Beyincik
| Beyincik ⓘ | |
|---|---|
 Beyincik ve ponsu gösteren insan beyni çizimi | |
 İnsan beyinciğinin konumu (kırmızıyla) | |
| Detaylar | |
| Bir parçası | Hindbrain |
| Arter | SCA, AICA, PICA |
| Damar | üstün, aşağı |
| Tanımlayıcılar | |
| Latince | Beyincik |
| Nöroanatominin anatomik terimleri [Vikiveri'de düzenle] | |
Beyincik (Latince "küçük beyin") tüm omurgalıların arka beyninin önemli bir özelliğidir. Genellikle serebrumdan daha küçük olmasına rağmen, mormyrid balıkları gibi bazı hayvanlarda serebrum kadar büyük ya da daha büyük olabilir. İnsanlarda beyincik motor kontrolde önemli bir rol oynar. Ayrıca dikkat ve dil gibi bazı bilişsel işlevlerin yanı sıra korku ve zevk tepkilerinin düzenlenmesi gibi duygusal kontrolde de rol oynayabilir, ancak hareketle ilgili işlevleri en sağlam şekilde belirlenmiştir. İnsan beyinciği hareketi başlatmaz, ancak koordinasyon, hassasiyet ve doğru zamanlamaya katkıda bulunur: omuriliğin duyusal sistemlerinden ve beynin diğer bölümlerinden girdi alır ve motor aktiviteyi ince ayarlamak için bu girdileri entegre eder. Serebellar hasar, insanlarda ince hareket, denge, duruş ve motor öğrenme bozukluklarına neden olur. ⓘ
Anatomik olarak, insan beyinciği beynin alt kısmına bağlı, serebral hemisferlerin altına sıkışmış ayrı bir yapı görünümündedir. Kortikal yüzeyi, serebral korteksin geniş düzensiz kıvrımlarıyla çarpıcı bir tezat oluşturacak şekilde, ince aralıklı paralel oluklarla kaplıdır. Bu paralel oluklar, serebellar korteksin aslında bir akordeon tarzında sıkıca katlanmış sürekli ince bir doku tabakası olduğu gerçeğini gizler. Bu ince tabaka içinde, en önemlileri Purkinje hücreleri ve granül hücreleri olmak üzere, son derece düzenli bir düzene sahip çeşitli nöron tipleri bulunur. Bu karmaşık sinirsel organizasyon muazzam bir sinyal işleme kapasitesine yol açar, ancak serebellar korteksten gelen çıktının neredeyse tamamı serebellumun beyaz maddesinin iç kısmında yer alan bir dizi küçük derin çekirdekten geçer. ⓘ
Motor kontroldeki doğrudan rolüne ek olarak, beyincik, özellikle sensorimotor ilişkilerdeki değişikliklere uyum sağlamayı öğrenmek gibi çeşitli motor öğrenme türleri için gereklidir. Sensörimotor kalibrasyonunu beyincikteki sinaptik plastisite açısından açıklamak için çeşitli teorik modeller geliştirilmiştir. Bu modeller David Marr ve James Albus tarafından formüle edilen ve her bir serebellar Purkinje hücresinin dramatik olarak farklı iki tür girdi aldığı gözlemine dayanan modellerden türemiştir: biri granül hücrelerinin paralel liflerinden gelen binlerce zayıf girdiden oluşur; diğeri ise tek bir tırmanma lifinden gelen son derece güçlü bir girdidir. Marr-Albus teorisinin temel kavramı, tırmanan lifin paralel lif girdilerinin gücünde uzun süreli bir değişikliğe neden olan bir "öğretme sinyali" olarak hizmet etmesidir. Paralel lif girdilerinde uzun süreli depresyon gözlemleri bu tür teoriler için bir miktar destek sağlamıştır, ancak geçerlilikleri tartışmalıdır. ⓘ
Beyincik (Latinceː cerebellum), vücudun denge organlarından biridir. Kasların düzenli çalışmasını sağlar. Fossa cranii posterior'da, bulbus ve pons'un üst arka kısmında bulunur. Beynin ikinci büyük (beynin 1/8'i kadar), rhombencephalon'un en büyük parçası olan beyincik 150 gr ağırlığındadır. Yukarıdan aşağıya biraz basık, ovalımsı şekilde olan beyinciğin en geniş boyutu transvers yöndedir. Bulbus ve ponsla birlikte 4. ventrikülü çevreler. Lobus occipitalis ile aralarında tentorium cerebelli bulunur. ⓘ
Beyincik, hemisferium cerebelli denilen iki yan lobla bunları ortada birleştiren vermis cerebelli'den oluşur. Beyincik, pedunculus cerebellaris inferior ile bulbusa, pedunculus cerebellaris medius ile ponsa ve pedunculus cerebellaris superior ile de mesencephalona bağlanır. ⓘ
Beyincik, lobus cerebelli anterior, lobus cerebelli posterior ve lobus flocculonodularis olarak üç loba ayrılır. ⓘ
- Lobus anterior, beyinciğin üst-ön tarafında bulunur ve üst yüzden görülebilir. Bu lobu vermis cerebellinin lingula cerebelli, lobulus centralis ve culmen kısımları ile hemispherium cerebellinin ala lobuli centralis ve lobulus quadrangularis kısımları oluşturur. (Lobus anterior ile lobus posterioru fissura prima ayırır.)
- Lobus cerebelli posterioru vermis cerebellinin declive, folium vermis, tuber vermis, pyramis ve uvula kısımları ile hemispherium cerebellinin lobulus simplex,lobulus semilunaris superior, lobulus semilunaris inferior, lobulus paramedianus, lobulus biventer ve tonsilla cerebelli kısımları oluşturur.
- Lobus flocculonodularisi, vermis cerebellinin nodulus vermis kısmı ile hemispherium cerebellinin pedunculus flocculi ve flocculus kısımları oluşturur. ⓘ
Yapı
Kaba anatomi düzeyinde beyincik, altında beyaz madde ve tabanında sıvı dolu bir ventrikül bulunan sıkıca katlanmış bir korteks tabakasından oluşur. Dört derin serebellar çekirdek beyaz maddenin içine gömülüdür. Korteksin her bir parçası, oldukça kalıplaşmış bir geometride düzenlenmiş aynı küçük nöronal elemanlardan oluşur. Orta düzeyde, beyincik ve yardımcı yapıları "mikro bölgeler" veya "mikro bölmeler" olarak adlandırılan birkaç yüz veya bin bağımsız işleyen modüle ayrılabilir. ⓘ
Brüt anatomi
Beyincik posterior kranial fossada yer alır. Dördüncü ventrikül, pons ve medulla beyinciğin önündedir. Üstteki serebrumdan tentorium cerebelli adı verilen derimsi bir dura mater tabakası ile ayrılır; beynin diğer bölümleriyle olan tüm bağlantıları pons içinden geçer. Anatomistler beyinciği, ponsu da içeren metensefalonun bir parçası olarak sınıflandırır; metensefalon, eşkenar dörtgen sfenksin veya "arka beyin "in üst kısmıdır. Serebral korteks gibi serebellum da iki serebellar hemisfere ayrılır; ayrıca dar bir orta hat bölgesi (vermis) içerir. Bir dizi büyük kıvrım, geleneksel olarak, genel yapıyı 10 küçük "lobüle" bölmek için kullanılır. Çok sayıda küçük granül hücresi nedeniyle, beyincik beynin geri kalanından daha fazla nöron içerir, ancak toplam beyin hacminin sadece %10'unu kaplar. Beyincikteki nöron sayısı neokorteksteki nöron sayısı ile ilişkilidir. Beyincikte neokorteksten yaklaşık 3,6 kat daha fazla nöron bulunur ve bu oran birçok farklı memeli türünde korunur. ⓘ
