Lillehjerne - Cerebellum

Lillehjerne
Grå677.png
Tegning af den menneskelige hjerne, der viser lillehjernen og pons
Cerebellum animation small.gif
Placering af det menneskelige lillehjerne (i rødt)
detaljer
Del af Hindhjerne
Pulsåre SCA , AICA , PICA
Vene overlegen , ringere
Identifikatorer
Latin Lillehjerne
MeSH D002531
NeuroNavne 643
NeuroLex ID birnlex_1489
TA98 A14.1.07.001
TA2 5788
FMA 67944
Anatomiske udtryk for neuroanatomi

Den lillehjernen (latin for "lille hjerne") er en vigtig funktion i baghjernen af alle hvirveldyr . Selvom det normalt er mindre end lillehjernen , kan det hos nogle dyr som mormyridfiskene være så stort som eller endda større. Hos mennesker spiller lillehjernen en vigtig rolle i motorisk kontrol . Det kan også være involveret i nogle kognitive funktioner såsom opmærksomhed og sprog samt følelsesmæssig kontrol såsom regulering af frygt- og nydelsesresponser, men dets bevægelsesrelaterede funktioner er de mest solidt etablerede. Det menneskelige lillehjerne starter ikke bevægelse, men bidrager til koordination , præcision og præcis timing: det modtager input fra sensoriske systemer i rygmarven og fra andre dele af hjernen og integrerer disse input til at finjustere motorisk aktivitet. Cerebellar skade forårsager lidelser i fine bevægelser , ligevægt , kropsholdning og motorisk læring hos mennesker.

Anatomisk har det menneskelige lillehjerne udseende af en separat struktur fastgjort til hjernens bund, gemt under hjernehalvkuglerne . Dens kortikale overflade er dækket af fint indbyrdes parallelle riller, i slående kontrast til hjernebarkens brede uregelmæssige bøjninger . Disse parallelle riller skjuler det faktum, at cerebellar cortex faktisk er et kontinuerligt tyndt lag væv, der er tæt foldet i stil med en harmonika . Inden for dette tynde lag er flere typer neuroner med et meget regelmæssigt arrangement, hvor det vigtigste er Purkinje -celler og granulatceller . Denne komplekse neurale organisation giver anledning til en massiv signalbehandlingsevne, men næsten alt output fra cerebellar cortex passerer gennem et sæt små dybe kerner, der ligger i det hvide stof indre af lillehjernen.

Ud over sin direkte rolle i motorisk kontrol er lillehjernen nødvendig for flere former for motorisk læring , især læring at tilpasse sig ændringer i sensorimotoriske forhold . Flere teoretiske modeller er blevet udviklet til at forklare sensorimotorisk kalibrering med hensyn til synaptisk plasticitet i lillehjernen. Disse modeller stammer fra dem, der er formuleret af David Marr og James Albus , baseret på iagttagelsen af, at hver cerebellar Purkinje -celle modtager to dramatisk forskellige typer input: den ene omfatter tusindvis af svage input fra granulcellernes parallelle fibre ; den anden er et ekstremt stærkt input fra en enkelt klatrefibre . Det grundlæggende koncept for Marr-Albus-teorien er, at klatrefibrene fungerer som et "undervisningssignal", som fremkalder en langvarig ændring i styrken af ​​parallelle fiberindgange. Observationer af langvarig depression i parallelle fiberindgange har givet en vis støtte til teorier af denne type, men deres gyldighed er stadig kontroversiel.

Struktur

På niveauet for grov anatomi består lillehjernen af ​​et tæt foldet lag af cortex , med hvidt stof nedenunder og en væskefyldt ventrikel ved basen. Fire dybe cerebellare kerner er indlejret i den hvide substans. Hver del af cortex består af det samme lille sæt neuronale elementer, der er udlagt i en stærkt stereotyp geometri. På et mellemliggende niveau kan lillehjernen og dens hjælpestrukturer adskilles i flere hundrede eller tusinde uafhængigt fungerende moduler kaldet "mikrozoner" eller "mikrokompartimenter".

Grov anatomi

Udsigt over lillehjernen ovenfra og bagfra

Lillehjernen er placeret i den bageste kraniale fossa . Den fjerde ventrikel , pons og medulla er foran lillehjernen. Den adskilles fra den overliggende storhjerne af et lag af læderagtig dura mater , tentorium cerebelli ; alle dens forbindelser med andre dele af hjernen rejser gennem pons. Anatomister klassificerer lillehjernen som en del af metencephalon , som også omfatter pons; metencephalon er den øverste del af rhombencephalon eller "baghjerne". Ligesom hjernebarken er lillehjernen opdelt i to lillehjernehalvkugler ; den indeholder også en smal midterlinje ( vermis ). Et sæt store folder bruges traditionelt til at opdele den overordnede struktur i 10 mindre "lobules". På grund af sit store antal små granulatceller indeholder lillehjernen flere neuroner end totalen fra resten af ​​hjernen, men fylder kun 10% af det samlede hjernevolumen. Antallet af neuroner i lillehjernen er relateret til antallet af neuroner i neocortex . Der er omkring 3,6 gange så mange neuroner i lillehjernen som i neocortex, et forhold, der bevares på tværs af mange forskellige pattedyrarter.

Lillehjernens usædvanlige overfladeudseende skjuler det faktum, at størstedelen af ​​dens volumen består af et meget tæt foldet lag af gråt stof : lillehjernen . Hver højderyg eller gyrus i dette lag kaldes et folium . Det anslås, at hvis den menneskelige lillehjernebark blev fuldstændig udfoldet, ville det give anledning til et lag neuralt væv, der er cirka 1 meter langt og i gennemsnit 5 centimeter bredt - et samlet overfladeareal på cirka 500 kvadrat cm, pakket inden for et volumen af ​​dimensioner 6 cm × 5 cm × 10 cm. Under cortexens grå substans ligger hvidt stof , der hovedsageligt består af myeliniserede nervefibre, der løber til og fra cortex. Indlejret i den hvide substans-som undertiden kaldes arbor vitae (livets træ) på grund af dets forgrenede, trælignende udseende i tværsnit-er fire dybe lillehjernekerner , sammensat af gråt stof.

Tilslutning af lillehjernen til forskellige dele af nervesystemet er tre parrede cerebellar peduncles . Disse er den overlegne cerebellar peduncle , den midterste cerebellar peduncle og den ringere cerebellar peduncle , navngivet efter deres position i forhold til vermis. Den overlegne cerebellare peduncle er hovedsageligt en output til cerebral cortex, der transporterer efferente fibre via thalamiske kerner til øvre motorneuroner i cerebral cortex. Fibrene stammer fra de dybe cerebellare kerner. Den midterste cerebellare peduncle er forbundet til pons og modtager alle sine input fra pons hovedsageligt fra pontine kerner . Input til pons er fra cerebral cortex og videresendes fra pontine kernerne via tværgående pontinfibre til lillehjernen. Den midterste peduncle er den største af de tre, og dens afferente fibre er grupperet i tre separate fascicles, der tager deres input til forskellige dele af lillehjernen. Den inferior cerebellar peduncle modtager input fra afferente fibre fra vestibulære kerner, rygmarv og tegmentum. Output fra den ringere peduncle er via efferente fibre til de vestibulære kerner og den retikulære formation. Hele lillehjernen modtager modulerende input fra den inferior olivary nucleus via den inferior cerebellar peduncle.

