Beyincik

Beyincik (Latince: cerebellum), tüm omurgalıların arka beyin bölgesinde yer alan ve sinir sisteminde önemli işlevler üstlenen bir yapıdır. Beyine oranla genellikle daha küçük bir yapıdayken, mormyridae balıkları gibi belirli türlerde beyincik beyin boyutuna yaklaşabilir ya da onu aşabilir.^[1] İnsanlarda beyincik, motor kontrol mekanizmaları ve bilişsel işlevler (örneğin dikkat, dil) ile duygusal kontrol (örneğin korku ve haz tepkilerinin düzenlenmesi) süreçlerinde kritik rol oynar.^[2][3][4] Beyinciğin hareketle ilişkili işlevleri daha belirgin olarak tanımlanmıştır; doğrudan hareket başlatıcı bir merkez olmaktan ziyade, motor koordinasyon, hareketin doğruluğu ve zamanlaması gibi faktörlerin düzenlenmesinde etkindir. Omurilikten ve diğer beyin bölgelerinden gelen duyu sistemi bilgilerini alarak motor aktiviteyi hassas bir şekilde ayarlar.^[5] Beyincik hasarı insanlarda narin motor beceri, denge, duruş ve motor öğrenme gibi fonksiyonlarda bozulmalara neden olur.^[5]

Anatomik olarak, insan beyinciği, beynin tabanına bağlı ve beyin yarıkürelerinin altında konumlanmış bağımsız bir yapı görünümündedir. Beyinciğin kortikal yüzeyi, beyin korteksinin geniş ve düzensiz kıvrımlarına tezat oluşturan, ince ve paralel oluklarla kaplıdır. Bu paralel oluklar, beyincik korteksinin aslında sıkıca katlanmış, sürekli bir ince doku tabakası olduğu gerçeğini gizler. Bu ince tabaka içinde oldukça düzenli bir şekilde yerleşmiş olan çeşitli nöron tipleri bulunur; bunlardan en önemlileri Purkinje hücreleri ve granül hücreleridir. Bu kompleks sinirsel yapı, beyinciğe büyük bir sinyal işleme kapasitesi kazandırır; fakat beyincik korteksinin çıkış sinyalleri, çoğunlukla beyinciğin beyaz madde iç kısmında yer alan bir grup derin çekirdekler (İng. deep cerebellar nuclei) aracılığıyla iletilir.^[6]

Motor kontrolün ötesinde, beyincik belirli motor öğrenme türleri, özellikle duyu-motor ilişkisindeki değişikliklere uyum sağlama becerisinin kazanımı için gereklidir. Beyinciğin içindeki sinaptik plastisite üzerinden duyusal-motor kalibrasyonunu açıklamak amacıyla çeşitli teorik modeller geliştirilmiştir. Bu modeller, her bir Purkinje hücresinin iki ana türde sinyal aldığı gözlemine dayanarak David Marr ve James Albus tarafından öne sürülen modellere dayanmaktadır: biri, granül hücrelerden gelen binlerce zayıf paralel lif girdisi; diğeri ise güçlü bir tekil tırmanıcı lif (İng. climbing fiber) girdisidir.^[7] Marr–Albus teorisinin ana fikri, tırmanıcı lifin "öğretici sinyal" olarak işlev gördüğü ve paralel lif girişlerinin gücünde kalıcı bir değişikliğe yol açtığıdır. Paralel lif girişlerinde gözlenen uzun süreli depresyon, bu tür teorilere destek sağlasa da, geçerlilikleri hala tartışma konusudur.^[8]

Makroskopik anatomi açısından, beyincik, altındaki beyaz madde tabakası ve tabanında bulunan sıvı dolu bir ventrikül ile birlikte sıkıca katlanmış bir kortikal tabakadan oluşur. Beyaz madde içerisine gömülü dört derin beyincik çekirdeği bulunmaktadır.^[9] Korteksin her bir bölümü, belirgin bir geometrik düzen içinde konumlanmış aynı küçük nöronel elemanları içerir. Beyincik ve ilgili yapıları orta düzeyde, “mikrozonal” veya “mikrokompartman” olarak adlandırılan bağımsız işlev gören yüzlerce ya da binlerce modüle ayrılabilir.

