Dalam 25 tahun terakhir, pemahaman para ilmuwan tentang serebelum – salah satu bagian tertua dari otak vertebrata, yang telah berkembang lebih dari 400 juta tahun yang lalu – telah melihat perkembangan besar-besaran.
Diketahui bahwa sebagian besar fungsi otak kecil terlibat dengan kognisi – meskipun di masa lalu, diperkirakan serebelum berkontribusi pada pergerakan. Sejak abad ke-19, para ilmuwan mulai meneliti otak kecil berdasarkan gagasan ini bahwa otak kecil sebagian besar serebelum bertanggung jawab atas perencanaan dan pelaksanaan aktivitas motorik, menggunakan model hewan untuk mempelajari hal ini.
Sebagian besar dari apa yang berkontribusi pada cara berpikir ini adalah posisi otak kecil di dalam tubuh: Ia duduk langsung di atas sumsum tulang belakang, dan, selain itu, pengamatan pada pasien yang memiliki defisit neuron terkait dengan otak kecil membuat para peneliti percaya bahwa otak kecil adalah “ganglion kepala dari sistem proprioseptif.”
Serebelum terhubung ke otak kontralateral melalui dua sirkuit yang melewati pons, melalui otak kecil, dan output ke inti serebelar yang dalam, ke thalamus, dan akhirnya berakhir di korteks serebelar.
Daerah serebelum
Serebelum terdiri dari tiga lobus yang berbeda, diatur oleh fungsi masing-masing. Fisura yang secara anatomis memisahkan lobus ini adalah fisura primer dan fisura posterior-lateral.
Lobus flocculonodular. Ini diyakini penting untuk vestibulocerebellum yang mengambil informasi dari sistem vestibular.
Lobus posterior. Lobus ini menempati belahan lateral serebelum dan memegang inti dentate.
Lobus anterior. Ini juga dikenal sebagai “spinocerebellum” dan menempati zona vermal (pusat ke otak kecil) dan zona paravermal, juga dikenal sebagai zona perantara. Lobus anterior bertanggung jawab untuk memproses informasi sensorik dengan homunculus otak kecil, mengambil informasi dari ekstremitas atas dan bawah. Struktur yang lebih dekat ke zona vermal terutama mengatur informasi sensorik yang diterima dari kepala, leher, dan batang tubuh.
Permukaan luar otak kecil dikenal sebagai arborvitae (yang diterjemahkan menjadi “pohon kehidupan”).
Fungsi
Pemfokusan ulang upaya penelitian ke dalam otak kecil yang menyimpang dari fungsi motorik dimulai pada 1980-an setelah tim peneliti merangkum sejumlah besar bukti yang menggambarkan otak kecil manusia yang mengandung hubungan saraf yang signifikan dengan otak besar. Tetapi fokus baru ini disambut dengan banyak perlawanan – bahkan para ilmuwan dapat secara mengejutkan resisten terhadap perubahan!
Tim peneliti ini mengumpulkan koleksi literatur yang menjelaskan pengamatan bahwa nukleus keluaran lateral, yang dimiliki oleh otak kecil menunjukkan kesamaan antara kera dan manusia dan sejajar dengan ekspansi korteks prefrontal, menambah argumen bahwa otak kecil terkait. untuk fungsi kognitif. Mereka melakukan penelitian non-invasif dengan subyek manusia dan akhirnya dapat membuat argumen bahwa, berdasarkan aktivitas serebelum yang ditunjukkan dalam tes PET dan IMRI, tanggapan dari otak kecil, ketika dibandingkan antara aktivitas motorik dan aktivitas kognitif, menyarankan bahwa serebelum memiliki peran yang lebih besar dalam kognisi daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Serebelum dikenal banyak orang sebagai “otak kecil” tubuh karena, meskipun hanya menyumbang sekitar 10% dari volume otak, otak itu mengandung lebih dari 50% dari semua neuron otak. Fungsi utama dari struktur serebelum adalah keterlibatannya dalam keseimbangan (dikendalikan melalui hubungannya dengan telinga bagian dalam), keseimbangan, tonus otot, koordinasi, dan pembelajaran motorik:
Kontrol keseimbangan dan postur.
Otak kecil bertanggung jawab untuk melakukan penyesuaian postur untuk menjaga keseimbangan. Dengan input neuron dari reseptor vestibular dan proprioseptor, serebelum mengeluarkan perintah untuk neuron motorik untuk mengkompensasi perubahan posisi tubuh atau tuntutan otot (mis. Mengangkat atau meletakkan beban berat). Bahkan, fungsi-fungsi ini adalah salah satu alasan utama para peneliti percaya bahwa otak kecil sebagian besar bertanggung jawab untuk kontrol motorik. Pasien dengan kerusakan, atau perkembangan yang tidak tepat, otak kecil menderita gangguan keseimbangan dan mengadopsi strategi postural, seperti berdiri dengan posisi berdiri lebar, untuk mengimbangi hal ini.