Underinddelinger

Skematisk fremstilling af de store anatomiske underafdelinger af lillehjernen. Overlegen udsigt over en "afrullet" lillehjerne, der placerer vermiserne i et plan.

Baseret på overfladens udseende kan tre lapper skelnes inden i lillehjernen: den forreste lap (over den primære revne ), den bageste lap (under den primære revne) og den flocculonodulære lap (under den bageste fissur). Disse lapper deler lillehjernen fra rostral til kaudal (hos mennesker, top til bund). Med hensyn til funktion er der imidlertid en vigtigere sondring langs medial-til-lateral dimension. Når man forlader flocculonodulær lap, som har forskellige forbindelser og funktioner, kan lillehjernen analyseres funktionelt i en medial sektor kaldet spinocerebellum og en større lateral sektor kaldet cerebrocerebellum . En smal strimmel af fremspringende væv langs midterlinjen kaldes cerebellar vermis . ( Vermis er latin for "orm".)

Den mindste region, den flokkulonodulære lap, kaldes ofte vestibulocerebellum . Det er den ældste del i evolutionære termer (archicerebellum) og deltager hovedsageligt i balance og rumlig orientering; dens primære forbindelser er med vestibulære kerner , selvom den også modtager visuel og anden sensorisk input. Skader på denne region forårsager forstyrrelser i balance og gang .

Medialzonen i de forreste og bageste lober udgør spinocerebellum, også kendt som paleocerebellum. Denne sektor af lillehjernen fungerer hovedsageligt til at finjustere bevægelser i krop og lemmer. Det modtager proprioceptivt input fra rygmarvens dorsale kolonner (inklusive spinocerebellar -kanalen ) og fra kranial trigeminusnerven samt fra syns- og auditive systemer. Det sender fibre til dybe cerebellare kerner, der igen projekterer til både hjernebarken og hjernestammen, hvilket giver modulering af faldende motoriske systemer.

Den laterale zone, som hos mennesker er langt den største del, udgør cerebrocerebellum, også kendt som neocerebellum. Den modtager udelukkende input fra cerebral cortex (især parietallappen ) via pontine-kernerne (danner cortico-ponto-cerebellar-veje) og sender output hovedsageligt til ventrolateral thalamus (igen forbundet med motorområder i den premotoriske cortex og primære motor område af hjernebarken) og til den røde kerne . Der er uenighed om den bedste måde at beskrive funktionerne af den laterale lillehjerne: Det menes at være involveret i planlægning af bevægelse, der er ved at forekomme, ved evaluering af sensorisk information til handling og i en række rent kognitive funktioner, såsom at bestemme det verbum, der passer bedst til et bestemt substantiv (som i "sid" for "stol").

Mikroanatomi

To typer neuron spiller dominerende roller i cerebellar -kredsløbet: Purkinje -celler og granulatceller . Tre typer axoner spiller også dominerende roller: mosede fibre og klatrefibre (som kommer ind i lillehjernen udefra) og parallelle fibre (som er axonerne i granulatceller). Der er to hovedveje gennem cerebellar -kredsløbet, der stammer fra mosede fibre og klatrefibre, der begge til sidst ender i de dybe cerebellare kerner.

Mosede fibre projekterer direkte til de dybe kerner, men giver også anledning til følgende vej: Mosfibre → granulaceller → parallelle fibre → Purkinje -celler → dybe kerner. Klatrefibre projekterer til Purkinje -celler og sender også sikkerhedsstillelser direkte til de dybe kerner. De mosede fiber- og klatrefibreindgange bærer hver især fiber-specifik information; lillehjernen modtager også dopaminerge , serotonergiske , noradrenerge og kolinerge input, der formodentlig udfører global modulering.

Cerebellar cortex er opdelt i tre lag. I bunden ligger det tykke granulære lag, tæt pakket med granulatceller sammen med interneuroner , hovedsageligt Golgi -celler, men også inklusive Lugaro -celler og unipolare børsteceller . I midten ligger Purkinje -laget, en smal zone, der indeholder cellelegemerne i Purkinje -celler og Bergmann -gliaceller . Øverst ligger det molekylære lag, som indeholder de fladtrykte dendritiske træer i Purkinje -celler, sammen med det enorme udvalg af parallelle fibre, der trænger ind i Purkinje -cellens dendritiske træer i rette vinkler. Dette yderste lag af cerebellar cortex indeholder også to typer af hæmmende interneuron: Stellatceller og kurvceller . Både stellat- og kurvceller danner GABAergiske synapser på Purkinje -celledendritter.

Mikrokredsløb i lillehjernen
Forkortelser og repræsentationer
 • (+): Excitatorisk forbindelse
 • (-): Hæmmende forbindelse
 • MF: Mosset fiber
 • DCN: Dybe cerebellare kerner
 • IO: Inferior olive
 • CF: Climbing fiber
 • CFC: Climbing fiber collateral
 • GC: Granule cell
 • PF: Parallel fiber
 • PC: purkinjecelle
 • GGC: Golgi celle
 • SC: Stellate celle
 • BC: Basket celle
Tværsnit af et lillehjerne folium , der viser de vigtigste celletyper og forbindelser

Molekylært lag

Det øverste, yderste lag af cerebellar cortex er det molekylære lag. Dette lag indeholder de fladtrykte dendritiske træer i Purkinje -celler og det enorme udvalg af parallelle fibre fra det granulære lag, der trænger ind i Purkinje -cellens dendritiske træer i rette vinkler. Molekylærlaget indeholder også to typer hæmmende interneuron: Stellatceller og kurvceller . Både stjerne- og kurvceller danner GABAergiske synapser på Purkinje -celledendritter.

Purkinje lag

Purkinje -celler i det humane lillehjerne (i orange, fra top til bund 40X, 100X og 200X forstørrelse) farvet efter offentliggjorte metoder

Purkinje -celler er blandt de mest markante neuroner i hjernen og en af ​​de tidligste typer, der skal genkendes - de blev først beskrevet af den tjekkiske anatomist Jan Evangelista Purkyně i 1837. De kendetegnes ved formen på deres dendritiske træ: Dendritgrenen meget voldsomt, men er alvorligt fladtrykt i et plan vinkelret på lillehjernen folder. Således danner dendritterne i en Purkinje -celle et tæt plant plantnet, gennem hvilket parallelle fibre passerer i rette vinkler. Dendritterne er dækket af dendritiske pigge , som hver modtager synaptisk input fra en parallel fiber. Purkinje -celler modtager flere synaptiske input end nogen anden celletype i hjernen - skøn over antallet af rygsøjler på en enkelt menneskelig Purkinje -celle løber op til 200.000. De store, sfæriske cellelegemer i Purkinje -celler pakkes i et smalt lag (en celle tyk) i lillehjernen, kaldet Purkinje -laget . Efter at have udsendt kollateraler, der påvirker nærliggende dele af cortex, bevæger deres axoner sig ind i de dybe cerebellare kerner , hvor de i størrelsesordenen 1.000 kontakter hver med flere typer atomceller, alle inden for et lille domæne. Purkinje -celler bruger GABA som deres neurotransmitter og udøver derfor inhiberende virkninger på deres mål.