Beyinciğin alışılmadık yüzey görünümü, hacminin çoğunun çok sıkı katlanmış bir gri madde tabakasından oluştuğu gerçeğini gizler: serebellar korteks. Bu katmandaki her bir sırt ya da girus folium olarak adlandırılır. İnsan serebellar korteksinin tamamen açılması halinde, yaklaşık 1 metre uzunluğunda ve ortalama 5 santimetre genişliğinde bir nöral doku tabakasına yol açacağı tahmin edilmektedir - 6 cm × 5 cm × 10 cm boyutlarında bir hacim içinde paketlenmiş yaklaşık 500 cm karelik toplam yüzey alanı. Korteksin gri maddesinin altında, büyük ölçüde kortekse giden ve korteksten gelen miyelinli sinir liflerinden oluşan beyaz madde yer alır. Kesitteki dallı, ağaca benzer görünümü nedeniyle bazen arbor vitae (hayat ağacı) olarak adlandırılan beyaz maddenin içine gömülü olarak, gri maddeden oluşan dört derin serebellar çekirdek bulunur. ⓘ
Beyinciği sinir sisteminin farklı kısımlarına bağlayan üç çift serebellar pedinkül vardır. Bunlar superior serebellar pedinkül, orta serebellar pedinkül ve inferior serebellar pedinküldür ve vermise göre konumlarına göre adlandırılırlar. Süperior serebellar pedinkül esas olarak serebral kortekse bir çıkıştır ve talamik çekirdekler aracılığıyla serebral korteksteki üst motor nöronlara efferent lifler taşır. Lifler derin serebellar çekirdeklerden kaynaklanır. Orta serebellar pedinkül ponsa bağlıdır ve tüm girdisini ponsdan, özellikle de pontin çekirdeklerden alır. Ponsa girdi serebral korteksten gelir ve pontin çekirdeklerden transvers pontin lifler aracılığıyla serebelluma iletilir. Orta pedinkül üç pedinkülün en büyüğüdür ve afferent lifleri üç ayrı fasikül halinde gruplanarak girdilerini beyinciğin farklı bölümlerine götürür. İnferior serebellar pedinkül vestibüler çekirdeklerden, omurilikten ve tegmentumdan gelen afferent liflerden girdi alır. İnferior pedinkülden çıkış, vestibüler çekirdeklere ve retiküler formasyona giden efferent lifler yoluyla olur. Serebellumun tamamı inferior serebellar pedinkül aracılığıyla inferior olivary çekirdekten modülatör girdi alır. ⓘ
Alt bölümler
Yüzey görünümüne dayanarak, beyincik içinde üç lob ayırt edilebilir: ön lob (birincil fissürün üstünde), arka lob (birincil fissürün altında) ve flokülonodüler lob (arka fissürün altında). Bu loblar serebellumu rostralden kaudale (insanlarda yukarıdan aşağıya) doğru böler. Ancak işlev açısından medial-lateral boyutta daha önemli bir ayrım vardır. Farklı bağlantıları ve işlevleri olan flokülonodüler lobu dışarıda bırakırsak, beyincik işlevsel olarak spinoserebellum adı verilen bir medial sektör ve serebroserebellum adı verilen daha büyük bir lateral sektör olarak ayrıştırılabilir. Orta hat boyunca çıkıntı yapan dar bir doku şeridine serebellar vermis denir (Vermis Latince "solucan" demektir). ⓘ
En küçük bölge olan flokülonodüler lob genellikle vestibüloserebellum olarak adlandırılır. Evrimsel açıdan en eski kısımdır (archicerebellum) ve esas olarak denge ve uzaysal oryantasyona katılır; birincil bağlantıları vestibüler çekirdeklerle olmakla birlikte görsel ve diğer duyusal girdileri de alır. Bu bölgenin hasar görmesi denge ve yürüme bozukluklarına neden olur. ⓘ
Anterior ve posterior lobların medial bölgesi, paleoserebellum olarak da bilinen spinoserebellumu oluşturur. Beyinciğin bu bölümü esas olarak vücut ve uzuv hareketlerini ince ayarlamak için işlev görür. Omuriliğin dorsal kolonlarından (spinoserebellar yol dahil) ve kraniyal trigeminal sinirden ve ayrıca görsel ve işitsel sistemlerden proprioseptif girdi alır. Derin serebellar çekirdeklere lifler gönderir ve bunlar da hem serebral kortekse hem de beyin sapına yansıyarak inen motor sistemlerin modülasyonunu sağlar. ⓘ
İnsanlarda açık ara en büyük kısım olan lateral bölge, neoserebellum olarak da bilinen serebroserebellumu oluşturur. Sadece pontin çekirdekler (kortiko-ponto-serebellar yollar oluşturur) aracılığıyla serebral korteksten (özellikle parietal lob) girdi alır ve esas olarak ventrolateral talamusa (sırayla premotor korteksin motor alanlarına ve serebral korteksin primer motor alanına bağlıdır) ve kırmızı çekirdeğe çıktı gönderir. Lateral serebellumun işlevlerini tanımlamanın en iyi yolu konusunda anlaşmazlık vardır: Gerçekleşmek üzere olan hareketin planlanmasında, eylem için duyusal bilgilerin değerlendirilmesinde ve belirli bir isme en uygun fiilin belirlenmesi gibi bir dizi tamamen bilişsel işlevde yer aldığı düşünülmektedir ("sandalye" için "otur" gibi). ⓘ
Mikroanatomi
Serebellar devrede iki tip nöron baskın rol oynar: Purkinje hücreleri ve granül hücreleri. Üç tip akson da baskın rol oynar: yosunlu lifler ve tırmanan lifler (beyinciğe dışarıdan giren) ve paralel lifler (granül hücrelerinin aksonları olan). Serebellar devre boyunca, yosunlu lifler ve tırmanan liflerden kaynaklanan ve her ikisi de sonunda derin serebellar çekirdeklerde sonlanan iki ana yol vardır. ⓘ
Yosunsu lifler doğrudan derin çekirdeklere projekte olur, ancak aynı zamanda şu yola da yol açar: yosunsu lifler → granül hücreleri → paralel lifler → Purkinje hücreleri → derin çekirdekler. Tırmanıcı lifler Purkinje hücrelerine projekte olur ve ayrıca doğrudan derin çekirdeklere kollateraller gönderir. Yosunlu lif ve tırmanan lif girdilerinin her biri life özgü bilgi taşır; beyincik ayrıca muhtemelen global modülasyon yapan dopaminerjik, serotonerjik, noradrenerjik ve kolinerjik girdiler de alır. ⓘ
Serebellar korteks üç katmana ayrılmıştır. En altta kalın granüler tabaka yer alır, granül hücreleri ile birlikte internöronlar, esas olarak Golgi hücreleri ile doludur ancak Lugaro hücreleri ve unipolar fırça hücreleri de içerir. Ortada Purkinje hücrelerinin hücre gövdelerini ve Bergmann glial hücrelerini içeren dar bir bölge olan Purkinje tabakası yer alır. En üstte Purkinje hücrelerinin yassılaşmış dendritik ağaçlarını ve Purkinje hücre dendritik ağaçlarına dik açılarla nüfuz eden çok sayıda paralel lif dizisini içeren moleküler tabaka yer alır. Serebellar korteksin bu en dış katmanı ayrıca iki tip inhibitör internöron içerir: stellat hücreler ve sepet hücreler. Hem stellat hem de sepet hücreleri Purkinje hücre dendritleri üzerinde GABAerjik sinapslar oluşturur.
