2. È l’organo integrativo per:
– Raffinamento e coordinazione dei movimenti
– Regolazione del tono muscolare e mantenimento
dell’equilibrio
– Apprendimento dei movimenti
3. Corteccia cerebellare e nuclei profondi
Il cervelletto è’ posto sulla faccia posteriore del tronco cerebrale al quale è
collegato da tre paia di peduncoli.
Possiede una corteccia grigia superficiale che ricopre la sostanza bianca dentro
cui sono dispersi nuclei di sostanza grigia.
Sia anatomicamente che funzionalmente si distinguono porzioni più antiche che
esistono in tutti i vertebrati (archicerebello e paleocerebello) ed altre che si
sono invece sviluppate solo nei vertebrati superiori (neocerebello)
4. Anatomia del cervelletto
È diviso orizzontalmente in tre lobi.
1. Lobo anteriore.
2. Lobo posteriore.
2. Lobo flocculonodulare.
5. Anatomia del cervelletto
È diviso verticalmente in tre regioni.
1. Verme.
2. C. intermedio.
2. C. laterale.
La superficie del verme e dei lobi è percorsa da solchi trasversali concentrici che
delimitano la massa cerebellare in lamelle. Le lamelle del cervelletto sono
disposte orizzontalmente e sono più piccole di quelle della corteccia cerebrale.
7. Nuclei profondi del cervelletto
n. globoso e
emboliforme n. del tetto
(fastigio)
n. dentato
NUCLEO DEL FASTIGIO (TETTO) - riceve dal
verme, dai nuclei vestibolari e dall’oliva inferiore.
Proietta ai nuclei vestibolari e ad altri nuclei bulbari
NUCLEO GLOBOSO - riceve dal verme. Proietta a
nuclei bulbari
NUCLEO EMBOLIFORME - riceve dalla parte
intermedia degli emisferi. Proietta al talamo
NUCLEO DENTATO - riceve dal neocerebello
(emisferi cerebellari). Proietta al nucleo rosso ed al
talamo
8. Gran parte delle fibre afferenti ed efferenti hanno come
stazione di relè i nuclei profondi del cervelletto
9. La corteccia cerebellare è organizzata
in tre strati
cellula
del Golgi
cellula
stellata
cellula a
canestro
cellula del
Purkinje
fibra
muscoide
cellula
granulare
fibra
rampicante
fibre parallele
strato
granulare
strato cell.
Purkinje
strato
molecolare SM
SP
SG
10. STRATO MOLECOLARE
• CELLULE STELLATE
• CELLULE A CANESTRO
• FIBRE PARALLELE
• DENDRITI DELLE CELLULE DI PURKINJE
• DENDRITI DELLE CELLULE DEL GOLGI DI II° TIPO
STRATO DI PURKINJE
• SOMA DELLE CELLULE DI PURKINJE (unica via efferente dalla
corteccia cerebellare, portano impulsi inibitori)
• FIBRE RAMPICANTI
STRATO DEI GRANULI
• CELLULE DEI GRANULI
• ASSONI E SOMA DELLE CELLULE DEL GOLGI
• FIBRE MUSCOIDI
• ASSONI DELLE CELLULE DI PURKINJE
CORTECCIA CEREBELLARE
11. dall’oliva
bulbare
Fibre rampicanti
• Originano dai neuroni olivo-cerebellari di cui
rappresentano le fibre terminali
• Salgono attraverso lo strato granulare
• Finiscono nello strato molecolare con un ciuffo di
arborizzazioni terminali
• Si connettono ai dendriti delle cellule del Purkinje
(rapporto 1:1) ma ciascuna può formare numerosi
contatti sinaptici con l’albero dendritico della c. del P.
• Liberano il neurotrasmettitore glutamato
12. Fibre muscoidi
• Input: da neuroni del ponte e del midollo spinale
• Costituiscono tutte le rimanenti afferenze cerebellari
• Si ramificano e terminano nello strato granulare
• Hanno terminazioni dilatate (rosette)
• Formano sinapsi con:
– i dendriti delle cellule dei granuli
– gli assoni dei neuroni del Golgi
da ponte
e midollo
spinale
13. Cellule dei granuli
• sono neuroni molto piccoli (7 m), sterttamente
impachettati
• Piccolo albero dendritico nello strato granulare
• Un assone amielinico
– che si dirige verso lo strato molecolare (centrifugo)
– e si divide a T per formare la fibra parallela
– Le fibre parallele decorrono longitudinalmente
lungo le lamelle
– Incrociano i dendriti di molte cellule del Purkinje
• Liberano glutamato come neurotransmettitore
14. Cellule di Golgi
sono localizzate nello strato granulare; il
loro assone, insieme alle fibre muscoidi e
ai dendriti delle cellule dei granuli
costituiscono una struttura ciamata
glomerulo.