Purkinje -celler danner hjertet i cerebellar -kredsløbet, og deres store størrelse og karakteristiske aktivitetsmønstre har gjort det relativt let at studere deres responsmønstre i opførsel af dyr ved hjælp af ekstracellulære optagelsesteknikker. Purkinje -celler udsender normalt aktionspotentialer med en høj hastighed, selv i mangel af den synaptiske input. Hos vågne, opførende dyr er gennemsnitlige hastigheder i gennemsnit omkring 40 Hz typiske. Spike togene viser en blanding af det, der kaldes enkle og komplekse pigge. En simpel stigning er et enkelt handlingspotentiale efterfulgt af en ildfast periode på ca. 10 ms; en kompleks pigg er en stereotyp sekvens af aktionspotentialer med meget korte inter-spike intervaller og faldende amplituder. Fysiologiske undersøgelser har vist, at komplekse pigge (som forekommer ved baseline -hastigheder omkring 1 Hz og aldrig ved hastigheder meget højere end 10 Hz) er pålideligt forbundet med stigende fiberaktivering, mens simple pigge frembringes ved en kombination af baseline -aktivitet og parallel fiberindgang. Komplekse pigge efterfølges ofte af en pause på flere hundrede millisekunder, hvor simpel spidsaktivitet undertrykkes.

Et specifikt, genkendeligt træk ved Purkinje -neuroner er udtrykket af calbindin . Calbindin -farvning af rottehjerne efter ensidig kronisk iskiasnerveskade tyder på, at Purkinje -neuroner kan blive nydannet i den voksne hjerne, hvilket starter organisering af nye cerebellare lobules.

En mus fra Purkinje injiceret med fluorescerende farvestof

Granuleret lag

Granulatceller (GR, bund), parallelle fibre (vandrette linjer, øverst) og Purkinje -celler (P, midten) med flade dendritiske træer

Cerebellare granulatceller er i modsætning til Purkinje -celler blandt de mindste neuroner i hjernen. De er også de mest talrige neuroner i hjernen: Hos mennesker er estimater af deres samlede antal i gennemsnit omkring 50 milliarder, hvilket betyder, at omkring 3/4 af hjernens neuroner er cerebellare granulatceller. Deres cellelegemer er pakket i et tykt lag i bunden af ​​lillehjernen. En granulatcelle udsender kun fire til fem dendritter, som hver ender med en forstørrelse kaldet en dendritisk klo . Disse udvidelser er steder med excitatorisk input fra mosede fibre og hæmmende input fra Golgi -celler .

De tynde, ikke -myeliniserede axoner af granulatceller stiger lodret til det øvre (molekylære) lag af cortex, hvor de deler sig i to, hvor hver gren bevæger sig vandret for at danne en parallel fiber ; opdelingen af ​​den lodrette gren i to vandrette grene giver anledning til en karakteristisk "T" -form. En menneskelig parallelfiber løber i gennemsnit 3 mm i hver retning fra splitten for en samlet længde på ca. 6 mm (ca. 1/10 af den samlede bredde af det kortikale lag). Når de løber langs, passerer de parallelle fibre gennem de dendritiske træer i Purkinje -celler og kontakter en af ​​hver 3-5, som de passerer, hvilket skaber i alt 80-100 synaptiske forbindelser med Purkinje -celledendritiske rygsøjler. Granulatceller bruger glutamat som deres neurotransmitter og udøver derfor excitatoriske virkninger på deres mål.

Diagram over lagene i cerebellar cortex, der viser en glomerulus i det granulære lag.

Granulatceller modtager alle deres input fra mosede fibre, men er flere end 200 til 1 (hos mennesker). Således er informationen i granulatcellepopulationens aktivitetstilstand den samme som informationen i de mosede fibre, men omkodet på en meget mere ekspansiv måde. Fordi granulatceller er så små og så tæt pakket, er det svært at registrere deres pigge aktivitet i opførsel af dyr, så der er få data at bruge som grundlag for teoretisering. Det mest populære koncept for deres funktion blev foreslået i 1969 af David Marr , der foreslog, at de kunne kode kombinationer af mosede fiberindgange. Ideen er, at hver granulatcelle, der modtager input fra kun 4-5 mossede fibre, ville en granulatcelle ikke reagere, hvis kun en enkelt af dens input var aktiv, men ville reagere, hvis mere end en var aktiv. Dette kombinatoriske kodningsskema ville muligvis tillade lillehjernen at foretage meget finere skel mellem inputmønstre, end de mosede fibre alene ville tillade.

Mosede fibre

Mosede fibre kommer ind i det granulære lag fra deres oprindelsessteder, mange stammer fra pontinkernerne , andre fra rygmarven, vestibulære kerner osv. I den menneskelige lillehjerne er det samlede antal mosede fibre blevet anslået til ca. 200 mio. Disse fibre danner excitatoriske synapser med granulatcellerne og cellerne i de dybe cerebellare kerner. Inden i det granulære lag genererer en moset fiber en række forstørrelser kaldet rosetter . Kontakterne mellem mosede fibre og granulatcelledendriter finder sted inden for strukturer kaldet glomeruli . Hver glomerulus har en moset fiberroset i midten, og op til 20 granulatcelle dendritiske kløer kontakter den. Terminaler fra Golgi -celler infiltrerer strukturen og laver hæmmende synapser på granulatcelle -dendritterne. Hele samlingen er omgivet af en kappe af glialceller. Hver mosfibre sender sikkerhedsgrener til flere cerebellar folia og genererer i alt 20-30 rosetter; således får en enkelt moset fiber kontakt med anslået 400–600 granulatceller.

Klatrefibre

Purkinje -celler modtager også input fra den underordnede olivarkerne på den kontralaterale side af hjernestammen via klatrefibre . Selvom den ringere oliven ligger i medulla oblongata og modtager input fra rygmarven, hjernestammen og hjernebarken, går dens output helt til lillehjernen. En klatrefibre afgiver collaterals til de dybe cerebellare kerner, inden de kommer ind i cerebellar cortex, hvor den deler sig i omkring 10 terminale grene, som hver især giver input til en enkelt Purkinje -celle. I slående kontrast til de 100.000 plus input fra parallelle fibre modtager hver Purkinje-celle input fra præcis en klatrefibre; men denne enkelt fiber "bestiger" dendritterne i Purkinje -cellen, snor sig omkring dem og laver i alt op til 300 synapser, når det går. Nettoindgangen er så stærk, at et enkelt aktionspotentiale fra en klatrefibre er i stand til at producere en udvidet kompleks pigg i Purkinje -cellen: et burst af flere pigge i træk med faldende amplitude efterfulgt af en pause, hvor aktiviteten undertrykkes . Klatrefibersynapser dækker cellelegemet og proksimale dendritter; denne zone er blottet for parallelle fiberindgange.

