Cervelletto

Cervelletto

Il cervelletto (v. vol. 1°, II, cap. 4: Testa, Encefalo) è un organo impari che fa parte del sistema nervoso centrale ed è deputato al controllo dei movimenti, specialmente per quanto riguarda il coordinamento fine dei movimenti muscolari complessi di natura volontaria e involontaria. Per assolvere questa funzione, il cervelletto riceve numerose afferenze sensoriali, integrate da proiezioni provenienti da specifiche aree della corteccia cerebrale, e raggiunge con le sue vie efferenti i centri motori.

Anatomia

Il cervelletto è una struttura nervosa che fa parte dell'encefalo. È situato nella fossa posteriore della scatola cranica, sotto il lobo occipitale degli emisferi cerebrali e dorsalmente al tronco dell'encefalo. È costituito da un manto superficiale, la corteccia cerebellare, che racchiude un gruppo di nuclei detti cerebellari. La corteccia è formata da una sottile lamina di spessore inferiore a 1 mm, della lunghezza di circa 1 m e della larghezza di 10-15 cm. Contiene circa 100 miliardi di cellule nervose, che rappresentano l'80-85% di tutti i neuroni del sistema nervoso. Esperimenti di lesione cerebellare eseguiti nel 19° secolo sugli animali e osservazioni cliniche di pazienti affetti da lesioni di natura traumatica (ferite da guerra), effettuate all'inizio del 20° secolo, hanno permesso di concludere che il cervelletto è coinvolto nella regolazione dell'attività motoria e non è implicato nell'elaborazione della percezione. Tuttavia, secondo recenti ricerche, esso prende parte a funzioni cognitive. Sulla base di considerazioni filogenetiche, il cervelletto viene suddiviso, in senso anteroposteriore, in tre lobi, a loro volta distinti in lobuli, e questi in folia. La fessura posterolaterale separa il cervelletto in due parti, di cui quella posteriore, detta lobo flocculonodulare, costituisce la parte filogeneticamente più antica ed è anche detta archicerebello (lobulo X di Larsell). Essa è in rapporto principalmente con le vie vestibolari e visive, e si sviluppa relativamente poco nella filogenesi. La parte anteriore costituisce il corpo del cervelletto. Quest'ultimo, a sua volta, è separato dalla fessura primaria in due lobi, anteriore e posteriore. Il lobo anteriore (lobuli I-V di Larsell), che forma la maggior parte del paleocerebello, si sviluppa principalmente in rapporto con il midollo spinale, mentre quello posteriore (lobuli VI-IX di Larsell), che costituisce la parte preponderante del neocerebello, si sviluppa in parallelo con gli emisferi cerebrali.

a) Vie efferenti.

Sulla base del collegamento anatomofunzionale tra corteccia cerebellare e nuclei intracerebellari, il cervelletto si può suddividere in tre zone longitudinali . Una striscia situata vicino alla linea mediana (verme) comprende quella parte della corteccia cerebellare che invia fibre al nucleo del tetto, detto anche nucleo del fastigio. Questa via, collegata anche ai nuclei vestibolari e alla formazione reticolare, raggiunge il midollo spinale. Una zona laterale, che comprende gli emisferi cerebellari, si proietta al nucleo dentato, il quale, tramite il talamo, si collega principalmente alla corteccia motoria. Le fibre di una terza zona, detta parte intermedia, situata tra le due precedenti, arrivano al nucleo interposito, a sua volta composto dal nucleo globoso e dal nucleo emboliforme. Questa via è in rapporto sia con proiezioni spinali sia con il talamo e la corteccia. Occorre ricordare che dalla corteccia del verme e del lobulo flocculonodulare partono anche fibre dirette verso i nuclei vestibolari.

b) Vie afferenti.

Alla corteccia del cervelletto arrivano vie che prendono origine dalla periferia sensitiva, e altre vie che, tramite il tronco dell'encefalo, provengono da centri sopraspinali e, in particolare, dalla corteccia cerebrale. Le principali vie di provenienza spinale raggiungono la corteccia cerebellare sia direttamente (vie spinocerebellari dirette) sia tramite i nuclei reticolari e l'oliva inferiore del tronco dell'encefalo (vie spino-reticolocerebellari e via spinoolivocerebellare). Le vie di provenienza sopraspinale provengono principalmente dalla corteccia cerebrale tramite i nuclei del ponte (via corticopontocerebellare), i nuclei reticolari (via corticoreticolocerebellare) e l'oliva inferiore (via corticoolivocerebellare). Le vie che passano attraverso l'oliva inferiore terminano nella corteccia cerebellare come 'fibre rampicanti', mentre la maggior parte delle altre terminano come 'fibre muscoidi'. Altre vie afferenti terminano in maniera diffusa e liberano serotonina e noradrenalina. Attraverso le vie spinali (o vie omologhe, di provenienza periferica, dei nervi cranici nel tronco dell'encefalo), la corteccia cerebellare riceve informazioni dai recettori di senso, mentre dalla corteccia cerebrale arrivano soprattutto informazioni sulla programmazione della motilità fine.

c) Organizzazione delle connessioni neuronali.