Beyincik, arka kranial fossa (İng. posterior cranial fossa) içinde konumlanmıştır. Dördüncü ventrikül, pons ve medulla beyinciğin önünde yer alır.^[10] Beyinciğin üzerindeki beyin ile arasında, sert bir katman olan dura materden oluşan beyincik tentoriyumu bulunur; beyinciğin beyin ile bağlantıları pons üzerinden sağlanır. Anatomik olarak beyincik, pons ile birlikte metensefalonun bir parçası olarak kabul edilir ve metensefalon rombensefalonun (arka beyin) üst kısmını oluşturur. Beyin korteksine benzer şekilde beyincik, iki beyincik yarıküresine bölünmüştür; ayrıca, vermis olarak bilinen dar bir orta hat bölgesine sahiptir. Büyük kıvrımlar, yapının genel olarak 10 küçük “lobül”e ayrılmasını sağlar. Küçük granül hücrelerinin yüksek sayısı sayesinde beyincik, diğer tüm beyin kısımlarının toplamından daha fazla nöron içerirken, beyin hacminin yalnızca %10’unu kaplar.^[11] Beyincikteki nöron sayısı, neokorteksteki nöron sayısıyla orantılıdır. Beyincikte neokortekse oranla yaklaşık 3,6 kat daha fazla nöron bulunur ve bu oran birçok farklı memeli türünde korunmaktadır.^[12]

Beyinciğin alışılmadık yüzey görünümü, yapısının büyük kısmının yoğun bir şekilde katlanmış gri madde tabakasından, yani beyincik korteksinden oluştuğunu gizler. Bu tabakadaki her çıkıntıya folium denir. Yüksek çözünürlüklü MRG, yetişkin insan beyincik korteksinin yaklaşık 730 cm² bir yüzey alanına sahip olduğunu,^[13] ve 6 cm × 5 cm × 10 cm boyutlarında bir hacme sıkıştırıldığını göstermektedir.^[11] Korteksin gri maddesinin altında, çoğunlukla kortekse gidip gelen miyelinli sinir liflerinden oluşan beyaz madde tabakası bulunur. Enine kesitte dallı ve ağaç benzeri görünümü nedeniyle bazen “arbor vitae” (hayat ağacı) olarak adlandırılan beyaz madde içinde gri maddeden oluşan dört derin beyincik çekirdeği yer alır.^[14]

Beyinciği merkezi sinir sisteminin çeşitli bölümlerine bağlayan üç çift beyincik pedinkülü (sap) mevcuttur: üst beyincik pedinkülü, orta beyincik pedinkülü ve alt beyincik pedinkülü. Bu yapılar, vermise göre konumları esas alınarak isimlendirilmiştir. Üst beyincik pedinkülü, esas olarak beyin korteksine bir çıkış yolu oluşturur; derin beyincik çekirdeklerinden çıkan efferent (bir organdan dönen veya iletilen; götürgen) lifler, talamik çekirdekler aracılığıyla üst motor nöronlara ulaşır. Orta beyincik pedinkülü, ponsa bağlıdır ve tüm girdisini ponstan, ağırlıklı olarak pons çekirdeklerinden alır. Beyin korteksinden gelen girdiler, pons çekirdeklerinden geçen enine pons lifleri ile beyinciğe iletilir. Üç pedinkül arasında en büyük olan orta pedinkülün afferent (getirgen) lifleri, beyinciğin farklı bölgelerine yönlendirilen üç ayrı fasikül halinde düzenlenmiştir. Alt beyincik pedinkülü ise vestibüler çekirdekler, omurilik ve tegmentumdan gelen afferent (getirgen) lifler aracılığıyla giriş alır; çıkan efferent lifler, vestibüler çekirdekler ve retiküler formasyona iletilir. Tüm beyincik, alt beyincik pedinkülü üzerinden alt oliver çekirdeğinden modülatör sinyaller alır.^[6]