Klatrefibre affyrer med lave hastigheder, men et enkelt klatrefibers aktionspotentiale fremkalder et udbrud af flere aktionspotentialer i en mål -Purkinje -celle (en kompleks pigg). Kontrasten mellem parallelfiber og klatrefibertilførsel til Purkinje -celler (over 100.000 af den ene type versus præcis en af ​​den anden type) er måske det mest provokerende træk ved cerebellar anatomi og har motiveret meget af teoretiseringen. Faktisk er funktionen af ​​klatrefibre det mest kontroversielle emne vedrørende lillehjernen. Der er to tankegange, den ene følger Marr og Albus i holdningen om, at klatrefibers input primært tjener som et undervisningssignal, den anden mener, at dens funktion er at forme cerebellar output direkte. Begge synspunkter er blevet forsvaret meget længe i adskillige publikationer. Med ordene i en anmeldelse, "I forsøget på at syntetisere de forskellige hypoteser om klatrefibrenes funktion har man fornemmelsen af ​​at se på en tegning af Escher. Hvert synspunkt synes at stå for en bestemt samling af fund, men når man forsøger at sammensætte de forskellige synspunkter, fremkommer der ikke et sammenhængende billede af, hvad klatrefibrene laver.For de fleste forskere signalerer klatrefibrene fejl i motorisk ydeevne, enten på den sædvanlige måde for afladningsfrekvensmodulation eller som en enkelt meddelelse om en 'uventet begivenhed'. For andre efterforskere ligger budskabet i graden af ​​ensemblesynkronisering og rytmicitet blandt en population af klatrefibre. "

Dybe kerner

Sagittalt tværsnit af menneskelig lillehjerne, der viser dentatkernen, samt pons og ringere olivarkerne

De dybe kerner i lillehjernen er klynger af grå materie der ligger inden for den hvide substans i kernen af lillehjernen. De er, med den mindre undtagelse af de nærliggende vestibulære kerner, de eneste outputkilder fra lillehjernen. Disse kerner modtager sikkerhedsfremspring fra mosede fibre og klatrefibre samt inhiberende input fra Purkinje -cellerne i lillehjernen. De fire kerner ( gyrus , kugleformet , emboliform , og fastigial ) hver kommunikere med forskellige dele af hjernen og cerebellare cortex. (Kugleformede og emboliforme kerner betegnes også som kombineret i den indskudte kerne ). De fastigiale og mellemliggende kerner tilhører spinocerebellum. Tandkernen, som hos pattedyr er meget større end de andre, dannes som et tyndt, snoede lag af gråt stof og kommunikerer udelukkende med de laterale dele af lillehjernen. Flocculonodulær lapes flokkulering er den eneste del af lillehjernen, der ikke rager ud til de dybe kerner - dens produktion går i stedet til vestibulære kerner.

Størstedelen af ​​neuroner i de dybe kerner har store cellelegemer og sfæriske dendritiske træer med en radius på cirka 400 μm og bruger glutamat som deres neurotransmitter. Disse celler projicerer til en række mål uden for lillehjernen. Blandet med dem er et mindre antal små celler, som bruger GABA som en neurotransmitter og udelukkende projekterer til den ringere olivarkerne , kilden til klatrefibre . Således giver den nukleo-olivære projektion en hæmmende feedback for at matche excitatorisk projektion af klatrefibre til kernerne. Der er tegn på, at hver lille klynge af nukleare celler projekterer til den samme klynge af oliværceller, der sender klatrefibre til den; der er stærk og matchende topografi i begge retninger.

Når en Purkinje -celle -axon kommer ind i en af ​​de dybe kerner, forgrener den sig for at komme i kontakt med både store og små nukleare celler, men det samlede antal celler, der kontaktes, er kun ca. 35 (hos katte). Omvendt modtager en enkelt dyb atomcelle input fra cirka 860 Purkinje -celler (igen hos katte).

Rum

Skematisk illustration af strukturen af ​​zoner og mikrozoner i lillehjernen

Fra synspunktet om grov anatomi ser cerebellar cortex ud til at være et homogent vævsark, og set fra mikroanatomi synes alle dele af dette ark at have den samme interne struktur. Der er imidlertid en række henseender, hvor strukturen af ​​lillehjernen er opdelt. Der er store rum, der generelt er kendt som zoner ; disse kan opdeles i mindre rum kendt som mikrozoner .

De første indikationer på kammerstruktur kom fra undersøgelser af cellernes modtagelige felter i forskellige dele af lillehjernen. Hver kropsdel ​​kortlægger til bestemte punkter i lillehjernen, men der er mange gentagelser af det grundlæggende kort, der danner et arrangement, der er blevet kaldt "brudt somatotopi". En klarere indikation af opdeling opnås ved immunfarvning af lillehjernen for visse proteintyper. De mest kendte af disse markører kaldes "zebriner", fordi farvning for dem giver anledning til et komplekst mønster, der minder om striberne på en zebra. Striberne, der genereres af zebriner og andre opdelingsmarkører, er orienteret vinkelret på cerebellarfolderne - det vil sige, at de er smalle i den mediolaterale retning, men meget mere udstrakte i længderetningen. Forskellige markører genererer forskellige sæt striber, bredderne og længderne varierer som funktion af placeringen, men de har alle den samme generelle form.

Oscarsson i slutningen af ​​1970'erne foreslog, at disse kortikale zoner kan opdeles i mindre enheder kaldet mikrozoner. En mikrozone er defineret som en gruppe af Purkinje -celler, der alle har det samme somatotopiske receptive felt. Mikrozoner viste sig at indeholde i størrelsesordenen 1000 Purkinje -celler hver, arrangeret i en lang, smal strimmel, orienteret vinkelret på de kortikale folder. Som det tilstødende diagram illustrerer, flækkes Purkinje -celledendritter i samme retning som mikrozonerne strækker sig, mens parallelle fibre krydser dem i rette vinkler.

Det er ikke kun receptive felter, der definerer microzone struktur: klatring fiber input fra ringere olivariske kerne er lige så vigtigt. Grenene af en klatrefiber (normalt nummereret omkring 10) aktiverer normalt Purkinje -celler, der tilhører den samme mikrozone. Desuden olivenformet neuroner, der sender klatring fibre til samme microzone tendens til at blive koblet ved gap junctions , som synkroniserer deres aktivitet, der forårsager Purkinje celler i en microzone at vise korreleret kompleks spike aktivitet på et millisekund tidsskala. Også Purkinje -cellerne, der tilhører et mikrozon, sender alle deres axoner til den samme lille klynge af outputceller inden for de dybe cerebellare kerner . Endelig axoner kurv celler er meget længere i den langsgående retning end i den mediolateral retning, får dem til at være begrænset i vid udstrækning til en enkelt microzone. Konsekvensen af ​​hele denne struktur er, at cellulære interaktioner i et mikrozon er meget stærkere end interaktioner mellem forskellige mikrozoner.

I 2005 opsummerede Richard Apps og Martin Garwicz beviser på, at mikrozoner selv udgør en del af en større enhed, de kalder et multizonalt mikrokompleks. Et sådant mikrokompleks omfatter flere rumligt adskilte kortikale mikrozoner, som alle projekterer til den samme gruppe af dybe cerebellare neuroner plus en gruppe af koblede olivaryneuroner, der projekterer til alle de inkluderede mikrozoner såvel som til det dybe atomområde.

Blodforsyning

Cerebellum er forsynet med blod fra tre parrede større arterier: den overlegne cerebellare arterie (SCA), den forreste inferior cerebellar arterie (AICA) og den bageste inferior cerebellar arterie (PICA). SCA forsyner den øvre region af lillehjernen. Det deler sig på den øvre overflade og forgrener sig til pia mater, hvor grenene anastomoserer med de forreste og bageste inferior cerebellare arterier. AICA forsyner den forreste del af lillehjernen. PICA ankommer til undersiden, hvor den deler sig i en medial gren og en sidegren. Medialgrenen fortsætter baglæns til lillehjernen hak mellem lillehjernens to halvkugler; mens den laterale gren forsyner underfladen af ​​lillehjernen, så langt som dens laterale grænse, hvor den anastomoser med AICA og SCA.