15. Nel glomerulo cerebellare il terminale assonico di una fibra muscoide (in blu) invia
messaggi di tipo sensoriale a ~50 cellule granulari (in rosso) (divergenza).
Glomerulo cerebellare
E’un complesso di sinapsi tra la terminazione di una fibra muscoide al centro, e:
a) dendriti di cellule granulari, b) assoni di neuroni del Golgi
Terminazione di
una fibra muscoide
Dendrite di un
granulo
Fibra muscoide
Assone di una
cellula del Golgi
Dendrite di un
granulo
Fibra muscoide
Assone di una
cellula del Golgi
16. Cellule di Purkinje
Consistono di:
• Un ampio albero dendritico nello strato
molecolare, con spine dendritiche a livello
delle sinapsi
• Un grosso soma
• Un assone che costituisce la via efferente
dal cervelletto, e manda collaterali nello
strato granulare.
• GABA è il neurotrasmettitore liberato
• ogni cellula di Purkinje riceve una fibra rampicante (rapporto 1:1), che può
formare però numerosi contatti sinaptici con il suo albero dendritico
• ogni cellula di Purkinje riceve inoltre circa 200,000 contatti sinaptici dalle fibre
parallele (convergenza)
• ogni fibra parallela prende contatto con numerose cellule di Purkinje (divergenza)
• gli assoni delle cellule di Purkinje costituiscono la principale via efferente del
cervelletto, attraverso i nuclei cerebellari. Ciascun assone forma circa 1000
contatti con le cellule dei nuclei profondi. Il neurotrasmettitore liberato è il
GABA.
17. Cellule stellate
– Nella parte superficiale dello strato molecolare
– Formano sinapsi con i dendriti delle cellule del
Purkinje
– Azione inibitoria
Cellule a canestro
– Nella parte profonda dello strato molecolare
– Gli assoni formano un canestro attorno
all’encoder delle cellule del Purkinje
– Azione inibitoria
Le cellule stellate e a canestro sono situate trasversalmente nello strato molecolare
18. Circuiti cerebellari di base
Il circuito di base è lo stesso in tutte le parti del cervelletto. Esso è costituito da tre parti
1. Via diretta : l’input afferente proietta
direttamente ai sistemi motori attraverso i
nuclei profondi senza passare per la
corteccia.
3. Le fibre rampicanti mandano un input
alle cellule del Purkinje. Questo è l’input
di rilevamento dell’errore. Questo circuito
è usato per l’apprendimento.
Nucleo cerebellare
profondo
Input
(dagli organi di senso)
Output
(ai sistemi motori)
cellula
granulare
cellula del
Purkinje
fibra
muscoide
fibra
rampicante
2. Circuito laterale indiretto: input delle
fibre muscoidi alle cellule granulari, da
queste mediante le fibre parallele alle
cellule del Purkinje, e da queste ritorno ai
nuclei profondi del cervelletto. Questo
circuito è usato per correggere le risposte
riflesse.
19. Le fibre parallele decorrono parallelamente ai solchi.
Esse intersecano l’arborizzazione delle cellule del Purkinje ad angolo retto.
Circuiti cerebellari di base
20. Un’unica fibra rampicante contatta ciascuna
cellula del Purkinje formando molte sinapsi.
Ciascun singolo input genera una rapida
scarica di potenziali d’azione di latenza e
durata brevi (spikes complessi: azione
fasica rapida).
Molte fibre parallele (~200,000) prendono contatto
con una singola cellula del Purkinje (convergenza).
Ciascuna sinapsi genera un debole PPSE e sono
richiesti molti inputs (sommazione) per generare un
potenziale d’azione. La scarica generata è duratura
e ritardata rispetto a quella generata dalle fibre
rampicanti (spikes semplici: azione tonica lenta)
Gli input delle fibre parallele e rampicanti hanno effetti molto diversi
sulle cellule del Purkinje
Si ritiene che l’attivazione delle fibre muscoidi possa rendere silente per alcune
centinaia di ms la scarica evocata nelle cellule del Purkinje dalle fibre rampicanti
21. Spikes semplici S. complessi
Spikes semplici e complessi generati dalle cellule del Purkinje
50 ms
Le cellule di Purkinje normalmente generano potenziali d’azione ad elevata
frequenza anche in assenza di inputs sinaptici. La frequenza media durante la veglia
è di circa 40 Hz (40 spikes per sec).
