bevisst motorisk unngåelse av smerte, gradert etter smerteintensitet.

Disse direkte smerteinngangene, så vel som indirekte innspill, antas å indusere langsiktig atferd for å unngå smerte som resulterer i kroniske holdningsendringer og følgelig i funksjonell og anatomisk ombygging av vestibulære og proprioceptive kjerner. Som et resultat kan kronisk nevropatisk smerte indusere makroskopisk anatomisk ombygging av bakhjernen, inkludert lillehjernen. Omfanget av denne ombyggingen og induksjonen av nevronforfedermarkører antyder bidraget fra voksen nevrogenese til disse endringene.

Sammenlignende anatomi og evolusjon

Tverrsnitt av hjernen til en pigghai , med lillehjernen markert i blått

Kretsene i lillehjernen er like i alle klasser av virveldyr , inkludert fisk, reptiler, fugler og pattedyr. Det er også en analog hjernestruktur hos blæksprutter med velutviklede hjerner, for eksempel blekksprut . Dette har blitt tatt som bevis for at lillehjernen utfører funksjoner som er viktige for alle dyrearter med en hjerne.

Det er stor variasjon i størrelsen og formen på lillehjernen hos forskjellige virveldyrarter. Hos amfibier er den lite utviklet, og hos lampreys og hagfish er lillehjernen knapt å skille fra hjernestammen. Selv om spinocerebellum er tilstede i disse gruppene, er de primære strukturene små, parede kjerner som tilsvarer vestibulocerebellum. Lillehjernen er litt større hos reptiler, betydelig større hos fugler, og større ennå hos pattedyr. De store parede og kronglete lober som finnes hos mennesker er typiske for pattedyr, men lillehjernen er generelt en enkelt medianlob i andre grupper, og er enten glatt eller bare litt riflet. Hos pattedyr er neocerebellum hoveddelen av lillehjernen i masse, men hos andre virveldyr er det vanligvis spinocerebellum.

Lillehjernen av brusk- og benfisk er usedvanlig stor og kompleks. I minst en viktig henseende skiller den seg i indre struktur fra lille pattedyrs lillehjerne: Fiskens lillehjerne inneholder ikke diskrete dype lillehjernekjerner . I stedet er de primære målene for Purkinje -celler en distinkt celletype fordelt over lillehjernen, en type som ikke sees hos pattedyr. Hos mormyridfisk (en familie av svakt elektrosensitiv ferskvannsfisk) er lillehjernen betydelig større enn resten av hjernen. Den største delen av den er en spesiell struktur kalt valvula , som har en uvanlig vanlig arkitektur og mottar mye av sin innspill fra det elektrosensoriske systemet.

Kjennetegnet til pattedyrs lillehjerne er en utvidelse av sidelappene, hvis hovedinteraksjoner er med neocortex. Etter hvert som aper utviklet seg til store aper, fortsatte ekspansjonen av sidelappene, i takt med utvidelsen av frontallappene i neocortex. Hos forfedre hominider og i Homo sapiens frem til midten av Pleistocene -perioden fortsatte lillehjernen å ekspandere, men frontallappene ekspanderte raskere. Den siste perioden med menneskelig evolusjon kan imidlertid faktisk ha vært forbundet med en økning i den lille størrelsen på lillehjernen, ettersom neocortex reduserte størrelsen noe mens lillehjernen ekspanderte. Størrelsen på det menneskelige lillehjernen, sammenlignet med resten av hjernen, har økt i størrelse mens lillehjernen minket i størrelse Med både utvikling og implementering av motoriske oppgaver, visuelle romlige ferdigheter og læring som finner sted i lillehjernen, vokser veksten av lillehjernen antas å ha en form for korrelasjon til større menneskelige kognitive evner. Cerebellums laterale halvkule er nå 2,7 ganger større hos både mennesker og aper enn hos apekatter. Disse endringene i lillehjernen kan ikke forklares med større muskelmasse. De viser at enten utviklingen av lillehjernen er tett knyttet til den i resten av hjernen eller at nevrale aktiviteter som foregår i lillehjernen var viktig under evolusjonen av Hominidae . På grunn av lillehjernen sin rolle i kognitive funksjoner, kan økningen i størrelsen ha spilt en rolle i kognitiv ekspansjon.

Cerebellum-lignende strukturer

De fleste virveldyrarter har en lillehjerne og en eller flere lillehjernelignende strukturer, hjerneområder som ligner lillehjernen når det gjelder cytoarchitecture og nevrokjemi . Den eneste cerebellum-lignende strukturen som finnes hos pattedyr er dorsal cochlear nucleus (DCN), en av de to primære sensoriske kjernene som mottar input direkte fra hørselsnerven . DCN er en lagdelt struktur, med bunnlaget som inneholder granulatceller som ligner på cerebellum, noe som gir opphav til parallelle fibre som stiger til det overfladiske laget og beveger seg over det horisontalt. Det overfladiske laget inneholder et sett med GABAergiske nevroner kalt cartwheel -celler som ligner Purkinje -celler anatomisk og kjemisk - de mottar parallell fiberinngang, men har ingen innganger som ligner klatrefibre . Utgangsneuronene til DCN er pyramidale celler . De er glutamatergiske, men ligner også på noen måter Purkinje -celler - de har piggete, flate overfladiske dendritiske trær som mottar parallell fiberinngang, men de har også basale dendritter som mottar innspill fra hørselsnervefibre, som beveger seg over DCN i en retning kl. rette vinkler til de parallelle fibrene. DCN er høyest utviklet hos gnagere og andre smådyr, og er betydelig redusert i primater. Dens funksjon er ikke godt forstått; de mest populære spekulasjonene knytter det til romlig hørsel på en eller annen måte.