Fungere

De stærkeste spor til lillehjernens funktion er kommet fra at undersøge konsekvenserne af skader på den. Dyr og mennesker med lillehjernen dysfunktion viser frem for alt problemer med motorisk kontrol på samme side af kroppen som den beskadigede del af lillehjernen. De fortsætter med at være i stand til at generere motorisk aktivitet, men mister præcision og producerer uregelmæssige, ukoordinerede eller forkert timede bevægelser. En standardtest af cerebellar -funktion er at nå med fingerspidsen for et mål på armlængdes afstand: En sund person vil bevæge fingerspidsen i en hurtig lige bane, hvorimod en person med lillehjerneskade vil nå langsomt og uberegneligt, med mange midten -kurs rettelser. Underskud i ikke-motoriske funktioner er vanskeligere at opdage. Således er den generelle konklusion, man nåede frem til for årtier siden, at lillehjernens grundlæggende funktion er at kalibrere den detaljerede form for en bevægelse, ikke at starte bevægelser eller at beslutte, hvilke bevægelser der skal udføres.

Før 1990'erne blev cerebellums funktion næsten universelt antaget at være rent motorrelateret, men nyere fund har sat denne opfattelse i tvivl. Funktionelle billeddannelsesundersøgelser har vist cerebellar aktivering i forhold til sprog, opmærksomhed og mentale billeder; korrelationsstudier har vist interaktioner mellem lillehjernen og ikke-motoriske områder i hjernebarken; og en række ikke-motoriske symptomer er blevet genkendt hos mennesker med skader, der ser ud til at være begrænset til lillehjernen. Især cerebellars kognitive affektive syndrom eller Schmahmanns syndrom er blevet beskrevet hos voksne og børn. Estimater baseret på funktionel kortlægning af lillehjernen ved hjælp af funktionel MR tyder på, at mere end halvdelen af ​​cerebellar cortex er forbundet med associeringszoner i cerebral cortex.

Kenji Doya har argumenteret for, at lillehjernens funktion bedst forstås ikke ud fra den adfærd, den påvirker, men de neurale beregninger, den udfører; lillehjernen består af et stort antal mere eller mindre uafhængige moduler, alle med den samme geometrisk regelmæssige interne struktur, og derfor antages det alle, at de udfører den samme beregning. Hvis input- og outputforbindelserne på et modul er med motorområder (som mange er), vil modulet være involveret i motorisk adfærd; men hvis forbindelserne er med områder, der er involveret i ikke-motorisk kognition, vil modulet vise andre former for adfærdskorrelater. Således har lillehjernen været impliceret i reguleringen af ​​mange forskellige funktionelle træk såsom hengivenhed, følelser og adfærd. Lillahjernen, foreslår Doya, forstås bedst som forudsigende handlingsvalg baseret på "interne modeller" af miljøet eller en enhed til overvåget læring , i modsætning til de basale ganglier , der udfører forstærkningslæring , og hjernebarken , som udfører uovervåget læring .

Principper

Den sammenlignende enkelhed og regelmæssighed af lillehjernen anatomi førte til et tidligt håb om, at det kunne indebære en lignende enkelhed i beregningsfunktion, som udtrykt i en af ​​de første bøger om lillehjerneelektrofysiologi, lillehjernen som en neuronal maskine af John C. Eccles , Masao Ito og János Szentágothai . Selvom en fuld forståelse af cerebellar -funktionen er forblevet undvigende, er mindst fire principper blevet identificeret som vigtige: (1) fremadrettet behandling, (2) divergens og konvergens, (3) modularitet og (4) plasticitet.

  1. Fremadgående behandling : lillehjernen adskiller sig fra de fleste andre dele af hjernen (især hjernebarken) ved at signalbehandlingen er næsten helt fremadrettet - det vil sige, at signaler bevæger sig ensrettet gennem systemet fra input til output, med meget lidt tilbagevendende intern transmission. Den lille mængde tilbagefald, der findes, består af gensidig hæmning; der er ingen indbyrdes excitatoriske kredsløb. Denne fremadrettede driftsmåde betyder, at lillehjernen i modsætning til hjernebarken ikke kan generere selvbærende mønstre af neural aktivitet. Signaler kommer ind i kredsløbet, behandles af hvert trin i rækkefølge og forlader derefter. Som Eccles, Ito og Szentágothai skrev: "Denne eliminering i designet af enhver mulighed for efterklangskæder af neuronal excitation er utvivlsomt en stor fordel i lillehjernen som en computer, fordi hvad resten af ​​nervesystemet kræver fra lillehjernen er formodentlig ikke noget output, der udtrykker driften af ​​komplekse efterklangskredsløb i lillehjernen, men snarere en hurtig og klar reaktion på input af et bestemt sæt information. "
  2. Divergens og konvergens : I det menneskelige lillehjerne udvides oplysninger fra 200 millioner mosede fiberindgange til 40 milliarder granulatceller , hvis parallelle fiberudgange derefter konvergerer til 15 millioner Purkinje -celler . På grund af den måde, de er opstillet på langs, kan de omkring 1000 Purkinje -celler, der tilhører et mikrozon, modtage input fra hele 100 millioner parallelle fibre og fokusere deres egen produktion ned til en gruppe på mindre end 50 dybe atomceller . Således modtager cerebellar -netværket et beskedent antal input, behandler dem meget omfattende gennem sit stringent strukturerede interne netværk og sender resultaterne ud via et meget begrænset antal outputceller.
  3. Modularitet : Cerebellar -systemet er funktionelt opdelt i mere eller mindre uafhængige moduler, der sandsynligvis tæller i hundredvis til tusinder. Alle moduler har en lignende intern struktur, men forskellige input og output. Et modul (et multizonalt mikrokompartiment i terminologien for Apps og Garwicz) består af en lille klynge af neuroner i den nedre olivarkerne, et sæt lange smalle strimler af Purkinje -celler i cerebellar cortex (mikrozoner) og en lille klynge neuroner i en af ​​de dybe cerebellare kerner. Forskellige moduler deler input fra mosede fibre og parallelle fibre, men i andre henseender ser de ud til at fungere uafhængigt - output fra et modul ser ikke ud til at påvirke andre modulers aktivitet væsentligt.
  4. Plasticitet : Synapser mellem parallelle fibre og Purkinje -celler og synapser mellem mosede fibre og dybe nukleare celler er begge modtagelige for ændring af deres styrke. I et enkelt lillehjernemodul konvergerer input fra hele en milliard parallelle fibre til en gruppe på mindre end 50 dybe nukleare celler, og hver parallelfibers indflydelse på disse nukleare celler er justerbar. Dette arrangement giver en enorm fleksibilitet til at finjustere forholdet mellem cerebellare input og output.