Kontrol gerakan sadar.
Otak kecil mengkoordinasikan waktu dan kekuatan berbagai kelompok otot untuk menghasilkan gerakan cairan seluruh tubuh atau anggota tubuh individu.
Berperan dalam pembelajaran motorik. Otak kecil memainkan peran utama dalam mengembangkan dan menyelaraskan rencana motorik untuk melakukan gerakan yang akurat, belajar dengan coba-coba (mis. Belajar mengendarai sepeda dengan jatuh dan kembali lagi).
Partisipasi dalam fungsi kognitif.
Secara historis, otak kecil diakui sebagai bagian dari sistem motorik, sehingga bagiannya dalam fungsi kognitif masih ditemukan. Sejauh ini, para ilmuwan tahu bahwa otak kecil berperan dalam ingatan dan pembelajaran.
Otak kecil mengontrol tonus otot menggunakan koneksi ke proprioceptors (neuron yang membantu dalam kesadaran tubuh tentang posisi otot, tendon, dan bagian tubuh yang mampu bergerak sendiri).
Jenis Sel di otak kecil
Neuron di korteks serebelar mengirimkan proses mereka dalam satu dari tiga arah (yang sangat konservatif untuk kompleksitas sistem saraf!):
- Dendrit neuron di korteks serebelar tumbuh dalam arah tangensial ke arah permukaan pial (batas yang memisahkan materi abu-abu dan cairan serebrospinal) tetapi juga ke arah serat rangsang.
- Semua serat rangsang (mis. “Serat paralel”) berjalan paralel ke permukaan pial.
- Serat penghambat juga tumbuh sejajar dengan permukaan pial tetapi tangensial ke arah serat rangsang.
Korteks serebelar terdiri dari beberapa jenis lima sel saraf utama dan tiga serat saraf utama: sel Purkinje, sel keranjang, sel stellate, sel Golgi, sel granular, serat berlumut, serat paralel, serat paralel, serat panjat.
Sel Purkinje cukup unik karena jumlah sinapsis paralel paralel yang sangat tinggi. Jumlah sinapsis ini – sekitar 200.000 – kira-kira 10 hingga 20 kali lipat lebih banyak daripada neuron lain. Ini menerima impuls dari sel granul khusus. Sel Purkinje adalah neuron penghambat, mensekresi neurotransmiter yang mengikat reseptor untuk mengurangi atau sepenuhnya menghentikan aktivitas neuron lain. (Fakta menyenangkan, sel Purkinje adalah sel neuron pertama yang diidentifikasi!)
Teori Menarik tentang serebelum
Teori pengaturan waktu: Ketika para ilmuwan awal meneliti struktur dan fungsi korteks serebelar, mereka berhipotesis bahwa serat paralel dapat berfungsi sebagai “garis keterlambatan” karena otak kecil dapat menghasilkan waktu tunda hingga ratusan milidetik untuk mengontrol waktu secara tepat. diperlukan untuk aktivasi otot selama gerakan. Tentu saja, kita sekarang tahu bahwa ini tidak benar dan bahwa penundaan yang berpotensi dihasilkan oleh serat paralel, pada kenyataannya, jauh lebih pendek daripada yang diduga oleh para peneliti sebelumnya. (Penundaan ini sebenarnya bervariasi di antara spesies, mencapai kecepatan puncaknya sekitar 0,5 m / s dalam vertebrata.)
Teori gelombang pasang surut: Ini pada dasarnya adalah perpanjangan logis dari teori pengaturan waktu, di mana serat paralel masih diinterpretasikan sebagai garis penundaan tetapi melayani tujuan yang sedikit berbeda dengan menghasilkan penundaan yang lebih pendek. Serat paralel mengubah potensi aksi yang diterima dari serat berlumut berurutan dan menyinkronkannya ke sel Purkinje. Jika sel-sel granul sepanjang “balok” serat paralel dan bersemangat dalam urutan oleh sinapsis serat berlumut, beberapa paku serat paralel akan timbul. Paku-paku itu semua akan terletak pada bidang tunggal yang sejajar dengan bidang pohon dendritik sel Purkinje. Ini tergantung, bagaimanapun, pada urutan sinapsis dari serat berlumut: jika ditembakkan secara berurutan, eksitasi dari serat paralel tampaknya bergerak dalam arah yang paralel dengan serat paralel pada kecepatan yang identik dengan aktivasi paku. Intinya, impuls aksi menciptakan gelombang, mirip dengan orang yang berdiri dan mengangkat tangan secara berurutan di pertandingan sepak bola atau bola basket.