I treni mostrano una mistura di cosiddetti spikes semplici e complessi.
Uno spike semplice è un singolo
potenziale d’azione seguito da un
periodo di refrattarietà di circa 10
msec.
Gli spikes semplici sono prodotti da
una combinazione di attività basale
e di inputs dalle fibre parallele.
Uno spike complesso è una sequenza
stereotipata di potenziali d’azione con
intervalli molto brevi tra uno spike e l’altro
e ampiezze decrescenti.
Gli spikes complessi, (che si susseguono ad
una velocità basale di circa 1 Hz, massimo
10 Hz) sono costantemente associati
all’attivazione delle fibre rampicanti.
Gli spikes complessi sono spesso
seguiti da una pausa di alcune
centinaia di msec durante la
quale l’attività degli spikes
semplici è soppressa.
22. L’azione delle cellule del Purkinje sui nuclei cerebellari
profondi è inibitoria
L’unico output dal cervelletto è rappresentato
dalle cellule del Purkinje.
I neuriti delle cellule del Purkinje inibiscono i
nuclei profondi liberando GABA.
I segnali inibitori da essi inviati ai neuroni dei
nuclei profondi ne frenano continuamente
l’attività.
Il ritardo, l’intensità e la durata dell’inibizione
prodotta sono il risultato della complessa
elaborazione attuata nella corteccia cerebellare.
GABA
Quindi, ai neuroni dei nuclei profondi, che sono la stazione d’uscita dei segnali dal
cervelletto, giungono immediatamente e direttamente i segnali eccitatori portati
dalle collaterali di tutte le fibre afferenti al cervelletto e, successivamente, i segnali
inibitori provenienti dalle cellule del Purkinje.
24. fibre
parallele
cellula a
canestro
cellula
stellata
cellula del
Purkinje
fibra
rampicante
fibra
muscoide
cellula
del Golgi
cellula
granulare
neuroni
profondi del
cervelletto
fibre disc.
ai sistemi
motori
fibre
ascendenti
dagli organi
di senso
CircuitoinibitoriocollateraleCircuitoeccitatorioprincipale
oliva inferiore
Circuiti inibitori collaterali
Cellule stellate e a canestro (strato
molecolare).
Formano sinapsi inibitorie con le
cellule del Purkinje.
Afferenze eccitatorie: fibre parallele.
Funzione: accentuano il contrasto tra i
gruppi di cellule del Purkinje attivi.
Cellule del Golgi (strato granulare).
Afferenze eccitatorie: fibre parallele.
Contribuiscono alla costituzione del
glomerulo cerebellare, formando
sinapsi inibitorie con i dendriti delle
cellule dei granuli e sopprimendone
l’eccitamento in risposta
all’attivazione delle fibre muscoidi.
Funzione: scansione temporale dei
processi eccitatori.
25. La circuiteria del cervelletto
dendriti
inibitorie
eccitatorie
C ≡ c. a canestro
P ≡ c. del Purkinje
G ≡ c. del Golgi
St ≡ c. stellata
Gr ≡ c. granulare
fibra parallela
fibramuscoide
GABA(-)
GABA (-)
GABA (-)
P P
CG
St
Gr
nuclei
profondi
da bulbo e midollo spinale
(+)
(+) (+)
(+)
(+)
fibrarampicante
dall’oliva inferiore
(+)(+)
(-) (-) (-)
26. cellula del Purkinje
Le cellula del P. che non ricevono
afferenze dalle fibre parallele del
fascio vengono inibite dalle cellule
stellate e a canestro
Fascio di fibre parallele eccitate.
Le cellule del P. che ricevono
afferenze dalle fibre parallele del
fascio vengono eccitate
cellula stellate e a
canestro
Le cellule stellate e a canestro causano un’inibizione laterale delle
cellule del Purkinje situate ai lati del fascio di fibre parallele attivate
Anche le cellule del Golgi ricevono un input dalle fibre parallele, ma distribuiscono i
loro assoni indietro alle cellule granulari. È un esempio di inibizione a feedback che
taglia gli input dopo un breve ritardo, tendendo ad accorciare la durata dei treni di
potenziali d’azione nelle fibre parallele.