Lo studio dell'organizzazione della corteccia cerebellare è frutto di indagini anatomiche eseguite in gran parte a cavallo del 20° secolo e raffinate dall'uso più recente della microscopia elettronica. A queste indagini si sono affiancate quelle elettrofisiologiche, che hanno permesso di attribuire a ciascun neurone un ruolo eccitatore o inibitore, e di suggerire i meccanismi operativi di base dei principali circuiti. A differenza della corteccia cerebrale, la struttura di quella cerebellare è uniforme in tutta la sua estensione. La cellula di Purkinje  costituisce l'unica via in uscita dalla corteccia. Ai due terzi prossimali del suo albero dendritico si collega l'arborizzazione terminale di una sola fibra rampicante. Il secondo tipo di afferenza è costituito dalle fibre muscoidi, che sono di natura eccitatrice e terminano sui dendriti dei 'granuli'. Gli assoni di queste cellule costituiscono le fibre parallele, che terminano sui segmenti distali dell'albero dendritico della cellula di Purkinje, dando origine a dei normali potenziali di azione (potenziali semplici). Ogni cellula di Purkinje riceve una sola fibra rampicante e circa 200.000 fibre parallele. La marcata estensione dell'arborizzazione della fibra terminale rampicante è responsabile della comparsa di un'enorme eccitazione, che dà sempre luogo all'insorgenza di un breve treno di potenziali di azione (potenziale complesso). Tale potenziale è sempre seguito da una pausa e accompagnato da un aumento della concentrazione di ioni calcio. La fibra rampicante esercita anche un'azione tonica inibitrice, capace di regolare la scarica totale della cellula di Purkinje. Altri tre tipi di cellule costituiscono gli interneuroni della corteccia cerebellare: le cellule di Golgi, le cellule a canestro e le cellule stellate. Le prime inviano i loro assoni ai granuli, e pertanto controllano le informazioni in ingresso portate dalle vie muscoidi; le ultime due, invece, si proiettano alle cellule di Purkinje, e quindi controllano direttamente le informazioni in uscita. Tranne i granuli, che sono eccitatori e usano il glutammato come neurotrasmettitore, tutte le altre cellule sono di natura inibitrice e hanno come neurotrasmettitore l'acido gamma-aminobutirrico (GABA).

Fisiopatologia

Esperimenti eseguiti nel 19° secolo hanno dimostrato che il cervelletto non è necessario per iniziare i movimenti, ma per la loro coordinazione. In seguito a lesione, infatti, si ha un'alterazione del tono posturale (v. equilibrio) e soprattutto viene a mancare la possibilità di eseguire movimenti precisi e coordinati. L'emisfero cerebellare di un lato controlla il movimento dello stesso lato del corpo.Lesioni che interessano il lobo flocculonodulare (archicerebello) portano a disturbi dell'equilibrio, in parte simili a quelli che si osservano dopo lesione dell'apparato vestibolare, tanto è vero che la lesione dell'archicerebello comporta tra l'altro un'insensibilità al 'mal di mare'. Lesioni che interessano il paleocerebello si manifestano con alterazioni della postura, nonché dei riflessi spinali. Infine, un danno al neocerebello, che nell'uomo costituisce la patologia più diffusa in quanto è la parte relativamente più sviluppata, provoca una serie di alterazioni della motilità volontaria, come quella dell'andatura (atassia) e la mancanza di coordinazione dei movimenti (asinergia). Un'analisi più dettagliata rivela altri segni tipici, indicativi della difficoltà di eseguire i movimenti in maniera precisa. Caratteristica è la lentezza nell'iniziare e nel terminare un movimento, o nel cambiarne la direzione. Ne deriva una certa difficoltà a raggiungere un bersaglio in maniera accurata (dismetria), che spesso si manifesta con un movimento troppo ampio (ipermetria), causato dal ritardo con cui il soggetto riesce a porre fine al movimento in corso. Un'altra conseguenza è quella di non riuscire a compiere velocemente movimenti alternati in due direzioni diverse (adiadococinesi). La difficoltà a terminare un movimento volontario porta anche a un tremore durante l'esecuzione del movimento stesso (astasia o tremore intenzionale). Infine, anche la parola diventa scandita. Nel complesso, il paziente cerebellare si comporta entro certi limiti come un individuo sano che compie per la prima volta un movimento complesso (per es., scrivere una parola o eseguire un disegno guardando attraverso uno specchio, oppure allacciarsi le scarpe invertendo il ruolo delle due mani). Soggettivamente, il paziente riferisce che per effettuare ogni movimento volontario necessita di uno sforzo mentale, pertanto deve eseguirne le varie componenti in maniera sequenziale (scomposizione del movimento). Nel caso della parola scandita, egli deve pensare a pronunziare ogni singolo fonema indipendentemente da quello successivo. Questi sintomi di deficit cerebellare assomigliano alle alterazioni osservabili nell'ubriacatura. È noto infatti che l'alcol agisce anche sulla funzione dei circuiti cerebellari. Tali osservazioni portano a concludere che l'attività cerebellare è indispensabile per la corretta esecuzione della maggior parte dei movimenti, i quali sono il frutto di un apprendimento avvenuto nel corso della vita. Inoltre, in assenza del cervelletto non è più possibile l'apprendimento motorio. Il contributo cerebellare al movimento può avvenire secondo tre meccanismi fondamentali.