Beyincik yüzey görünümüne göre üç loba ayrılabilir: ön lob, arka lob ve flokkülonodüler lob. Ön lob, birincil fissürün üstünde, arka lob ise birincil fissürün altındadır. Flokkülonodüler lob, arka fissürün altında yer alır. İşlevsel açıdan, medialden laterale doğru daha belirgin bir ayrım söz konusudur. Beyinciğin bağlantı ve işlev açısından farklı olan flokkülonodüler lobu hariç tutulduğunda, beyincik işlevsel olarak spinobeyincik olarak adlandırılan medial bir sektöre ve serebrobeyincik olarak adlandırılan daha geniş bir lateral sektöre ayrılabilir.^[14] Beyinciğin ortasında uzanan ve çıkıntı yapan dar bir doku bölgesi vermis olarak bilinir (Latince "solucan" anlamına gelen vermis kelimesinden türetilmiştir).^[14]

Evrimsel olarak en eski bölüm olan ve genellikle vestibülobeyincik olarak adlandırılan flokkülonodüler lob, denge ve mekânsal oryantasyonda kritik rol oynar. Birincil bağlantıları vestibüler çekirdekler ile olup, görsel ve diğer duyusal girdiler de alır. Bu bölgenin hasarı, denge sorunları ve yürüyüş bozuklukları ile ilişkilidir.^[14]

Ön ve arka lobların medial bölgesi, paleobeyincik olarak da adlandırılan spinobeyinciği oluşturur. Bu alan, vücut ve uzuv hareketlerini ince ayar yapmak için önemli bir işleve sahiptir. Omurilikten (dorsal kolonlar ve spinobeyincik traktı dahil) ve kraniyal trigeminal sinirden, ayrıca görsel ve işitsel sistemlerden propriyoseptif girdiler alır.^[15] Derin beyincik çekirdeklerine lifler göndererek, bu çekirdekler aracılığıyla beyin korteksine ve beyin sapına projeksiyonlar sağlar ve inen motor sistemleri modüle eder.^[14]

İnsan beyninde lateral bölge, serebrobeyinciğin ana bölümünü oluşturur ve neobeyincik olarak da adlandırılır. Bu bölge, yalnızca beyin korteksinden gelen girdileri alır; bu özellikle paryetal lobdan pons çekirdekleri aracılığıyla sağlanır ve kortiko-ponto-beyincik yollarını oluşturur. Serebrobeyincikten çıkan sinyaller çoğunlukla talamusun ventrolateraline iletilir ve bu da premotor korteks ve birincil motor alan gibi motor alanlarla bağlantılıdır; ek olarak kırmızı çekirdek ile de bağlantı kurar.^[14] Lateral beyinciğin işlevleri konusunda farklı yaklaşımlar bulunmaktadır: Bu bölgenin gerçekleşmek üzere olan hareketlerin planlanmasında,^[16] duyusal bilgilerin eylem sürecinde değerlendirilmesinde^[14] ve bazı bilişsel işlevlerde (örneğin, belirli bir isimle en uyumlu fiili seçme gibi, "sandalye" için "oturmak") rol oynadığı düşünülmektedir.^{[17][18][19][20]}

Beyincik devresinde iki ana nöron tipi belirleyici rol oynar: Purkinje hücreleri ve granül hücreleri. Bu devrede ayrıca üç ana akson türü etkin rol oynar: beyinciğe dışarıdan giren yosunsu lifler ve tırmanıcı lifler ile granül hücrelerinin aksonları olan paralel lifler. Beyincikte iki ana yol bulunur; bu yollar yosunsu ve tırmanıcı liflerden başlar ve nihayetinde derin beyincik çekirdeklerinde sonlanır.^[11]