- (-): İnhibitör bağlantı
- MF: Mossy fiber
- DCN: Derin serebellar çekirdekler
- IO: Alt zeytin
- CF: Tırmanma lifi
- CFC: Tırmanma elyafı teminatı
- GC: Granül hücre
- PF: Paralel fiber
- PC: Purkinje hücresi
- GgC: Golgi hücresi
- SC: Stellat hücre
- BC: Sepet hücre
Moleküler katman
Serebellar korteksin en üst, en dış tabakası moleküler tabakadır. Bu tabaka Purkinje hücrelerinin düzleştirilmiş dendritik ağaçlarını ve granüler tabakadan Purkinje hücre dendritik ağaçlarına dik açılarla nüfuz eden çok sayıda paralel lif dizisini içerir. Moleküler tabaka ayrıca iki tip inhibitör internöron içerir: stellat hücreler ve sepet hücreler. Hem stellat hem de sepet hücreleri Purkinje hücre dendritleri üzerinde GABAerjik sinapslar oluşturur. ⓘ
Purkinje katmanı
Purkinje hücreleri beyindeki en ayırt edici nöronlar arasındadır ve tanınan en eski türlerden biridir - ilk olarak 1837'de Çek anatomist Jan Evangelista Purkyně tarafından tanımlanmıştır. Dendritik ağaçlarının şekli ile ayırt edilirler: Dendritler çok fazla dallanır, ancak serebellar kıvrımlara dik bir düzlemde ciddi şekilde düzleşir. Böylece, bir Purkinje hücresinin dendritleri, içinden paralel liflerin dik açılarla geçtiği yoğun bir düzlemsel ağ oluşturur. Dendritler, her biri paralel bir liften sinaptik girdi alan dendritik dikenlerle kaplıdır. Purkinje hücreleri beyindeki diğer tüm hücre türlerinden daha fazla sinaptik girdi alır; tek bir insan Purkinje hücresindeki diken sayısının 200.000'e kadar çıktığı tahmin edilmektedir. Purkinje hücrelerinin büyük, küresel hücre gövdeleri, Purkinje tabakası adı verilen serebellar korteksin dar bir tabakasına (bir hücre kalınlığında) paketlenmiştir. Korteksin yakın kısımlarını etkileyen kollateraller yaydıktan sonra, aksonları derin serebellar çekirdeklere gider ve burada her biri küçük bir alan içinde çeşitli nükleer hücre tipleriyle 1.000 temas kurar. Purkinje hücreleri nörotransmitter olarak GABA kullanır ve bu nedenle hedefleri üzerinde inhibitör etkiler uygular. ⓘ
Purkinje hücreleri serebellar devrenin kalbini oluşturur ve büyük boyutları ve ayırt edici aktivite modelleri, hücre dışı kayıt teknikleri kullanarak davranan hayvanlarda yanıt modellerini incelemeyi nispeten kolaylaştırmıştır. Purkinje hücreleri normalde sinaptik girdinin yokluğunda bile yüksek hızda aksiyon potansiyelleri yayar. Uyanık, davranan hayvanlarda ortalama 40 Hz civarında hızlar tipiktir. Spike trenleri basit ve karmaşık spike olarak adlandırılanların bir karışımını gösterir. Basit diken, yaklaşık 10 ms'lik bir refrakter periyodun izlediği tek bir aksiyon potansiyelidir; karmaşık diken ise çok kısa dikenler arası aralıklara ve azalan genliklere sahip kalıplaşmış bir aksiyon potansiyeli dizisidir. Fizyolojik çalışmalar, karmaşık dikenlerin (1 Hz civarında başlangıç hızlarında meydana gelen ve asla 10 Hz'den çok daha yüksek hızlarda olmayan) tırmanan lif aktivasyonu ile güvenilir bir şekilde ilişkili olduğunu, basit dikenlerin ise başlangıç aktivitesi ve paralel lif girdisinin bir kombinasyonu tarafından üretildiğini göstermiştir. Karmaşık sivri uçları genellikle basit sivri uç aktivitesinin bastırıldığı birkaç yüz milisaniyelik bir duraklama izler. ⓘ
Purkinje nöronlarının spesifik, tanınabilir bir özelliği calbindin ekspresyonudur. Tek taraflı kronik siyatik sinir hasarından sonra sıçan beyninin kalbindin ile boyanması, Purkinje nöronlarının yetişkin beyninde yeni üretilebileceğini ve yeni serebellar lobüllerin organizasyonunu başlatabileceğini düşündürmektedir. ⓘ
Granüler katman
Serebellar granül hücreleri, Purkinje hücrelerinin aksine, beyindeki en küçük nöronlar arasındadır. Aynı zamanda beyindeki en çok sayıdaki nöronlardır: İnsanlarda toplam sayılarının ortalama 50 milyar civarında olduğu tahmin edilmektedir, bu da beyindeki nöronların yaklaşık 3/4'ünün serebellar granül hücreleri olduğu anlamına gelmektedir. Hücre gövdeleri serebellar korteksin alt kısmında kalın bir tabaka halinde paketlenmiştir. Bir granül hücresi sadece dört ila beş dendrit yayar ve bunların her biri dendritik pençe adı verilen bir genişlemeyle sonlanır. Bu genişlemeler, yosunlu liflerden gelen uyarıcı girdilerin ve Golgi hücrelerinden gelen inhibitör girdilerin bulunduğu yerlerdir. ⓘ
Granül hücrelerinin ince, miyelinsiz aksonları dikey olarak korteksin üst (moleküler) katmanına yükselir ve burada ikiye ayrılarak her bir dal paralel bir lif oluşturmak üzere yatay olarak ilerler; dikey dalın iki yatay dala ayrılması belirgin bir "T" şekline yol açar. Bir insan paralel lifi, toplam uzunluğu yaklaşık 6 mm (kortikal katmanın toplam genişliğinin yaklaşık 1/10'u) olmak üzere, bölünmeden itibaren her yönde ortalama 3 mm boyunca uzanır. Paralel lifler ilerlerken Purkinje hücrelerinin dendritik ağaçlarından geçer ve geçtikleri her 3-5 hücreden biriyle temas ederek Purkinje hücre dendritik dikenleriyle toplam 80-100 sinaptik bağlantı kurar. Granül hücreleri nörotransmitter olarak glutamat kullanır ve bu nedenle hedefleri üzerinde uyarıcı etkiler gösterir. ⓘ
Granül hücreleri tüm girdilerini yosunlu liflerden alır, ancak sayıları 200'e 1'dir (insanlarda). Dolayısıyla, granül hücre popülasyonu aktivite durumundaki bilgi yosunsu liflerdeki bilgiyle aynıdır, ancak çok daha geniş bir şekilde yeniden kodlanmıştır. Granül hücreleri çok küçük ve çok yoğun bir şekilde paketlenmiş olduğundan, davranan hayvanlarda sivri uç aktivitelerini kaydetmek zordur, bu nedenle teorileştirme için temel olarak kullanılacak çok az veri vardır. İşlevlerine dair en popüler kavram 1969 yılında David Marr tarafından ortaya atılmış ve yosunlu lif girdilerinin kombinasyonlarını kodlayabildiklerini öne sürmüştür. Fikir, her bir granül hücresinin yalnızca 4-5 yosunsu liften girdi almasıyla, bir granül hücresinin girdilerinden yalnızca biri aktifse yanıt vermeyeceği, ancak birden fazlası aktifse yanıt vereceğidir. Bu kombinatoryal kodlama şeması potansiyel olarak beyinciğin girdi modelleri arasında yosunsu liflerin tek başına izin verdiğinden çok daha ince ayrımlar yapmasına olanak tanıyacaktır. ⓘ
Yosunlu lifler
Yosunsu lifler granüler tabakaya, çoğu pontin çekirdeklerden, diğerleri omurilikten, vestibüler çekirdeklerden vb. kaynaklanan çıkış noktalarından girer. İnsan beyinciğinde toplam yosunsu lif sayısının 200 milyon olduğu tahmin edilmektedir. Bu lifler granül hücreleri ve derin serebellar çekirdeklerin hücreleri ile uyarıcı sinapslar oluşturur. Granüler tabaka içinde, bir yosunsu lif rozet adı verilen bir dizi genişleme oluşturur. Yosunsu lifler ve granül hücre dendritleri arasındaki temaslar glomerül adı verilen yapılar içinde gerçekleşir. Her glomerülün merkezinde bir yosunlu lif rozeti ve bununla temas eden 20 kadar granül hücre dendritik pençesi vardır. Golgi hücrelerinden gelen terminaller yapıya sızar ve granül hücre dendritleri üzerinde inhibitör sinapslar yapar. Tüm topluluk glial hücrelerden oluşan bir kılıfla çevrilidir. Her bir yosunlu lif birkaç serebellar folyaya kollateral dallar göndererek toplam 20-30 rozet oluşturur; böylece tek bir yosunlu lif tahmini 400-600 granül hücresi ile temas eder. ⓘ
Tırmanan lifler