28. Le principali funzioni di ciascuna suddivisione
1. Archicerebellum o
vestibolocerebello
Input: dagli organi vestibolari.
Output: ai muscoli di gambe,
tronco e occhi.
Funzione: controllo dell’equilibrio
e dei movimenti oculari
2. Paleocerebellum o
Spinocerebello
Input: dal midollo spinale (vie
spino-cerebellari), sensibilità
propriocettiva e cutanea.
Output: al midollo spinale.
Funzione: regolazione del tono
muscolare, della postura e dei
movimenti involontari.
3. Neocerebellum o
cerebrocerebello
Input: dalla corteccia
cerebrale.
Output: alla corteccia
cerebrale motoria e premotoria.
Funzione: pianificazione e
avvio dei movimenti volontari.
29. Funzione generale del cervelletto:
Agisce sul controllo motorio
Quindi, dal cervelletto non dipende tanto la capacità di compiere i
movimenti, quanto la capacità di compierli in modo corretto.
Ad es., sollevare una scatola. Il sollevamento iniziale viene regolato in
base al peso supposto della scatola.
Quando avviene l’intervento regolatore?
Prima, durante e alla fine di ogni movimento in modo da regolarne:
• durata,
• ampiezza
• gradualità.
30. Consideriamo ad esempio il controllo eseguito dal cervelletto sui movimenti volontari
Inputs al cervelletto:
- dall’apparato propriocettivo muscolare (fascio spino cerebellare) una completa
informazione sulla posizione che le diverse parti del corpo assumono istante per istante;
- dalla corteccia cerebrale (fascio cortico-ponto cerebellare) una completa informazione
sugli “ordini” motori elaborati dalla corteccia cerebrale.
Azioni del cervelletto:
- confronto tra quadro delle afferenze propriocettive e delle efferenze motorie;
- rilevazione degli “errori” negli ordini;
- correzione in tempo reale con segnali inviati alla corteccia tramite la via ascendente
cerebello-talamo-corticale e al midollo spinale tramite la vie discendenti (cerebello-
rubro-, cerebello-reticolo- e cerebello-vestibolo-spinali).
Inizio del movimento Esecuzione motoria
e correzione
Corteccia premotoria
e motoria
Neo-
cerebellum
Spino-
cerebellum
movimento
feedback
sensoriale
31. Il cervelletto potrebbe avere un ruolo nell’apprendimento di nuove capacità motorie.
I segnali convogliati dalle fibre rampicanti modificherebbero, in periodi di tempo
lunghi, le risposte dei neuroni di Purkinje rispetto ai segnali che arrivano attraverso
le fibre muscoidi.
Dati sperimentali dimostrano che i circuiti cerebellari vengono modificati con
l’esperienza e che queste modifiche sono importanti nell’apprendimento motorio.
Il cervelletto nell’apprendimento motorio
32. Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 1. Aggiustamento del riflesso vestibulo-oculare
Cos’è il riflesso vestibulo-oculare
(VOR)?
• La funzione del VOR è di stabilizzare
l’immagine della retina durante le
rotazioni della testa.
• quando la testa ruota ad una certa
velocità e in una certa direzione, l’occhio
ruota alla stessa velocità ma in direzione
opposta.
• Senza il VOR, l’occhio vedrebbe
un’immagine offuscata ogni volta che si
muove la testa.
Ciò accade perché l’occhio è come una
macchina fotografica con velocità di
otturazione lenta.
33. Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 1. Aggiustamento del riflesso vestibulo-oculare
Quindi, lo scopo del VOR è di ruotare l’occhio in direzione opposta alla testa,
mantenendo ferma l’immagine sulla retina. Il VOR è realizzato tramite due vie.
1) Una via diretta dai canali semicircolari (e nucleo vestibolare) agli appropriati
muscoli dell’occhio causandone la contrazione (vedi sist. vestibolare)
2) Una via indiretta
attraverso le fibre muscoidi,
le fibre parallele e le cellule
del Purkinje del cervelletto,
che inibisce il nucleo
vestibolare e permette le
opportune correzioni.
n. vestibolare
occhiocanale
semicircolare
fibra
muscoide cellula del
Purkinje
cellula
granulare
34. Supponiamo che a causa di un trauma o dell’età alcuni neuroni coinvolti nel
riflesso funzionino male o muoiano e di conseguenza i muscoli dell’occhio non si
contraggano più adeguatamente. Occorre qualcosa che ponga riparo a ciò.
fibra
rampicante
oliva
inferiore
3) Quando il VOR non lavora adeguatamente
(p.es., l’occhio non ruota abbastanza) uno
scorrimento dell’immagine è captato dall’occhio e
inviato al cervelletto tramite le fibre rampicanti.