De fleste fiskearter og amfibier har et sidelinjesystem som registrerer trykkbølger i vann. Et av hjerneområdene som mottar primær innspill fra sidelinjeorganet, den mediale oktavolaterale kjernen, har en lillehjernelignende struktur, med granulatceller og parallelle fibre. I elektrosensitiv fisk går input fra det elektrosensoriske systemet til den dorsale oktavolaterale kjernen, som også har en lillehjernelignende struktur. Hos strålefinnede fisk (den desidert største gruppen) har optisk tektum et lag-det marginale laget-som er lillehjernen.

Alle disse lillehjernen-lignende strukturer ser ut til å være hovedsakelig sensorisk-relaterte snarere enn motorrelaterte. Alle har granulatceller som gir opphav til parallelle fibre som kobles til Purkinje-lignende nevroner med modifiserbare synapser , men ingen har klatrefibre som kan sammenlignes med lillehjernen-i stedet får de direkte innspill fra perifere sanseorganer. Ingen har en demonstrert funksjon, men den mest innflytelsesrike spekulasjonen er at de tjener til å transformere sensoriske innspill på en sofistikert måte, kanskje for å kompensere for endringer i kroppsholdning. Faktisk har James M. Bower og andre argumentert, delvis på grunnlag av disse strukturene og delvis på grunn av cerebellarstudier, at lillehjernen i utgangspunktet er en sansestruktur, og at den bidrar til motorisk kontroll ved å bevege kroppen i en måte som styrer de resulterende sensoriske signalene. Til tross for Bowers synspunkt, er det også sterke bevis på at lillehjernen direkte påvirker motoreffekten hos pattedyr.

Historie

Basen på den menneskelige hjernen, tegnet av Andreas Vesalius i 1543

Beskrivelser

Selv de tidligste anatomene var i stand til å gjenkjenne lillehjernen ved sitt særegne utseende. Aristoteles og Herophilus (sitert i Galen ) kalte det παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), i motsetning til ἐγκέφαλος ( enkephalos ) eller hjernen skikkelig. Galens omfattende beskrivelse er den tidligste som overlever. Han spekulerte i at lillehjernen var kilden til motoriske nerver.

Ytterligere vesentlig utvikling kom ikke før i renessansen . Vesalius diskuterte lillehjernen kort, og anatomin ble beskrevet mer grundig av Thomas Willis i 1664. Mer anatomisk arbeid ble utført i løpet av 1700 -tallet, men det var først tidlig på 1800 -tallet at de første innsiktene i lillehjernenes funksjon var oppnådd. Luigi Rolando i 1809 etablerte det viktigste funnet at skade på lillehjernen resulterer i motoriske forstyrrelser. Jean Pierre Flourens i første halvdel av 1800 -tallet utførte detaljert eksperimentelt arbeid, som avslørte at dyr med lillehjernen skade fortsatt kan bevege seg, men med tap av koordinasjon (merkelige bevegelser, vanskelig gang og muskelsvakhet), og at restitusjon etter lesjonen kan være nesten fullført med mindre lesjonen er veldig omfattende. På begynnelsen av 1900 -tallet var det allment akseptert at lillehjernens primære funksjon er knyttet til motorisk kontroll; første halvdel av 1900 -tallet ga flere detaljerte beskrivelser av de kliniske symptomene forbundet med cerebellar sykdom hos mennesker.

Etymologi

Navnet cerebellum er en diminutiv av storhjernen (hjernen); det kan oversettes bokstavelig talt som liten hjerne . Det latinske navnet er en direkte oversettelse av det antikke greske παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), som ble brukt i verkene til Aristoteles, den første kjente forfatteren som beskrev strukturen. Ingen andre navn brukes i den engelskspråklige litteraturen, men historisk har en rekke greske eller latin-avledede navn blitt brukt, inkludert cerebrum parvum , encephalion , encranion , cerebrum posterius og parencephalis .

Referanser

Denne artikkelen ble sendt til WikiJournal of Medicine for ekstern akademisk fagfellevurdering i 2016 ( anmelderrapporter ). Det oppdaterte innholdet ble reintegrert på Wikipedia-siden under en CC-BY-SA-3.0 lisens ( 2016 ). Versjonen av platen som er vurdert er: Marion Wright; William Skaggs; Finn Årup Nielsen; et al. (30. juni 2016). "Lillehjernen" (PDF) . WikiJournal of Medicine . 3 (1). doi : 10.15347/WJM/2016.001 . ISSN  2002-4436 . Wikidata  Q44001486 .

Eksterne linker