Purkinje hücreleri ayrıca tırmanan lifler aracılığıyla beyin sapının kontralateral tarafındaki inferior olivary çekirdekten de girdi alır. İnferior zeytin medulla oblongata'da yer almasına ve omurilik, beyin sapı ve serebral korteksten girdi almasına rağmen, çıkışı tamamen beyinciğe gider. Tırmanan bir lif, serebellar kortekse girmeden önce derin serebellar çekirdeklere kollateraller verir ve burada her biri tek bir Purkinje hücresine girdi veren yaklaşık 10 terminal dala ayrılır. Paralel liflerden gelen 100.000'den fazla girdinin çarpıcı aksine, her Purkinje hücresi tam olarak bir tırmanan liften girdi alır; ancak bu tek lif Purkinje hücresinin dendritlerine "tırmanır", etraflarında dolanır ve ilerlerken toplam 300 sinaps yapar. Net girdi o kadar güçlüdür ki, tırmanan bir liften gelen tek bir aksiyon potansiyeli Purkinje hücresinde genişletilmiş bir kompleks diken üretebilir: azalan genlikle arka arkaya birkaç diken patlaması ve ardından aktivitenin bastırıldığı bir duraklama. Tırmanan lif sinapsları hücre gövdesini ve proksimal dendritleri kapsar; bu bölge paralel lif girdilerinden yoksundur. ⓘ
Tırmanan lifler düşük hızlarda ateşlenir, ancak tek bir tırmanan lif aksiyon potansiyeli hedef Purkinje hücresinde birkaç aksiyon potansiyeli patlamasına neden olur (karmaşık bir diken). Purkinje hücrelerine paralel lif ve tırmanan lif girdileri arasındaki zıtlık (bir türden 100.000'den fazla ve diğer türden tam olarak bir tane) belki de serebellar anatominin en kışkırtıcı özelliğidir ve teorileştirmenin çoğunu motive etmiştir. Aslında, tırmanan liflerin işlevi beyincikle ilgili en tartışmalı konudur. İki düşünce ekolü vardır; biri Marr ve Albus'u takip ederek tırmanan lif girdisinin öncelikle bir öğretim sinyali olarak hizmet ettiğini, diğeri ise işlevinin doğrudan serebellar çıktıyı şekillendirmek olduğunu savunur. Her iki görüş de çok sayıda yayında uzun uzadıya savunulmuştur. Bir derlemenin sözleriyle, "Tırmanan liflerin işlevine ilişkin çeşitli hipotezleri sentezlemeye çalışırken, insan Escher'in bir çizimine bakıyormuş hissine kapılıyor. Her bir bakış açısı belirli bir bulgu topluluğunu açıklıyor gibi görünmektedir, ancak farklı görüşleri bir araya getirmeye çalışıldığında, tırmanma liflerinin ne yaptığına dair tutarlı bir resim ortaya çıkmamaktadır. Araştırmacıların çoğunluğuna göre, tırmanan lifler motor performanstaki hataları ya deşarj frekansı modülasyonu gibi olağan bir şekilde ya da 'beklenmedik bir olayın' tek bir duyurusu olarak işaret etmektedir. Diğer araştırmacılar içinse mesaj, tırmanan lifler popülasyonu arasındaki topluluk senkronizasyonu ve ritmikliğin derecesinde yatmaktadır." ⓘ
Derin çekirdekler
Serebellumun derin çekirdekleri, serebellumun çekirdeğindeki beyaz madde içinde yer alan gri madde kümeleridir. Yakındaki vestibüler çekirdekler haricinde, beyincikten gelen tek çıktı kaynaklarıdır. Bu çekirdekler yosunlu liflerden ve tırmanan liflerden kollateral projeksiyonlar ve serebellar korteksin Purkinje hücrelerinden inhibitör girdi alır. Dört çekirdeğin (dentat, globoz, emboliform ve fastigial) her biri beynin ve serebellar korteksin farklı bölümleriyle iletişim halindedir. (Globoz ve emboliform çekirdekler interpoze çekirdekte birleşik olarak da adlandırılır). Fastigial ve interposed çekirdekler spinocerebellum'a aittir. Memelilerde diğerlerinden çok daha büyük olan dentat çekirdek, ince, kıvrımlı bir gri madde tabakası olarak oluşur ve yalnızca serebellar korteksin yan kısımlarıyla iletişim kurar. Flokülonodüler lobun flokülüsü, serebellar korteksin derin çekirdeğe projeksiyon yapmayan tek kısmıdır - bunun yerine çıkışı vestibüler çekirdeklere gider. ⓘ
Derin çekirdeklerdeki nöronların çoğu büyük hücre gövdelerine ve yaklaşık 400 μm yarıçaplı küresel dendritik ağaçlara sahiptir ve nörotransmitter olarak glutamat kullanırlar. Bu hücreler serebellum dışındaki çeşitli hedeflere projekte olurlar. Bunların arasına karışmış, nörotransmitter olarak GABA kullanan ve yalnızca tırmanma liflerinin kaynağı olan inferior olivary çekirdeğe projeksiyon yapan daha az sayıda küçük hücre vardır. Böylece, nükleo-olivary projeksiyon, tırmanan liflerin çekirdeklere olan uyarıcı projeksiyonuyla eşleşmek için inhibitör bir geri bildirim sağlar. Her küçük çekirdek hücresi kümesinin, kendisine tırmanan lifler gönderen aynı olivary hücre kümesine projeksiyon yaptığına dair kanıtlar vardır; her iki yönde de güçlü ve eşleşen topografi vardır. ⓘ
Bir Purkinje hücresi aksonu derin çekirdeklerden birine girdiğinde, hem büyük hem de küçük nükleer hücrelerle temas kurmak için dallanır, ancak temas edilen toplam hücre sayısı sadece yaklaşık 35'tir (kedilerde). Tersine, tek bir derin nükleer hücre yaklaşık 860 Purkinje hücresinden girdi alır (yine kedilerde). ⓘ
Bölmeler
Kaba anatomi açısından bakıldığında, serebellar korteks homojen bir doku tabakası gibi görünür ve mikroanatomi açısından bakıldığında, bu tabakanın tüm bölümleri aynı iç yapıya sahipmiş gibi görünür. Bununla birlikte, beyincik yapısının bölümlere ayrıldığı bir dizi husus vardır. Genellikle bölge olarak bilinen büyük bölmeler vardır; bunlar mikro bölgeler olarak bilinen daha küçük bölmelere ayrılabilir. ⓘ
Bölmeli yapının ilk belirtileri, serebellar korteksin çeşitli bölümlerindeki hücrelerin alıcı alanları üzerine yapılan çalışmalardan gelmiştir. Her vücut parçası serebellumdaki belirli noktalarla eşleşir, ancak temel haritanın çok sayıda tekrarı vardır ve bu da "kırık somatotopi" olarak adlandırılan bir düzenleme oluşturur. Bölümlendirmenin daha net bir göstergesi, beyinciğin belirli protein türleri için immün boyanmasıyla elde edilir. Bu belirteçlerin en iyi bilinenleri "zebrinler" olarak adlandırılır, çünkü bunlar için boyama, bir zebra üzerindeki çizgileri anımsatan karmaşık bir desene yol açar. Zebrinler ve diğer bölümlendirme belirteçleri tarafından oluşturulan çizgiler, serebellar kıvrımlara dik olarak yönlendirilir; yani, mediolateral yönde dardır, ancak uzunlamasına yönde çok daha uzundur. Farklı belirteçler farklı şerit setleri oluşturur, genişlikleri ve uzunlukları konumun bir fonksiyonu olarak değişir, ancak hepsi aynı genel şekle sahiptir. ⓘ
1970'lerin sonlarında Oscarsson, bu kortikal bölgelerin mikro bölgeler adı verilen daha küçük birimlere ayrılabileceğini öne sürmüştür. Bir mikro bölge, hepsi aynı somatotopik alıcı alana sahip bir grup Purkinje hücresi olarak tanımlanır. Mikro bölgelerin her birinin kortikal kıvrımlara dik olarak yönlendirilmiş uzun, dar bir şerit halinde düzenlenmiş 1000 Purkinje hücresi içerdiği bulunmuştur. Böylece, yandaki diyagramda gösterildiği gibi, Purkinje hücre dendritleri mikrozonlar uzadıkça aynı yönde düzleşirken, paralel lifler onları dik açılarla keser. ⓘ
Mikrozon yapısını tanımlayan sadece alıcı alanlar değildir: İnferior olivary çekirdekten gelen tırmanıcı lif girdisi de aynı derecede önemlidir. Bir tırmanan lifin dalları (genellikle sayıları yaklaşık 10'dur) genellikle aynı mikro bölgeye ait Purkinje hücrelerini aktive eder. Dahası, aynı mikro bölgeye tırmanan lifler gönderen olivary nöronlar, aktivitelerini senkronize eden ve bir mikro bölgedeki Purkinje hücrelerinin milisaniyelik bir zaman ölçeğinde ilişkili karmaşık başak aktivitesi göstermesine neden olan boşluk bağlantıları ile bağlanma eğilimindedir. Ayrıca, bir mikro bölgeye ait Purkinje hücrelerinin hepsi aksonlarını derin serebellar çekirdeklerdeki aynı küçük çıkış hücresi kümesine gönderir. Son olarak, sepet hücrelerinin aksonları uzunlamasına yönde mediolateral yönden çok daha uzundur ve bu da büyük ölçüde tek bir mikro bölgeye hapsolmalarına neden olur. Tüm bu yapının sonucu, bir mikro bölge içindeki hücresel etkileşimlerin farklı mikro bölgeler arasındaki etkileşimlerden çok daha güçlü olmasıdır. ⓘ