L’imput dalle fibre rampicanti altera in maniera
semi-permanente le sinapsi delle fibre parallele
attivate simultaneamente.
Quando il VOR è riparato (cioè nessuno
scorrimento dell’immagine sulla retina) l’attività
delle fibre rampicanti cessa.
Quindi le fibre rampicanti istruiscono l’azione
delle fibre muscoidi (apprendimento motorio o
adattamento).
35. Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 2.
Un prisma davanti agli occhi altera la posizione apparente degli oggetti
Senza prisma
l’errore è piccolo
errore nel
lancio del
dardo
1) Lanciando il dardo con
un prisma davanti agli
occhi, il bersaglio appare
spostato di lato e quindi
viene mancato.
2) Gradualmente il
cervelletto aiuta a
correggere l’errore.
3) Togliendo i prismi, il bersaglio viene di nuovo sbagliato, ma nella direzione
opposta.
4) Il cervelletto, di nuovo, correggerà l’errore.
Gli occhiali hanno un effetto simile a quello dei prismi. Il VOR è ricalibrato
ogni volta che vengono utilizzate nuove lenti.
36. Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 3. apprendimento di nuovi riflessi posturali
Normalmente, quando si sta
in piedi su una superficie
ferma (pavimento), una
distensione dell’estensore
significa che ci si sta
sporgendo in avanti troppo e
e la risposta corretta
dell’azione riflessa è di
contrarre l’estensore.
EMG del muscolo
estensore
37. Quando ci si trova su una
piattaforma in equilibrio su
una palla, lo stesso riflesso
provoca una caduta.
EMG del muscolo
estensore
Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 3. apprendimento di nuovi riflessi posturali
38. Bisogna imparare a rilassare
l’estensore, quando la
piattaforma stira l’estensore.
Gradualmente il cervelletto
impara a sopprimere questo
riflesso di contrazione.
Non c’è apprendimento se il
cervelletto è danneggiato.
Il cervelletto nell’apprendimento motorio
Esempio 3. apprendimento di nuovi riflessi posturali
EMG del muscolo
estensore
39. Lesioni del neocerebellum provocano atassia
L’atassia consiste in:
1) Un ritardo nell’inizio del movimento.
Vi è anche una maggiore lentezza nel movimento perché l’attività del muscolo
agonista è meno fasica.
2) Dismetria: il movimento supera o non raggiunge il bersaglio.
3) Tremore: Si verifica dopo un movimento o quando c’ò una perturbazione nel
momento in cui si sta tentando di tenere un arto in una posizione particolare.
Il tremore non si manifesta a riposo.
40. In conclusione
Il cervelletto opera come un’officina per riparazioni.
1) Impara ad adattarsi a nuovi compiti
2) I disordini motori prodotti da lesioni al di fuori del cervelletto
sono velocemente mascherati da quest’officina.
3) Le lesioni cerebellari provocano disordini motori perché se
l’officina è danneggiata i disordini diventano evidenti.
Il deficit persiste se esso eccede le capacità riparatorie
dell’officina – p. es., non c’è compensazione per un muscolo
totalmente paralizzato.
43. • Spinocerebellari
– Informazione di feedback da muscoli e articolazioni
• Vestibulo-cerebellari
– Feedback circa la postura e il movimento
• Cortico-ponto-cerebellari
– Dalle aree associative
– Aggiustamenti motori che richiedono giudizio, discriminazione, e decisioni
Le fibre muscoidi convogliano informazione richiesta per fare degli aggiustamenti
Vie afferenti
dalle fibre muscoidi
44. Vie efferenti
L’output dal cervelletto avviene tramite le cellule del Purkinje e i nuclei profondi
n. globoso
n. dentato
n. emboliforme
n. fastigio n. vestibolari
formazione reticolare
n. rosso
talamo
corteccia cerebrale
Output dai nuclei
profondi a vari centri
Gli asssoni delle cellule del Purkinje terminano
sui neuroni che formano i nuclei profondi: essi
sono tutti inibitori