Læring

Der er betydelige beviser for, at lillehjernen spiller en væsentlig rolle i nogle former for motorisk læring. De opgaver, hvor lillehjernen tydeligst spiller ind, er dem, hvor det er nødvendigt at foretage fine justeringer af måden, en handling udføres på. Der har imidlertid været stor uenighed om, hvorvidt læring finder sted i lillehjernen selv, eller om den blot tjener til at give signaler, der fremmer læring i andre hjernestrukturer. De fleste teorier, der tildeler læring til cerebellums kredsløb, stammer fra ideerne fra David Marr og James Albus , der postulerede, at klatrefibre giver et undervisningssignal, der inducerer synaptisk modifikation i parallelle fibre - Purkinje -cellesynapser. Marr antog, at klatrefibertilførsel ville medføre, at synkront aktiverede parallelle fiberindgange styrkes. De fleste efterfølgende cerebellar-indlæringsmodeller har imidlertid fulgt Albus i den antagelse, at klatret fiberaktivitet ville være et fejlsignal og ville medføre, at synkront aktiverede parallelle fiberindgange svækkes. Nogle af disse senere modeller, såsom Fujitas Adaptive Filter -model, gjorde forsøg på at forstå cerebellar -funktion med hensyn til optimal kontrolteori .

Ideen om, at klatrefibers aktivitet fungerer som et fejlsignal, er blevet undersøgt i mange eksperimentelle undersøgelser, hvor nogle understøtter det, men andre skaber tvivl. I en banebrydende undersøgelse af Gilbert og Thach fra 1977 viste Purkinje -celler fra aber, der lærte en nående opgave, øget kompleks spidsaktivitet - som vides pålideligt at indikere aktiviteten af ​​cellens klatrefibertilførsel - i perioder, hvor ydeevnen var dårlig. Flere undersøgelser af motorisk indlæring hos katte observerede kompleks piggaktivitet, når der var et misforhold mellem en tiltænkt bevægelse og den bevægelse, der faktisk blev udført. Undersøgelser af vestibulo -okulær refleks (som stabiliserer det visuelle billede på nethinden, når hovedet vender) fandt ud af, at klatrefibers aktivitet indikerede "nethinden", dog ikke på en meget ligetil måde.

En af de mest omfattende studerede cerebellare læringsopgaver er øjenlinkskonditioneringsparadigmet , hvor en neutral betinget stimulus (CS) såsom en tone eller et lys gentagne gange er parret med en ubetinget stimulus (US), såsom et luftpust, der fremkalder et blinkende svar. Efter sådanne gentagne præsentationer af CS og USA vil CS til sidst fremkalde et blink før USA, et betinget svar eller CR. Eksperimenter viste, at læsioner lokaliseret enten til en bestemt del af den indskudte kerne (en af ​​de dybe cerebellare kerner) eller til et par specifikke punkter i cerebellar cortex ville afskaffe læring af et betinget tidsbestemt blinkrespons. Hvis cerebellare output er farmakologisk inaktiveret, mens input og intracellulære kredsløb efterlades intakte, finder læring sted, selvom dyret ikke viser noget svar, hvorimod, hvis intracerebellare kredsløb forstyrres, finder ingen læring sted - disse fakta tilsammen gør en stærk sag om, at læringen sker faktisk inde i lillehjernen.

Teorier og beregningsmodeller

Model af en cerebellar perceptron, som formuleret af James Albus

Den store videnbase om lillehjernens anatomiske struktur og adfærdsmæssige funktioner har gjort den til en grobund for teoretisering - der er måske flere teorier om lillehjernens funktion end i nogen anden del af hjernen. Den mest grundlæggende sondring mellem dem er mellem "læringsteorier" og "præstationsteorier" - det vil sige teorier, der gør brug af synaptisk plasticitet i lillehjernen for at redegøre for dets rolle i læring, versus teorier, der redegør for aspekter af løbende adfærd på grundlag for cerebellar signalbehandling. Flere teorier af begge typer er blevet formuleret som matematiske modeller og simuleret ved hjælp af computere.

Måske var den tidligste "performance" -teori Valentino Braitenbergs "forsinkelseslinje" -hypotese . Den originale teori fremsat af Braitenberg og Roger Atwood i 1958 foreslog, at langsom spredning af signaler langs parallelle fibre påfører forudsigelige forsinkelser, der gør det muligt for lillehjernen at opdage tidsforhold inden for et bestemt vindue. Eksperimentelle data understøttede ikke teoriens oprindelige form, men Braitenberg fortsatte med at argumentere for modificerede versioner. Hypotesen om, at lillehjernen i det væsentlige fungerer som et timingssystem, er også blevet fremmet af Richard Ivry. En anden indflydelsesrig "performance" -teori er Tensor -netværksteorien om Pellionisz og Llinás , som gav en avanceret matematisk formulering af ideen om, at den grundlæggende beregning udført af lillehjernen er at omdanne sensorisk til motorkoordinater.

Teorier i kategorien "læring" stammer næsten alle fra publikationer af Marr og Albus. Marrs papir fra 1969 foreslog, at lillehjernen er en enhed til at lære at forbinde elementære bevægelser, der kodes af klatrefibre med mosede fiberindgange, der koder for den sensoriske kontekst. Albus foreslog i 1971, at en cerebellar Purkinje -celle fungerer som en perceptron , en neuralt inspireret abstrakt læringsenhed. Den mest grundlæggende forskel mellem Marr- og Albus -teorierne er, at Marr antog, at stigende fiberaktivitet ville medføre, at parallelle fibersynapser blev styrket, mens Albus foreslog, at de ville blive svækket. Albus formulerede også sin version som en softwarealgoritme, han kaldte en CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller), som er blevet testet i en række applikationer.

Klinisk betydning

Illustration fra 1912 af den ændrede gangart af en kvinde med lillehjerne
Det nederste spor viser et forsøg fra en patient med lillehjerne sygdom til at reproducere det øvre spor.

Skader på lillehjernen forårsager ofte motorrelaterede symptomer, hvis detaljer afhænger af den del af lillehjernen, der er involveret, og hvordan den er beskadiget. Skader på flocculonodulær lap kan vise sig som tab af ligevægt og især en ændret, uregelmæssig ganggang, med en bred holdning forårsaget af vanskeligheder med at balancere. Skader på den laterale zone forårsager typisk problemer i dygtige frivillige og planlagte bevægelser, som kan forårsage fejl i bevægelsens kraft, retning, hastighed og amplitude. Andre manifestationer omfatter hypotoni (nedsat muskeltonus), dysartri (problemer med taleartikulation ), dysmetri (problemer med at bedømme afstande eller bevægelsesområder), dysdiadokokinesi (manglende evne til at udføre hurtige skiftende bevægelser såsom gang), nedsat checkrefleks eller rebound -fænomen, og intention tremor (ufrivillig bevægelse forårsaget af skiftende sammentrækninger af modsatrettede muskelgrupper). Skader på midterlinjedelen kan forstyrre bevægelser i hele kroppen, hvorimod skader lokaliseret mere lateralt er mere tilbøjelige til at forstyrre fine bevægelser af hænder eller lemmer. Skader på den øverste del af lillehjernen har tendens til at forårsage gangforstyrrelser og andre problemer med benkoordinationen; skader på den nederste del er mere tilbøjelige til at forårsage ukoordinerede eller dårligt målrettede bevægelser af arme og hænder samt problemer med hastighed. Dette kompleks af motoriske symptomer kaldes ataksi .

For at identificere cerebellare problemer omfatter neurologisk undersøgelse vurdering af gangart (en bred gangart, der er tegn på ataksi), finger-pegetest og vurdering af kropsholdning. Hvis cerebellar dysfunktion er angivet, kan en magnetisk resonansbilledscanning bruges til at få et detaljeret billede af eventuelle strukturelle ændringer, der kan eksistere.