2005 yılında Richard Apps ve Martin Garwicz, mikro bölgelerin kendilerinin multizonal mikrokompleks adını verdikleri daha büyük bir varlığın parçasını oluşturduğuna dair kanıtları özetlemiştir. Böyle bir mikrokompleks, hepsi aynı derin serebellar nöron grubuna projekte olan, uzamsal olarak ayrılmış birkaç kortikal mikrobölgeyi ve ayrıca dahil edilen mikrobölgelerin tümüne ve derin nükleer alana projekte olan bir grup birleşik olivary nöronu içerir. ⓘ
Kan Akımı
Serebellum üç çift ana arterden kan alır: süperior serebellar arter (SCA), anterior inferior serebellar arter (AICA) ve posterior inferior serebellar arter (PICA). SCA serebellumun üst bölgesini besler. Üst yüzeyde ayrılır ve dallarının anterior ve posterior inferior serebellar arterler ile anastomoz yaptığı pia mater içine dallanır. AICA, serebellumun alt yüzeyinin ön kısmını besler. PICA alt yüzeye ulaşır ve burada bir medial dal ve bir lateral dala ayrılır. Medial dal geriye doğru serebellumun iki hemisferinin arasındaki serebellar çentiğe kadar devam eder; lateral dal ise serebellumun alt yüzeyini, AICA ve SCA ile anastomoz yaptığı lateral sınırına kadar besler. ⓘ
Fonksiyon
Beyinciğin işlevine dair en güçlü ipuçları, beyincikte meydana gelen hasarın sonuçlarının incelenmesinden elde edilmiştir. Serebellar disfonksiyonu olan hayvanlar ve insanlar, her şeyden önce, serebellumun hasarlı kısmı ile vücudun aynı tarafında motor kontrol ile ilgili sorunlar göstermektedir. Motor aktivite üretmeye devam ederler ancak hassasiyeti kaybederek düzensiz, koordinasyonsuz veya yanlış zamanlanmış hareketler üretirler. Serebellar fonksiyonun standart bir testi, kol uzunluğundaki bir hedefe parmağın ucuyla uzanmaktır: Sağlıklı bir kişi parmak ucunu hızlı ve düz bir yörüngede hareket ettirirken, serebellar hasarı olan bir kişi yavaş ve düzensiz bir şekilde uzanır ve birçok orta rota düzeltmesi yapar. Motor dışı işlevlerdeki eksikliklerin tespit edilmesi daha zordur. Bu nedenle, onlarca yıl önce varılan genel sonuç, beyinciğin temel işlevinin hareketleri başlatmak ya da hangi hareketlerin yapılacağına karar vermek değil, bir hareketin ayrıntılı biçimini kalibre etmek olduğudur. ⓘ
1990'lardan önce beyinciğin işlevinin neredeyse evrensel olarak tamamen motorla ilgili olduğuna inanılıyordu, ancak yeni bulgular bu görüşü sorgulanır hale getirdi. Fonksiyonel görüntüleme çalışmaları dil, dikkat ve zihinsel imgeleme ile ilişkili olarak serebellar aktivasyon göstermiştir; korelasyon çalışmaları serebellum ve serebral korteksin motor olmayan alanları arasındaki etkileşimleri göstermiştir; ve serebellumla sınırlı görünen hasarı olan kişilerde çeşitli motor olmayan semptomlar tanınmıştır. Özellikle, serebellar bilişsel duygusal sendrom veya Schmahmann sendromu yetişkinlerde ve çocuklarda tanımlanmıştır. Fonksiyonel MRI kullanılarak beyinciğin fonksiyonel haritasının çıkarılmasına dayanan tahminler, beyincik korteksinin yarısından fazlasının serebral korteksin birleşme bölgeleriyle bağlantılı olduğunu göstermektedir. ⓘ
Kenji Doya, beyinciğin işlevinin en iyi, etkilediği davranışlar açısından değil, gerçekleştirdiği sinirsel hesaplamalar açısından anlaşılabileceğini savunmuştur; beyincik, hepsi aynı geometrik olarak düzenli iç yapıya sahip olan ve bu nedenle hepsinin aynı hesaplamayı gerçekleştirdiği varsayılan çok sayıda az ya da çok bağımsız modülden oluşur. Eğer bir modülün giriş ve çıkış bağlantıları motor alanlarla ise (birçoğunda olduğu gibi), o zaman modül motor davranışla ilgili olacaktır; ancak bağlantılar motor olmayan bilişle ilgili alanlarla ise, modül başka tür davranışsal korelasyonlar gösterecektir. Dolayısıyla beyincik, sevgi, duygu ve davranış gibi birçok farklı işlevsel özelliğin düzenlenmesinde rol oynar. Doya'ya göre beyincik, pekiştirmeli öğrenme gerçekleştiren bazal gangliyonlar ve denetimsiz öğrenme gerçekleştiren serebral korteksin aksine, çevrenin "iç modellerine" dayalı öngörücü eylem seçimi veya denetimli öğrenme için bir cihaz olarak en iyi şekilde anlaşılabilir. Otuz yıllık beyin araştırmaları, beyinciğin optimize edilmiş zihinsel modeller ürettiği ve güncellenmiş iç modellerin çalışma belleğinde yaratıcı sezgi ("a ha") olarak deneyimlendiği serebral korteks ile yakın etkileşim içinde olduğu önerisine yol açmıştır. ⓘ
Prensipler
Serebellar anatominin karşılaştırmalı basitliği ve düzenliliği, John C. Eccles, Masao Ito ve János Szentágothai tarafından yazılan ve serebellar elektrofizyoloji üzerine yazılan ilk kitaplardan biri olan The Cerebellum as a Neuronal Machine'de ifade edildiği gibi, benzer bir hesaplama işlevi basitliği anlamına gelebileceğine dair erken bir umuda yol açmıştır. Serebellar fonksiyonun tam olarak anlaşılması zor olsa da, en az dört ilkenin önemli olduğu tespit edilmiştir: (1) ileri beslemeli işleme, (2) ıraksama ve yakınsama, (3) modülerlik ve (4) plastisite. ⓘ
- İleriye dönük işleme: Beyincik, beynin diğer bölümlerinden (özellikle serebral korteks) farklıdır çünkü sinyal işleme neredeyse tamamen ileri beslemelidir; yani sinyaller, çok az tekrarlayan iç iletimle sistem boyunca girdiden çıktıya doğru tek yönlü olarak hareket eder. Var olan az miktardaki tekrarlama karşılıklı inhibisyondan oluşur; karşılıklı uyarıcı devreler yoktur. Bu ileri beslemeli çalışma şekli, serebral korteksin aksine serebellumun kendi kendine devam eden sinirsel faaliyet modelleri oluşturamayacağı anlamına gelir. Sinyaller devreye girer, her aşama tarafından sırayla işlenir ve sonra çıkar. Eccles, Ito ve Szentágothai'nin yazdığı gibi, "Nöronal uyarımın yankılayıcı zincirlerinin tasarımındaki bu eleme, şüphesiz beyinciğin bir bilgisayar olarak performansında büyük bir avantajdır, çünkü sinir sisteminin geri kalanının beyincikten istediği şey muhtemelen beyincikteki karmaşık yankılayıcı devrelerin çalışmasını ifade eden bir çıktı değil, daha ziyade herhangi bir bilgi kümesinin girişine hızlı ve net bir yanıttır."
- Ayrışma ve yakınlaşma: İnsan beyinciğinde, 200 milyon yosunlu lif girdisinden gelen bilgi 40 milyar granül hücresine yayılır ve bunların paralel lif çıktıları daha sonra 15 milyon Purkinje hücresinde birleşir. Uzunlamasına dizilme şekilleri nedeniyle, bir mikro bölgeye ait 1000 kadar Purkinje hücresi 100 milyon kadar paralel liften girdi alabilir ve kendi çıktılarını 50'den az derin nükleer hücreden oluşan bir gruba odaklayabilir. Böylece, serebellar ağ mütevazı sayıda girdi alır, bunları titizlikle yapılandırılmış iç ağı aracılığıyla çok kapsamlı bir şekilde işler ve sonuçları çok sınırlı sayıda çıkış hücresi aracılığıyla gönderir.
- Modülerlik: Serebellar sistem işlevsel olarak az ya da çok bağımsız modüllere ayrılmıştır ve bu modüllerin sayısı muhtemelen yüzlerce ila binlerce arasındadır. Tüm modüller benzer bir iç yapıya, ancak farklı giriş ve çıkışlara sahiptir. Bir modül (Apps ve Garwicz'in terminolojisinde multizonal bir mikro bölme) inferior olivary çekirdekteki küçük bir nöron kümesinden, serebellar korteksteki Purkinje hücrelerinin uzun dar şeritlerinden (mikro bölgeler) ve derin serebellar çekirdeklerden birindeki küçük bir nöron kümesinden oluşur. Farklı modüller yosunlu liflerden ve paralel liflerden gelen girdileri paylaşır, ancak diğer açılardan bağımsız olarak işlev görüyor gibi görünürler - bir modülün çıktısı diğer modüllerin aktivitesini önemli ölçüde etkilemiyor gibi görünür.