Yosunsu lifler, doğrudan derin çekirdeklere projekte olur, ayrıca şu yolla ilerler: yosunsu lifler → granül hücreleri → paralel lifler → Purkinje hücreleri → derin çekirdekler. Tırmanıcı lifler ise doğrudan Purkinje hücrelerine projekte olup aynı zamanda doğrudan derin çekirdeklere kollateraller gönderir.^[11] Yosunsu ve tırmanıcı liflerden her biri kendine özgü bilgileri taşır; beyincik ayrıca dopaminerjik, serotonerjik, noradrenerjik ve kolinerjik sistemlerden modülasyon işlevi gören sinyaller alır.^[21]

Beyincik korteksi üç temel katmandan oluşur. En alt katman, granül hücreleri ve yoğun olarak Golgi hücresi içeren, aynı zamanda Lugaro hücresi ve unipolar fırça hücresi gibi interneuronları barındıran kalın granüler katmandır. Orta katman, Purkinje hücre gövdelerinin ve Bergmann glial hücresinin bulunduğu dar Purkinje katmanıdır. Üst katman, Purkinje hücrelerinin yassılaşmış dendritik ağlarını içeren moleküler katmandır ve bu katman Purkinje hücrelerinin dendritik ağaçlarını dik açılarla kesen geniş bir paralel lif dizilimiyle doludur. Korteksin en dış katmanı ayrıca iki tür inhibitör interneron içerir: yıldız hücresi ve sepet hücresi, her iki hücre de Purkinje hücresi dendritlerinde GABAerjik sinapslar oluşturur.^[11]

Beyinciğin mikrodolaşımı

Bir beyincik folyumunun enine kesiti, ana hücre tiplerini ve bağlantıları gösteriyor

Beyincik korteksinin en üst ve en dış katmanı moleküler katmandır. Bu katman, Purkinje hücrelerinin yassılaşmış dendritik ağaçlarını ve granüler katmandan gelen geniş bir paralel lif dizisini içerir; bu lifler Purkinje hücrelerinin dendritik ağaçlarına dik açılarla girer. Moleküler katman ayrıca iki tür inhibitör interneuron içerir: yıldız hücresi (İng. stellate cell) ve sepet hücresi (İng. basket cell). Hem yıldız hem de sepet hücreleri, Purkinje hücresi dendritlerinde GABAerjik sinapslar oluşturur.^[11]

Purkinje hücreleri beyin içerisindeki en belirgin nöronlardan biridir ve tanımlanan ilk hücre türlerinden biridir; 1837’de Çek anatomist Jan Evangelista Purkyně tarafından tanımlanmıştır. Purkinje hücreleri, dendritik ağaçlarının şekli ile ayırt edilir: Dendritler oldukça dallanmış olup beyincik kıvrımlarına dik bir düzlemde yassılaşmıştır. Bu nedenle, Purkinje hücresinin dendritleri, içinden paralel liflerin dik açıyla geçtiği yoğun bir düzlemsel ağ oluşturur.^[11] Dendritler, her biri bir paralel liften sinaptik giriş alan dendritik dallarla kaplıdır. Purkinje hücreleri, beyindeki diğer tüm hücre türlerinden daha fazla sinaptik giriş alır; tek bir insan Purkinje hücresindeki dal sayısının 200.000 kadar olduğu tahmin edilmektedir.^[11] Büyük, küresel hücre gövdeleri beyincik korteksinin tek hücre kalınlığında olan ve Purkinje katmanı olarak adlandırılan dar bir tabakasında yer alır. Korteksin yakınındaki bölümlere kollateral dallar verdikten sonra, aksonları derin beyincik çekirdeklerine ulaşır ve burada farklı çekirdek hücre türleriyle 1.000 civarında bağlantı kurar. Purkinje hücreleri, GABA kullanır ve bu nedenle hedefleri üzerinde inhibitör etki gösterir.^[11]