Listen over medicinske problemer, der kan forårsage lillehjerneskade, er lang, herunder slagtilfælde , blødning , hævelse af hjernen ( cerebralt ødem ), tumorer , alkoholisme , fysiske traumer som skudsår eller eksplosiver og kroniske degenerative tilstande såsom olivopontocerebellar atrofi . Nogle former for migrænehovedpine kan også forårsage midlertidig dysfunktion af lillehjernen, af varierende sværhedsgrad. Infektion kan resultere i skade på lillehjernen under sådanne tilstande som prionsygdomme og Miller Fisher syndrom, en variant af Guillain -Barré syndrom .

Aldring

Det menneskelige lillehjerne ændrer sig med alderen. Disse ændringer kan afvige fra andre dele af hjernen. Lillehjernen er den yngste hjerneområde (og kropsdel) i hundredeårige ifølge en epigenetisk biomarkør af vævsalder kendt som epigenetisk ur : det er cirka 15 år yngre end forventet hos en hundredeårig. Yderligere viser genekspressionsmønstre i det humane lillehjerne mindre aldersrelateret ændring end i hjernebarken . Nogle undersøgelser har rapporteret reduktioner i antal celler eller vævsvolumen, men mængden af ​​data vedrørende dette spørgsmål er ikke særlig stor.

Udviklings- og degenerative lidelser

Ultralydsbillede af fosterhovedet ved 19 uger af graviditeten i en modificeret aksial sektion, der viser det normale føtale lillehjerne og cisterna magna

Medfødt misdannelse, arvelige lidelser og erhvervede tilstande kan påvirke lillehjernens struktur og følgelig cerebellars funktion. Medmindre årsagstilstanden er reversibel, er den eneste mulige behandling at hjælpe mennesker med at leve med deres problemer. Visualisering af fosterets lillehjerne ved ultralydsscanning ved 18 til 20 ugers graviditet kan bruges til at screene for føtal neurale rørdefekter med en følsomhed på op til 99%.

Ved normal udvikling stimulerer endogen sonisk hedgehog -signalering hurtig proliferation af cerebellar granule neuron progenitorer (CGNP'er) i det ydre granulatlag (EGL). Cerebellar udvikling sker under sen embryogenese og den tidlige postnatale periode, hvor CGNP -spredning i EGL toppede under tidlig udvikling (postnatal dag 7 i musen). Da CGNP'er terminalt differentierer til cerebellare granulatceller (også kaldet cerebellar granule neuroner, CGN'er), vandrer de til det indre granulatlag (IGL) og danner det modne lillehjerne (efter postnatal dag 20 i musen). Mutationer, der unormalt aktiverer Sonic hedgehog -signalering, disponerer for kræft i lillehjernen ( medulloblastoma ) hos mennesker med Gorlin syndrom og i genetisk manipulerede musemodeller .

Medfødt misdannelse eller underudvikling ( hypoplasi ) af lillehjernen vermis er karakteristisk for både Dandy -Walker syndrom og Joubert syndrom . I meget sjældne tilfælde kan hele lillehjernen være fraværende. De nedarvede neurologiske lidelser Machado -Joseph sygdom , ataxia telangiectasia og Friedreichs ataksi forårsager progressiv neurodegeneration forbundet med cerebellar tab. Medfødte misdannelser i hjernen uden for lillehjernen kan igen forårsage brok af lillehjernevæv , som det ses i nogle former for Arnold -Chiari misdannelse .

Andre tilstande, der er tæt forbundet med cerebellar degeneration, omfatter de idiopatiske progressive neurologiske lidelser multiple systematrofi og Ramsay Hunt syndrom type I , og den autoimmune lidelse paraneoplastisk cerebellar degeneration , hvor tumorer andre steder i kroppen fremkalder en autoimmun reaktion, der forårsager neuronal tab i lillehjernen. Cerebellar atrofi kan skyldes en akut mangel på vitamin B1 ( thiamin ) set i beriberi og i Wernicke -Korsakoff syndrom eller E -vitaminmangel .

Cerebellar atrofi er blevet observeret i mange andre neurologiske lidelser, herunder Huntingtons sygdom , multipel sklerose , essentiel tremor , progressiv myoklonusepilepsi og Niemann -Pick sygdom . Cerebellar atrofi kan også forekomme som følge af udsættelse for toksiner, herunder tungmetaller eller farmaceutiske eller rekreative lægemidler .

Smerte

Der er en generel konsensus om, at lillehjernen er involveret i smertebehandling. Lillehjernen modtager smerteinput fra både faldende cortico-cerebellar-veje og stigende spino-cerebellar-veje gennem pontine-kernerne og ringere oliven. Nogle af disse oplysninger overføres til motorsystemet, hvilket fremkalder en bevidst motorisk undgåelse af smerter, klassificeret efter smerteintensitet.

Disse direkte smerteindgange, såvel som indirekte input, menes at fremkalde langsigtet smerteforebyggelsesadfærd, der resulterer i kroniske holdningsændringer og følgelig i funktionel og anatomisk ombygning af vestibulære og proprioceptive kerner. Som følge heraf kan kronisk neuropatisk smerte forårsage makroskopisk anatomisk ombygning af baghjernen, herunder lillehjernen. Omfanget af denne ombygning og induktion af neuronforfædermarkører tyder på, at voksen neurogenese bidrager til disse ændringer.

Sammenlignende anatomi og evolution

Tværsnit af hjernen på en porbeagle haj , med lillehjernen markeret med blå

Kredsløbene i lillehjernen er ens på tværs af alle klasser af hvirveldyr , herunder fisk, krybdyr, fugle og pattedyr. Der er også en analog hjernestruktur hos blæksprutter med veludviklede hjerner, såsom blæksprutter . Dette er blevet taget som bevis på, at lillehjernen udfører funktioner, der er vigtige for alle dyrearter med en hjerne.

Der er stor variation i størrelsen og formen af ​​lillehjernen hos forskellige hvirveldyrarter. Hos padder er den lidt udviklet, og hos lampreys og hagfish er lillehjernen næsten ikke til at skelne fra hjernestammen. Selvom spinocerebellum er til stede i disse grupper, er de primære strukturer små, parrede kerner svarende til vestibulocerebellum. Lillehjernen er en smule større hos krybdyr, betydeligt større hos fugle og endnu større hos pattedyr. De store parrede og indviklede lober, der findes hos mennesker, er typiske for pattedyr, men lillehjernen er generelt en enkelt medianlapp i andre grupper og er enten glat eller kun let rillet. Hos pattedyr er neocerebellum hoveddelen af ​​lillehjernen i masse, men i andre hvirveldyr er det typisk spinocerebellum.

Lillahjernen hos brusk- og benede fisk er ekstraordinært stor og kompleks. I mindst en vigtig henseende adskiller den sig i den interne struktur fra pattedyrs lillehjerne: Fiskens lillehjerne indeholder ikke diskrete dybe lillehjernekerner . I stedet er de primære mål for Purkinje -celler en særskilt celletype fordelt over lillehjernen, en type der ikke ses hos pattedyr. Hos mormyridfisk (en familie af svagt elektrosensitive ferskvandsfisk) er lillehjernen betydeligt større end resten af ​​hjernen. Den største del af den er en særlig struktur kaldet valvula , som har en usædvanlig regelmæssig arkitektur og modtager meget af sit input fra det elektrosensoriske system.