- Plastisite: Paralel lifler ve Purkinje hücreleri arasındaki sinapslar ve yosunlu lifler ve derin nükleer hücreler arasındaki sinapsların her ikisi de güçlerinin değiştirilmesine duyarlıdır. Tek bir serebellar modülde, bir milyar kadar paralel liften gelen girdi, 50'den az derin nükleer hücreden oluşan bir grup üzerinde birleşir ve her bir paralel lifin bu nükleer hücreler üzerindeki etkisi ayarlanabilir. Bu düzenleme, serebellar girdiler ve çıktılar arasındaki ilişkinin ince ayarını yapmak için muazzam bir esneklik sağlar. ⓘ
Öğrenme
Beyinciğin bazı motor öğrenme türlerinde önemli bir rol oynadığına dair önemli kanıtlar vardır. Beyinciğin en açık şekilde devreye girdiği görevler, bir eylemin gerçekleştirilme biçiminde ince ayarlamalar yapmanın gerekli olduğu görevlerdir. Bununla birlikte, öğrenmenin beyinciğin kendi içinde mi gerçekleştiği yoksa sadece diğer beyin yapılarında öğrenmeyi teşvik eden sinyaller sağlamaya mı hizmet ettiği konusunda çok fazla tartışma olmuştur. Öğrenmeyi beyincik devresine atayan teorilerin çoğu, tırmanan liflerin paralel lif-Purkinje hücre sinapslarında sinaptik modifikasyona neden olan bir öğretim sinyali sağladığını öne süren David Marr ve James Albus'un fikirlerinden türetilmiştir. Marr, tırmanan lif girdisinin senkronize olarak aktive olan paralel lif girdilerinin güçlenmesine neden olacağını varsaymıştır. Bununla birlikte, sonraki serebellar öğrenme modellerinin çoğu, tırmanan lif aktivitesinin bir hata sinyali olacağını ve eşzamanlı olarak aktive olan paralel lif girdilerinin zayıflamasına neden olacağını varsayarak Albus'u takip etmiştir. Fujita'nın Adaptif Filtre modeli gibi bu sonraki modellerden bazıları, serebellar fonksiyonu optimal kontrol teorisi açısından anlamaya çalışmıştır. ⓘ
Tırmanan lif aktivitesinin bir hata sinyali olarak işlev gördüğü fikri birçok deneysel çalışmada incelenmiş, bazıları bunu desteklerken diğerleri şüphe uyandırmıştır. Gilbert ve Thach tarafından 1977'de yapılan öncü bir çalışmada, bir uzanma görevini öğrenen maymunlardan alınan Purkinje hücreleri, performansın zayıf olduğu dönemlerde, hücrenin tırmanan lif girdisinin aktivitesini güvenilir bir şekilde gösterdiği bilinen artan karmaşık diken aktivitesi göstermiştir. Kedilerde motor öğrenme üzerine yapılan birkaç çalışmada, amaçlanan bir hareket ile gerçekte yapılan hareket arasında bir uyumsuzluk olduğunda karmaşık diken aktivitesi gözlemlenmiştir. Vestibülo-oküler refleks (baş döndüğünde retinadaki görsel görüntüyü stabilize eden) çalışmaları, tırmanan lif aktivitesinin çok açık bir şekilde olmasa da "retinal kaymayı" gösterdiğini bulmuştur. ⓘ
En kapsamlı şekilde çalışılan serebellar öğrenme görevlerinden biri, bir ton veya ışık gibi nötr bir koşullu uyarıcının (CS), göz kırpma tepkisini ortaya çıkaran bir hava pufu gibi koşulsuz bir uyarıcıyla (US) tekrar tekrar eşleştirildiği göz kırpma koşullandırma paradigmasıdır. CS ve US'nin bu şekilde tekrarlanan sunumlarından sonra, CS sonunda US'den önce bir göz kırpma, koşullu bir yanıt veya CR ortaya çıkaracaktır. Deneyler, ya interpoze çekirdeğin (derin serebellar çekirdeklerden biri) belirli bir kısmına ya da serebellar korteksteki birkaç belirli noktaya lokalize edilen lezyonların, koşullu olarak zamanlanmış bir göz kırpma tepkisinin öğrenilmesini ortadan kaldıracağını göstermiştir. Serebellar çıktılar farmakolojik olarak etkisiz hale getirilirken girdiler ve hücre içi devreler sağlam bırakılırsa, hayvan herhangi bir tepki göstermese bile öğrenme gerçekleşir, oysa intraserebellar devreler bozulursa öğrenme gerçekleşmez - bu gerçekler birlikte ele alındığında, öğrenmenin gerçekten de serebellum içinde gerçekleştiğine dair güçlü bir durum ortaya çıkar. ⓘ
Teoriler ve hesaplama modelleri
Beyinciğin anatomik yapısı ve davranışsal işlevleri hakkındaki geniş bilgi tabanı, onu teorileştirme için verimli bir zemin haline getirmiştir - beyinciğin işlevine dair belki de beynin diğer bölümlerinden daha fazla teori vardır. Bunlar arasındaki en temel ayrım "öğrenme teorileri" ve "performans teorileri" arasındadır - yani, öğrenmedeki rolünü açıklamak için beyincik içindeki sinaptik plastisiteyi kullanan teorilere karşı, beyincik sinyal işleme temelinde devam eden davranışın yönlerini açıklayan teoriler. Her iki türden de çeşitli teoriler matematiksel modeller olarak formüle edilmiş ve bilgisayarlar kullanılarak simüle edilmiştir. ⓘ
Belki de en eski "performans" teorisi Valentino Braitenberg'in "gecikme çizgisi" hipoteziydi. Braitenberg ve Roger Atwood tarafından 1958 yılında ortaya atılan orijinal teori, sinyallerin paralel lifler boyunca yavaş yayılmasının, beyinciğin belirli bir pencere içindeki zaman ilişkilerini algılamasına izin veren öngörülebilir gecikmeler getirdiğini öne sürmüştür. Deneysel veriler teorinin orijinal halini desteklemedi, ancak Braitenberg değiştirilmiş versiyonları savunmaya devam etti. Beyinciğin esasen bir zamanlama sistemi olarak işlev gördüğü hipotezi Richard Ivry tarafından da savunulmuştur. Bir başka etkili "performans" teorisi de Pellionisz ve Llinás'ın Tensör ağı teorisidir ve beyincik tarafından gerçekleştirilen temel hesaplamanın duyusal koordinatları motor koordinatlara dönüştürmek olduğu fikrinin gelişmiş bir matematiksel formülasyonunu sağlamıştır. ⓘ
"Öğrenme" kategorisindeki teorilerin neredeyse tamamı Marr ve Albus'un yayınlarından türemiştir. Marr'ın 1969 tarihli makalesi, beyinciğin tırmanma lifleri tarafından kodlanan temel hareketleri, duyusal bağlamı kodlayan yosunlu lif girdileriyle ilişkilendirmeyi öğrenen bir cihaz olduğunu öne sürmüştür. Albus 1971'de serebellar Purkinje hücresinin bir perceptron, yani sinirsel olarak esinlenilmiş bir soyut öğrenme cihazı olarak işlev gördüğünü öne sürmüştür. Marr ve Albus teorileri arasındaki en temel fark, Marr'ın tırmanan lif aktivitesinin paralel lif sinapslarının güçlenmesine neden olacağını varsayarken, Albus'un bunların zayıflayacağını öne sürmesidir. Albus ayrıca kendi versiyonunu CMAC (Serebellar Model Artikülasyon Kontrolörü) adını verdiği ve bir dizi uygulamada test edilen bir yazılım algoritması olarak formüle etmiştir. ⓘ
Klinik önemi
Beyincik hasarı genellikle motorla ilgili semptomlara neden olur; bu semptomların ayrıntıları beyinciğin hangi kısmının ve nasıl hasar gördüğüne bağlıdır. Flokülonodüler lobun hasar görmesi denge kaybı ve özellikle de dengeleme güçlüğünden kaynaklanan geniş bir duruşla birlikte değişmiş, düzensiz bir yürüyüş şeklinde ortaya çıkabilir. Lateral bölgedeki hasar tipik olarak hareketlerin kuvvetinde, yönünde, hızında ve genliğinde hatalara neden olabilen yetenekli istemli ve planlı hareketlerde sorunlara neden olur. Diğer belirtiler arasında hipotoni (kas tonusunun azalması), dizartri (konuşma artikülasyonunda sorunlar), dismetri (mesafeleri veya hareket aralıklarını değerlendirmede sorunlar), disdiadokokinezi (yürüme gibi hızlı değişken hareketler yapamama), bozulmuş kontrol refleksi veya rebound fenomeni ve niyet tremoru (karşıt kas gruplarının alternatif kasılmalarının neden olduğu istemsiz hareket) yer alır. Orta hat kısmındaki hasar tüm vücut hareketlerini bozabilirken, daha lateralde lokalize olan hasarın ellerin veya uzuvların ince hareketlerini bozma olasılığı daha yüksektir. Beyinciğin üst kısmındaki hasar, yürüme bozukluklarına ve bacak koordinasyonuyla ilgili diğer sorunlara neden olma eğilimindedir; alt kısımdaki hasarın, kolların ve ellerin koordinasyonsuz veya zayıf hedefli hareketlerinin yanı sıra hızda zorluklara neden olma olasılığı daha yüksektir. Bu motor semptomlar kompleksi ataksi olarak adlandırılır. ⓘ