a) Ricevendo istante per istante informazioni dalla periferia sensitiva, il cervelletto è in grado di modificare l'esecuzione del movimento in atto. In questo circuito, le informazioni che provengono dal midollo spinale controllano lo stesso midollo spinale. Data la lunghezza del circuito, tale controllo può avvenire soltanto per movimenti lenti, come per es. gli aggiustamenti della postura.

b) Il cervelletto, che attraverso le vie che provengono dalla corteccia cerebrale riceve copia dei programmi di movimento inviati direttamente al midollo spinale, è in grado di modificare e rendere più precisi tali movimenti. Questo circuito è più breve e il suo tempo di intervento consente di controllare anche movimenti più veloci, ma non quelli molto rapidi, come per es. lo scrivere a macchina (movimenti balistici).

c) Il cervelletto è parte integrante dei centri della programmazione del movimento. Ricevendo informazioni dall'area supplementare motoria, ritenuta oggi la sede ove l'ideazione del movimento dà l'avvio a programmi motori, li elabora e fornisce il suo contributo alla corteccia motoria primaria tramite il talamo. La corteccia motoria primaria, a sua volta, trasmette ai motoneuroni i comandi necessari per compiere movimenti molto rapidi in maniera fine e precisa. Per quanto riguarda funzioni superiori, come la memorizzazione degli schemi motori, il ruolo del cervelletto non è ancora ben stabilito. Esso, infatti, potrebbe essere la sede in cui sono depositate le tracce della memoria motoria. Alternativamente, tali tracce potrebbero essere depositate in strutture extracerebellari, mentre il cervelletto rappresenterebbe la via essenziale affinché le sequenze motorie, apprese con l'addestramento, possano essere eseguite con precisione. Tuttavia, le due ipotesi non sono in contrasto tra loro, in quanto la memoria motoria potrebbe essere distribuita tanto dentro quanto fuori dal cervelletto. Attraverso questi processi i nostri movimenti diventano automatici grazie a una progressiva modificazione strutturale delle sue sinapsi. Un ruolo essenziale verrebbe svolto al riguardo dalla via olivo-cerebellare. Secondo questa ipotesi, il cervelletto, attraverso il circuito delle fibre muscoidi, assiste il movimento che altrimenti risulterebbe rudimentale. L'enorme numero di granuli e le numerose sinapsi che le fibre muscoidi formano sulle cellule di Purkinje, tramite le fibre parallele, rendono questo sistema adatto allo scopo. L'attività del circuito muscoide, tuttavia, necessita di una calibrazione da parte del circuito rampicante. Tale calibrazione viene messa in azione dal segnale di errore, proveniente dalla periferia, tra il movimento desiderato e quello effettivo. Rilevato l'errore, il circuito rampicante induce una progressiva modificazione strutturale delle sinapsi tra fibra parallela e cellula di Purkinje, e in questo modo fa sì che il sistema muscoide possa contribuire all'esecuzione di un movimento adeguato. L'aumento degli ioni calcio all'interno della cellula di Purkinje, che si verifica ogni qual volta viene attivata la fibra rampicante, sarebbe indispensabile alle necessarie modificazioni di struttura delle sinapsi che le fibre parallele formano sull'albero dendritico della cellula di Purkinje stessa.

Bibliografia

The cerebellum: from structure to control, in Progress in brain research, ed. C.I. De Zeeuw, P. Strata, J. Voogd, 114° vol., Amsterdam-New York, Elsevier, 1997.

E.S. Dow, G. Moruzzi, The physiology and pathology of the cerebellum, Minneapolis, University of Minnesota Press, 1958.

J.C. Eccles, M. Ito, J. Szentágothai, The cerebellum as a neuronal machine, Berlin-New York, Springer, 1967.

M. Ito, The cerebellum and neural control, New York, Raven Press, 1984.

The olivocerebellar system in motor control, in Experimental brain research series, ed. P. Strata, 17° vol., Berlin-New York, Springer, 1989.