Kendetegnende for pattedyrs lillehjerne er en udvidelse af laterallapperne, hvis hovedinteraktioner er med neocortex. Efterhånden som aber udviklede sig til store aber, fortsatte udvidelsen af ​​laterallapperne i takt med udvidelsen af ​​neokortexens frontallapper. I forfædre hominider og i Homo sapiens indtil den midterste Pleistocæn -periode fortsatte lillehjernen med at ekspandere, men frontallapperne ekspanderede hurtigere. Den seneste periode med menneskelig evolution kan imidlertid faktisk have været forbundet med en stigning i lillehjernens relative størrelse, da neocortex reducerede dens størrelse noget, mens lillehjernen ekspanderede. Størrelsen af ​​den menneskelige lillehjerne sammenlignet med resten af ​​hjernen har været stigende i størrelse, mens lillehjernen faldt i størrelse Med både udvikling og implementering af motoriske opgaver, visuelle rumlige færdigheder og læring finder sted i lillehjernen, vokser væksten af lillehjernen menes at have en eller anden form for sammenhæng med større menneskelige kognitive evner. Cerebellums laterale halvkugler er nu 2,7 gange større hos både mennesker og aber end hos aber. Disse ændringer i lillehjernen kan ikke forklares med større muskelmasse. De viser, at enten udviklingen af ​​lillehjernen er tæt forbundet med den i resten af ​​hjernen, eller at neurale aktiviteter, der finder sted i lillehjernen, var vigtige under Hominidae -udviklingen . På grund af lillehjernen rolle i kognitive funktioner, kan stigningen i dens størrelse have spillet en rolle i kognitiv ekspansion.

Cerebellum-lignende strukturer

De fleste hvirveldyrarter har en lillehjerne og en eller flere lillehjernelignende strukturer, hjerneområder, der ligner cerebellum med hensyn til cytoarchitecture og neurokemi . Den eneste lillehjerne-lignende struktur, der findes hos pattedyr, er dorsal cochlear nucleus (DCN), en af ​​de to primære sensoriske kerner, der modtager input direkte fra hørenerven . DCN er en lagdelt struktur, hvor bundlaget indeholder granulatceller svarende til cerebellums celler, hvilket giver anledning til parallelle fibre, der stiger til det overfladiske lag og vandrer tværs over det vandret. Det overfladiske lag indeholder et sæt GABAergiske neuroner kaldet cartwheel -celler, der ligner Purkinje -celler anatomisk og kemisk - de modtager parallel fiberindgang, men har ingen input, der ligner klatrefibre . Outputneuronerne i DCN er pyramidale celler . De er glutamatergiske, men ligner også Purkinje -celler i nogle henseender - de har spiny, fladlagte overfladiske dendritiske træer, der modtager parallel fiberindgang, men de har også basale dendritter, der modtager input fra auditive nervefibre, som bevæger sig over DCN i en retning ved vinkelret på de parallelle fibre. DCN er højest udviklet hos gnavere og andre smådyr og reduceres betydeligt i primater. Dets funktion er ikke godt forstået; de mest populære spekulationer relaterer det til rumlig hørelse på en eller anden måde.

De fleste fiskearter og padder besidder et sidelinjesystem , der registrerer trykbølger i vand. Et af hjerneområderne, der modtager primær input fra sidelinieorganet, den mediale oktavolaterale kerne, har en lillehjernelignende struktur med granulatceller og parallelle fibre. I elektrofølsomme fisk går input fra det elektrosensoriske system til den dorsale oktavolaterale kerne, som også har en lillehjernelignende struktur. Hos stråfinnede fisk (langt den største gruppe) har det optiske tektum et lag-det marginale lag-der er lillehjernen.

Alle disse cerebellum-lignende strukturer synes primært at være sensorisk-relaterede snarere end motor-relaterede. Alle har granulatceller, der giver anledning til parallelle fibre, der forbinder til Purkinje-lignende neuroner med modificerbare synapser , men ingen har klatrefibre, der kan sammenlignes med lillehjernen-i stedet modtager de direkte input fra perifere sanseorganer. Ingen har en demonstreret funktion, men den mest indflydelsesrige spekulation er, at de tjener til at transformere sensoriske input på en eller anden sofistikeret måde, måske for at kompensere for ændringer i kropsholdning. Faktisk har James M. Bower og andre argumenteret, dels på grundlag af disse strukturer og dels på grundlag af lillehjerneundersøgelser, at lillehjernen i sig selv grundlæggende er en sansestruktur, og at den bidrager til motorisk kontrol ved at bevæge kroppen i en måde, der styrer de resulterende sensoriske signaler. På trods af Bowers synspunkt er der også stærke beviser for, at lillehjernen direkte påvirker motoreffekten hos pattedyr.

Historie

Grundlaget for den menneskelige hjerne, som tegnet af Andreas Vesalius i 1543

Beskrivelser

Selv de tidligste anatomister kunne genkende lillehjernen ved sit særpræg. Aristoteles og Herophilus (citeret i Galen ) kaldte det παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), i modsætning til ἐγκέφαλος ( enkephalos ) eller hjernen korrekt. Galens omfattende beskrivelse er den tidligste, der overlever. Han spekulerede i, at lillehjernen var kilden til motoriske nerver.

Yderligere væsentlig udvikling kom først i renæssancen . Vesalius diskuterede lillehjernen kort, og anatomien blev beskrevet mere grundigt af Thomas Willis i 1664. Mere anatomisk arbejde blev udført i løbet af 1700 -tallet, men det var først i begyndelsen af ​​1800 -tallet, at de første indsigter i lillehjernens funktion var opnået. Luigi Rolando i 1809 fastslog det centrale fund, at skader på lillehjernen resulterer i motoriske forstyrrelser. Jean Pierre Flourens i første halvdel af 1800 -tallet udførte detaljeret eksperimentelt arbejde, som afslørede, at dyr med lillehjerne skade stadig kan bevæge sig, men med tab af koordination (mærkelige bevægelser, akavet gangart og muskelsvaghed), og at restitution efter læsionen kan være næsten fuldstændig, medmindre læsionen er meget omfattende. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev det bredt accepteret, at lillehjernens primære funktion vedrører motorisk kontrol; første halvdel af det 20. århundrede producerede flere detaljerede beskrivelser af de kliniske symptomer forbundet med lillehjerne hos mennesker.

Etymologi

Navnet lillehjernen er en diminutiv af cerebrum (hjernen); det kan oversættes bogstaveligt som lille hjerne . Det latinske navn er en direkte oversættelse af det antikke græske παρεγκεφαλίς ( parenkephalis ), som blev brugt i værkerne af Aristoteles, den første kendte forfatter til at beskrive strukturen. Intet andet navn bruges i den engelsksprogede litteratur, men historisk er en række forskellige græske eller latinafledte navne blevet brugt, herunder cerebrum parvum , encephalion , encranion , cerebrum posterius og parencephalis .

Referencer

Denne artikel blev indsendt til WikiJournal of Medicine til ekstern akademisk peer review i 2016 ( anmelderrapporter ). Det opdaterede indhold blev reintegreret på Wikipedia-siden under en CC-BY-SA-3.0- licens ( 2016 ). Den reviderede version af pladen 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 links