Serebellar sorunları belirlemek için nörolojik muayene, yürüyüşün değerlendirilmesini (geniş tabanlı bir yürüyüş ataksinin göstergesidir), parmakla işaret etme testlerini ve duruşun değerlendirilmesini içerir. Serebellar disfonksiyon belirtilirse, var olabilecek yapısal değişikliklerin ayrıntılı bir resmini elde etmek için manyetik rezonans görüntüleme taraması kullanılabilir. ⓘ
İnme, kanama, beynin şişmesi (beyin ödemi), tümörler, alkolizm, ateşli silah yaralanmaları veya patlayıcılar gibi fiziksel travmalar ve olivopontoserebellar atrofi gibi kronik dejeneratif durumlar dahil olmak üzere serebellar hasara yol açabilecek tıbbi sorunların listesi uzundur. Migren baş ağrısının bazı formları da beyincikte değişken şiddette geçici işlev bozukluğuna neden olabilir. Enfeksiyon, prion hastalıkları ve Guillain-Barré sendromunun bir varyantı olan Miller Fisher sendromu gibi durumlarda serebellar hasara neden olabilir. ⓘ
Yaşlanma
İnsan beyinciği yaşla birlikte değişir. Bu değişiklikler beynin diğer bölümlerinden farklı olabilir. Beyincik, epigenetik saat olarak bilinen doku yaşının epigenetik bir biyobelirteçine göre asırlıklarda en genç beyin bölgesidir (ve vücut parçasıdır): asırlık bir insanda beklenenden yaklaşık 15 yaş daha gençtir. Ayrıca, insan beyinciğindeki gen ifade kalıpları, serebral kortekste olduğundan daha az yaşa bağlı değişiklik göstermektedir. Bazı çalışmalarda hücre sayısında veya doku hacminde azalmalar bildirilmiştir, ancak bu soruya ilişkin veri miktarı çok fazla değildir. ⓘ
Gelişimsel ve dejeneratif bozukluklar
Konjenital malformasyon, kalıtsal bozukluklar ve edinsel durumlar serebellar yapıyı ve dolayısıyla serebellar fonksiyonu etkileyebilir. Sebep olan durum geri döndürülebilir olmadıkça, mümkün olan tek tedavi insanların sorunlarıyla birlikte yaşamalarına yardımcı olmaktır. Gebeliğin 18 ila 20. haftalarında ultrason taramasıyla fetal beyinciğin görüntülenmesi, %99'a varan bir duyarlılık oranıyla fetal nöral tüp defektlerini taramak için kullanılabilir. ⓘ
Normal gelişimde, endojen sonik kirpi sinyali, dış granül tabakasında (EGL) serebellar granül nöron progenitörlerinin (CGNP'ler) hızlı çoğalmasını uyarır. Serebellar gelişim geç embriyogenez ve erken postnatal dönemde gerçekleşir ve EGL'deki CGNP proliferasyonu erken gelişim sırasında zirve yapar (farede postnatal 7. gün). CGNP'ler son olarak serebellar granül hücrelerine (serebellar granül nöronları, CGN'ler olarak da adlandırılır) farklılaştıkça, iç granül tabakasına (IGL) göç ederek olgun serebellumu oluştururlar (farede doğum sonrası 20. güne kadar). Sonic hedgehog sinyalini anormal şekilde aktive eden mutasyonlar, Gorlin Sendromlu insanlarda ve genetik olarak tasarlanmış fare modellerinde serebellum kanserine (medulloblastoma) yatkınlık yaratır. ⓘ
Serebellar vermisin konjenital malformasyonu veya az gelişmişliği (hipoplazi) hem Dandy-Walker sendromunun hem de Joubert sendromunun bir özelliğidir. Çok nadir vakalarda beyinciğin tamamı bulunmayabilir. Kalıtsal nörolojik bozukluklar Machado-Joseph hastalığı, ataksi telenjiektazi ve Friedreich ataksisi, serebellar kayıpla bağlantılı ilerleyici nörodejenerasyona neden olur. Beyincik dışındaki konjenital beyin malformasyonları da Arnold-Chiari malformasyonunun bazı formlarında görüldüğü gibi serebellar dokunun herniasyonuna neden olabilir. ⓘ
Serebellar dejenerasyonla yakından bağlantılı diğer durumlar arasında idiyopatik ilerleyici nörolojik bozukluklar olan çoklu sistem atrofisi ve Ramsay Hunt sendromu tip I ve vücudun başka yerlerindeki tümörlerin beyincikte nöron kaybına neden olan bir otoimmün yanıtı ortaya çıkardığı otoimmün bozukluk paraneoplastik serebellar dejenerasyon yer alır. Serebellar atrofi, beriberi ve Wernicke-Korsakoff sendromunda görüldüğü gibi akut B1 vitamini (tiamin) eksikliğinden veya E vitamini eksikliğinden kaynaklanabilir. ⓘ
Serebellar atrofi Huntington hastalığı, multipl skleroz, esansiyel tremor, progresif miyoklonus epilepsi ve Niemann-Pick hastalığı dahil olmak üzere diğer birçok nörolojik bozuklukta gözlenmiştir. Serebellar atrofi, ağır metaller veya farmasötik ya da eğlence amaçlı ilaçlar dahil olmak üzere toksinlere maruz kalmanın bir sonucu olarak da ortaya çıkabilir. ⓘ
Ağrı
Serebellumun ağrı işleme sürecine dahil olduğu konusunda genel bir fikir birliği vardır. Beyincik, pontin çekirdekler ve inferior zeytinler aracılığıyla hem inen kortiko-serebellar yollardan hem de çıkan spino-serebellar yollardan ağrı girdisi alır. Bu bilginin bir kısmı motor sisteme aktarılır ve ağrı yoğunluğuna göre derecelendirilen bilinçli bir motor ağrıdan kaçınmaya neden olur. ⓘ
Bu doğrudan ağrı girdilerinin yanı sıra dolaylı girdilerin, kronik duruş değişikliklerine ve sonuç olarak vestibüler ve proprioseptif çekirdeklerin fonksiyonel ve anatomik olarak yeniden şekillenmesine neden olan uzun süreli ağrıdan kaçınma davranışını tetiklediği düşünülmektedir. Sonuç olarak, kronik nöropatik ağrı, serebellum da dahil olmak üzere arka beynin makroskopik anatomik yeniden şekillenmesine neden olabilir. Bu yeniden şekillenmenin büyüklüğü ve nöron progenitör belirteçlerinin indüksiyonu, yetişkin nörogenezinin bu değişikliklere katkısını göstermektedir. ⓘ
Karşılaştırmalı anatomi ve evrim
Beyincikteki devreler balıklar, sürüngenler, kuşlar ve memeliler de dahil olmak üzere tüm omurgalı sınıflarında benzerdir. Ahtapotlar gibi iyi gelişmiş beyinlere sahip kafadanbacaklılarda da benzer bir beyin yapısı vardır. Bu durum, beyinciğin beyni olan tüm hayvan türleri için önemli işlevleri yerine getirdiğinin kanıtı olarak kabul edilmiştir. ⓘ
Farklı omurgalı türlerinde beyinciğin büyüklüğü ve şekli konusunda önemli farklılıklar vardır. Amfibilerde çok az gelişmiştir ve lampreys ve hagfish'te beyincik beyin sapından zar zor ayırt edilebilir. Bu gruplarda spinocerebellum mevcut olsa da, birincil yapılar vestibulocerebellum'a karşılık gelen küçük, çift çekirdeklerdir. Beyincik sürüngenlerde biraz daha büyük, kuşlarda oldukça büyük ve memelilerde daha da büyüktür. İnsanlarda bulunan büyük çift ve kıvrımlı loblar memeliler için tipiktir, ancak beyincik genel olarak diğer gruplarda tek bir medyan lobdur ve ya pürüzsüz ya da sadece hafif olukludur. Memelilerde neoserebellum beyinciğin kütle olarak en büyük kısmıdır, ancak diğer omurgalılarda tipik olarak spinoserebellumdur. ⓘ
Kıkırdaklı ve kemikli balıkların beyinciği olağanüstü büyük ve karmaşıktır. En az bir önemli açıdan, iç yapısı memeli beyinciğinden farklıdır: Balık beyinciği ayrı derin serebellar çekirdekler içermez. Bunun yerine, Purkinje hücrelerinin birincil hedefleri, memelilerde görülmeyen bir tür olan serebellar korteks boyunca dağılmış farklı bir hücre türüdür. Mormyrid balıklarında (zayıf elektro-duyarlı tatlı su balıkları ailesi) beyincik beynin geri kalanından oldukça büyüktür. En büyük kısmı, alışılmadık derecede düzenli bir mimariye sahip olan ve girdisinin çoğunu elektrosensör sistemden alan valvula adı verilen özel bir yapıdır. ⓘ