Purkinje hücreleri, beyincik devresinin merkezinde yer alır ve büyük boyutları ile kendine özgü aktivite modelleri sayesinde davranış gösteren hayvanlarda yanıt kalıplarının ekstraselüler kayıt teknikleri ile incelenmesi nispeten kolaydır. Purkinje hücreleri, sinaptik girdi yokluğunda dahi yüksek oranda aksiyon potansiyeli üretir. Uyanık ve aktif hayvanlarda, ortalama 40 Hz civarında bir frekans gözlemlenir. Spike dizileri, basit ve karmaşık spike adı verilen bir karışım sunar. Basit bir spike, tek bir aksiyon potansiyelinin ardından yaklaşık 10 ms süren bir refrakter dönem ile takip edilir; karmaşık spike ise çok kısa aralıklı ve giderek azalan genlikli (İng. amplitude) bir aksiyon potansiyeli dizisidir.^[23] Fizyolojik çalışmalar, karmaşık spike'ların (yaklaşık 1 Hz’lik temel hızlarda ve 10 Hz’den yüksek olmamak kaydıyla) tırmanıcı lif aktivasyonu ile ilişkilendirildiğini, basit spike'ların ise temel aktivite ve paralel lif girdisinin kombinasyonuyla üretildiğini göstermiştir. Karmaşık spike’ların ardından genellikle birkaç yüz milisaniyelik bir süre boyunca basit spike aktivitesinin baskılandığı bir duraklama gelir.^[24]

Purkinje nöronlarının belirgin bir özelliği, kalbindin ifadesidir.^[25] Tek taraflı kronik siyatik sinir hasarı sonrası sıçan beyninde yapılan kalbindin boyaması, yetişkin beyinde Purkinje nöronlarının yeniden oluşabileceğini ve yeni beyincik lobüllerinin organizasyonunu başlatabileceğini düşündürmektedir.^[26]

Beyincik granül hücresi Purkinje hücrelerinin aksine, beyindeki en küçük nöronlar arasındadır. Aynı zamanda beyindeki en fazla sayıda bulunan nöron türüdür: İnsanlarda toplam sayısının yaklaşık 50 milyar olduğu tahmin edilmektedir ve bu, beyindeki nöronların yaklaşık dörtte üçünün beyincik granül hücreleri olduğu anlamına gelir.^[11] Hücre gövdeleri beyincik korteksinin alt kısmında kalın bir tabaka halinde yoğunlaşmıştır. Bir granül hücresi yalnızca dört ila beş dendrit yayar; her dendritin ucu, dendritik pençe adı verilen bir genişleme ile sonlanır.^[11] Bu genişlemeler, yosunsu liflerden uyarıcı giriş ve Golgi hücresinden inhibitör giriş noktalarıdır.^[11]

Granül hücrelerinin ince, miyelinsiz aksonları korteksin üst (moleküler) katmanına doğru dikey olarak yükselir ve burada ikiye ayrılarak her bir dal yatay olarak ilerler ve paralel lif oluşturur; dikey dalın iki yatay dala ayrılması, karakteristik bir "T" şekli oluşturur. İnsan paralel lifleri, ayrılma noktasından her iki yönde ortalama 3 mm ilerler, bu da toplamda yaklaşık 6 mm (kortikal katmanın toplam genişliğinin yaklaşık 1/10’u) uzunluk anlamına gelir.^[11] Paralel lifler ilerledikçe Purkinje hücrelerinin dendritik ağaçlarından geçer ve geçtiği her 3-5 Purkinje hücresinden biri ile temas kurarak toplamda 80–100 sinaptik bağlantı oluşturur.^[11] Granül hücreleri, nörotransmitter olarak glutamat kullanır ve bu nedenle hedeflerinde uyarıcı etki gösterir.^[11]

Granül hücreleri tüm girdilerini yosunsu liflerden alır, ancak sayıca onlardan 200 kat fazladır (insanlarda). Dolayısıyla, granül hücre popülasyonundaki aktivite durumu bilgisi, yosunsu liflerdeki bilgiyle aynıdır; ancak bu bilgi çok daha geniş bir şekilde kodlanmıştır. Granül hücreleri çok küçük ve yoğun olarak paketlenmiş olduğundan, davranış gösteren hayvanlarda spike aktivitelerini kaydetmek zorlaşır; bu nedenle teorik olarak temel alınacak veri azdır. En yaygın işlev teorisi, 1969'da David Marr tarafından öne sürülmüştür; Marr, granül hücrelerinin yosunsu lif girdilerinin kombinasyonlarını kodlayabileceğini önermiştir. Bu fikir, her bir granül hücresinin yalnızca 4-5 yosunsu liften girdi aldığı ve bu hücrenin sadece tek bir girdisi aktifken yanıt vermediği, ancak birden fazla girdisi aktif olduğunda yanıt verdiği şeklindedir. Bu kombinasyonel kodlama şeması, beyinciğin yosunsu liflerin tek başına izin verdiğinden çok daha ince girdi desenleri arasında ayrım yapmasına olanak tanıyabilir.^[27]

Yosunsu lifler (İng. mossy fibers), çıktıkları noktalardan granüler katmana girer; çoğu pons çekirdeklerinden, diğerleri ise omurilikten, vestibüler çekirdeklerden vb. gelir. İnsan beyinciğinde toplam yosunsu lif sayısının 200 milyon civarında olduğu tahmin edilmektedir.^[11] Bu lifler, granül hücreleri ve derin beyincik çekirdekleri hücreleriyle uyarıcı sinapslar oluşturur. Granüler katmanda bir yosunsu lif, rozetteler adı verilen genişlemeler serisi oluşturur. Yosunsu lifler ile granül hücresi dendritleri arasındaki temas, glomerüller adı verilen yapılarda gerçekleşir. Her glomerülün merkezinde bir yosunsu lif rozeti bulunur ve 20'ye kadar granül hücresi dendritik pençesi ile temas eder. Golgi hücresi uçları bu yapıya nüfuz eder ve granül hücre dendritleri üzerinde inhibitör sinapslar oluşturur. Tüm yapı, bir glial hücre kılıfı ile çevrilidir.^[11] Her bir yosunsu lif, birkaç beyincik folyasına kollateral dallar göndererek toplamda 20-30 rozet oluşturur; böylece tek bir yosunsu lif, tahminen 400-600 granül hücresi ile temas kurar.^[11]

Purkinje hücreleri, ayrıca beyin sapının karşı tarafındaki alt oliver çekirdekten (İng. inferior olivary nucleus) gelen tırmanıcı lifler aracılığıyla girdi alır. Alt oliv medulla oblongatada yer alır ve omurilik, beyin sapı ve beyin korteksinden girdi almasına rağmen çıktısını tamamen beyinciğe verir. Bir tırmanıcı lif, beyincik korteksine girmeden önce derin beyincik çekirdeklerine kollateraller verir ve kortekste yaklaşık 10 terminal dala ayrılır; her dal, tek bir Purkinje hücresine girdi sağlar.^[11] Paralel liflerden gelen 100.000'den fazla girdiye kıyasla, her Purkinje hücresi yalnızca tek bir tırmanıcı liften girdi alır; ancak bu tek lif, Purkinje hücresinin dendritleri boyunca dolaşarak 300'e kadar sinaps oluşturur.^[11] Net giriş o kadar güçlüdür ki, tek bir tırmanıcı lif aksiyon potansiyeli, Purkinje hücresinde genişletilmiş bir kompleks spike üretmeye yeterlidir: art arda birkaç spike’lık bir dizi, ardından genliği azalan bir duraklama gelir ve bu sürede aktivite baskılanır. Tırmanıcı lif sinapsları hücre gövdesini ve proksimal dendritleri kaplar; bu bölge paralel lif girişlerinden yoksundur.^[11]