Memeli beyinciğinin ayırt edici özelliği, ana etkileşimleri neokorteks ile olan lateral lobların genişlemesidir. Maymunlar büyük maymunlara evrildikçe, yan lobların genişlemesi neokorteksin ön loblarının genişlemesine paralel olarak devam etmiştir. Atasal hominidlerde ve Homo sapiens'te orta Pleistosen döneme kadar beyincik genişlemeye devam etti, ancak ön loblar daha hızlı genişledi. Bununla birlikte, insan evriminin en son dönemi, beyincik genişlerken neokorteks boyutunu bir miktar küçülttüğü için beyinciğin göreceli boyutunda bir artışla ilişkili olabilir. Beynin geri kalanına kıyasla insan beyinciğinin boyutu artarken, serebrumun boyutu azalmıştır Motor görevlerin, görsel-uzamsal becerilerin ve öğrenmenin hem gelişimi hem de uygulanması beyincikte gerçekleştiğinden, beyinciğin büyümesinin daha büyük insan bilişsel yetenekleriyle bir tür korelasyonu olduğu düşünülmektedir. Beyinciğin yan yarım küreleri hem insanlarda hem de maymunlarda maymunlara kıyasla 2,7 kat daha büyüktür. Beyincik boyutundaki bu değişiklikler daha büyük kas kütlesi ile açıklanamaz. Bu bulgular ya beyinciğin gelişiminin beynin geri kalanıyla sıkı sıkıya bağlantılı olduğunu ya da beyincikte gerçekleşen sinirsel faaliyetlerin Hominidae evrimi sırasında önemli olduğunu göstermektedir. Beyinciğin bilişsel işlevlerdeki rolü nedeniyle, boyutundaki artış bilişsel genişlemede rol oynamış olabilir. ⓘ
Beyincik benzeri yapılar
Omurgalı türlerinin çoğunda bir beyincik ve bir veya daha fazla beyincik benzeri yapı, sito-mimari ve nörokimya açısından beyinciğe benzeyen beyin bölgeleri bulunur. Memelilerde bulunan tek beyincik benzeri yapı, doğrudan işitme sinirinden girdi alan iki birincil duyusal çekirdekten biri olan dorsal koklear çekirdektir (DCN). DCN katmanlı bir yapıdır, alt katman beyinciktekilere benzer granül hücreleri içerir ve yüzeysel katmana yükselen ve yatay olarak ilerleyen paralel liflere yol açar. Yüzeysel katman, anatomik ve kimyasal olarak Purkinje hücrelerine benzeyen kağnı hücreleri adı verilen bir dizi GABAerjik nöron içerir - paralel lif girişi alırlar, ancak tırmanan liflere benzeyen herhangi bir girdileri yoktur. DCN'nin çıkış nöronları piramidal hücrelerdir. Glutamaterjiktirler, ancak bazı açılardan Purkinje hücrelerine de benzerler - paralel lif girdisi alan dikenli, düzleşmiş yüzeysel dendritik ağaçlara sahiptirler, ancak aynı zamanda DCN boyunca paralel liflere dik açılı bir yönde ilerleyen işitsel sinir liflerinden girdi alan bazal dendritlere de sahiptirler. DCN en çok kemirgenlerde ve diğer küçük hayvanlarda gelişmiştir ve primatlarda önemli ölçüde azalmıştır. İşlevi tam olarak anlaşılamamıştır; en popüler spekülasyonlar onu bir şekilde uzaysal işitme ile ilişkilendirmektedir. ⓘ
Çoğu balık ve amfibi türü, sudaki basınç dalgalarını algılayan bir yanal çizgi sistemine sahiptir. Yanal çizgi organından birincil girdi alan beyin bölgelerinden biri olan medial oktavolateral çekirdek, granül hücreleri ve paralel lifleri ile beyincik benzeri bir yapıya sahiptir. Elektrosensitif balıklarda, elektrosensör sistemden gelen girdi, yine beyincik benzeri bir yapıya sahip olan dorsal oktavolateral çekirdeğe gider. Işın yüzgeçli balıklarda (açık ara en büyük grup), optik tektum beyincik benzeri bir katmana (marjinal katman) sahiptir. ⓘ
Tüm bu beyincik benzeri yapılar, motorla ilgili olmaktan ziyade öncelikle duyularla ilgili gibi görünmektedir. Hepsinde, değiştirilebilir sinapslarla Purkinje benzeri nöronlara bağlanan paralel liflere yol açan granül hücreleri vardır, ancak hiçbiri beyincikle karşılaştırılabilir tırmanma liflerine sahip değildir - bunun yerine periferik duyu organlarından doğrudan girdi alırlar. Hiçbirinin kanıtlanmış bir işlevi yoktur, ancak en etkili spekülasyon, belki de vücut duruşundaki değişiklikleri telafi etmek için duyusal girdileri sofistike bir şekilde dönüştürmeye hizmet ettikleri yönündedir. Aslında, James M. Bower ve diğerleri, kısmen bu yapılara kısmen de serebellar çalışmalara dayanarak, serebellumun kendisinin temelde duyusal bir yapı olduğunu ve vücudu ortaya çıkan duyusal sinyalleri kontrol edecek şekilde hareket ettirerek motor kontrolüne katkıda bulunduğunu savunmuşlardır. Bower'ın bakış açısına rağmen, beyinciğin memelilerde motor çıktıyı doğrudan etkilediğine dair güçlü kanıtlar da vardır. ⓘ
Tarihçe
Açıklamalar
En eski anatomistler bile beyinciği ayırt edici görünümünden tanıyabilmişlerdir. Aristoteles ve Herophilus (Galen'den aktaran), ἐγκέφαλος (enkephalos) ya da gerçek beynin aksine buna παρεγκεφαλίς (parenkephalis) adını vermişlerdir. Galen'in kapsamlı tanımı günümüze ulaşan en eski tanımdır. Beyinciğin motor sinirlerin kaynağı olduğunu tahmin etmiştir. ⓘ
Daha önemli gelişmeler Rönesans'a kadar gelmedi. Vesalius beyinciği kısaca ele almış ve anatomi 1664 yılında Thomas Willis tarafından daha ayrıntılı bir şekilde tanımlanmıştır. XVIII. yüzyıl boyunca daha fazla anatomik çalışma yapıldı, ancak beyinciğin işlevine dair ilk bilgiler XIX. yüzyılın başlarına kadar elde edilemedi. Luigi Rolando 1809'da beyincik hasarının motor bozukluklara yol açtığına dair temel bulguyu ortaya koymuştur. Jean Pierre Flourens 19. yüzyılın ilk yarısında, beyincik hasarı olan hayvanların hala hareket edebildiğini, ancak koordinasyon kaybı (garip hareketler, garip yürüyüş ve kas güçsüzlüğü) olduğunu ve lezyon çok geniş olmadığı sürece lezyondan sonra iyileşmenin neredeyse tam olabileceğini ortaya koyan ayrıntılı deneysel çalışmalar yürütmüştür. Yirminci yüzyılın başlarında, beyinciğin birincil işlevinin motor kontrol ile ilgili olduğu yaygın olarak kabul edilmiştir; 20. yüzyılın ilk yarısı, insanlarda beyincik hastalığı ile ilişkili klinik semptomların birkaç ayrıntılı tanımını üretmiştir. ⓘ
Etimoloji
Beyincik adı cerebrum'un (beyin) küçültülmüş halidir; kelimenin tam anlamıyla küçük beyin olarak tercüme edilebilir. Latince isim, yapıyı tanımladığı bilinen ilk yazar olan Aristoteles'in eserlerinde kullanılan Antik Yunanca παρεγκεφαλίς (parenkephalis) kelimesinin doğrudan çevirisidir. İngilizce literatürde başka bir isim kullanılmamaktadır, ancak tarihsel olarak cerebrum parvum, encephalion, encranion, cerebrum posterius ve parencephalis dahil olmak üzere çeşitli Yunanca veya Latince türetilmiş isimler kullanılmıştır. ⓘ
Beyinciğin İç Yapısı
Dışta cortex cerebelli içte corpus medullare cerebelli bulunur. Cortex cerebelli içe doğru stratum moleculare, stratum purkinjense ve stratum granulosumdan oluşur. Getiren (afferent) ve götüren (efferent) aksonlar geçer. Ayrıca, nuclei cerebelli adı verilen ve orta hatta çift taraflı yerleşmiş dört nukleus vardır. Beyincik kesitlerinde cortex ve corpus medullare ağaca benzer bir görüntü oluşturur. ⓘ
İşlevler
Beyinciğin işlevleri şunlardır:
- Kol ve bacaklardaki kasların birbiriyle uyumlu çalışması sağlanır.
- Kol ve bacaklardaki kasların çalışma derecesi düzenlenir.
- Aktif hareketin dengeli olması sağlanır. ⓘ