Tırmanıcı lifler, nadiren sinyal gönderir; ancak tek bir tırmanıcı liften gelen sinyal, Purkinje hücresinde bir dizi elektriksel tepki başlatır ve bu durum “karmaşık bir patlama” olarak bilinir. Purkinje hücrelerine gelen paralel lif ve tırmanıcı lif sinyalleri arasındaki büyük fark (bir türden yüz binlerce sinyal gelirken, diğerinden yalnızca bir tane sinyalin gelmesi) beyincik yapısının en ilginç özelliklerinden biridir ve bu durum, birçok teorinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Aslında, tırmanıcı liflerin beyincikteki rolü oldukça tartışmalı bir konudur. İki ana görüş vardır: Birinci görüş, Marr ve Albus'u takip ederek, tırmanıcı liflerin “öğretici bir sinyal” görevi gördüğünü savunur. Diğer görüş ise bu sinyalin doğrudan beyincik çıkışlarını şekillendirdiğini öne sürer. Her iki bakış açısı da birçok yayında uzun uzun tartışılmıştır. Bir incelemede şu şekilde özetlenir: "Tırmanıcı liflerin işlevine dair hipotezleri bir araya getirmeye çalışırken, sanki Escher'in bir çizimine bakıyormuş gibi bir his oluşur. Her bir bakış açısı belirli bulgulara uygun gibi görünse de, hepsini bir araya getirme çabası, tırmanıcı liflerin işlevine dair net bir tablo oluşturmaz. Çoğu araştırmacıya göre, tırmanıcı lifler, motor hareketlerdeki hataları, boşalma hızını ayarlayarak ya da 'beklenmedik bir olay' duyurusu yaparak işaret eder. Diğer araştırmacılara göre ise mesaj, tırmanıcı liflerin senkronize bir şekilde ve ritmik olarak çalışmasında gizlidir."^[24]

Beyinciğin derin çekirdekleri, beyinciğin merkezinde beyaz madde arasında bulunan gri madde kümeleridir. Beyincikten çıkan sinyallerin ana kaynağı bu çekirdeklerdir; sadece yakındaki vestibüler çekirdekler bunun dışında kalır. Bu çekirdekler, beyinciğin farklı bölgelerinden gelen sinyallerin yanı sıra, beyincik korteksindeki Purkinje hücrelerinden durdurucu sinyaller alır. Beyinde dört ana çekirdek bulunur: Dişsi, globoz, emboliform ve fastigial. (Globoz ve emboliform çekirdekler bir arada "arada çekirdek" olarak da bilinir.) Fastigial ve arada çekirdekler vücuttan gelen hareket sinyalleri ile ilgilenirken, memelilerde en büyük olan dişsi çekirdek, beyinciğin dış bölümleriyle iletişim kurar. Flokkülonodüler lobun flokkülus adı verilen kısmı ise derin çekirdeklere sinyal göndermez; bunun yerine sinyalleri doğrudan vestibüler çekirdeklere iletir.^[11]

Derin çekirdeklerdeki nöronların çoğunda geniş hücre gövdeleri ve yaklaşık 400 mikrometre çapında yuvarlak dallanma yapıları bulunur; bu nöronlar glutamat adlı kimyasalı kullanarak sinyal iletir. Bu hücreler, beyinciğin dışındaki çeşitli bölgelere sinyal gönderir. Büyük hücrelerin arasında daha az sayıda, GABA adlı bir başka kimyasalı kullanan küçük hücreler de bulunur. Bu küçük hücreler yalnızca tırmanıcı liflerin kaynağı olan alt oliver çekirdeğe sinyal gönderir. Böylece, nukleo-oliver bağlantı, tırmanıcı liflerin çekirdeklere uyarıcı sinyal göndermesine karşı dengeleyici bir geri bildirim sağlar. Her bir küçük çekirdek hücre grubunun, kendisine sinyal gönderen oliver hücrelerle doğrudan bağlantılı olduğu ve bu bağlantıların her iki yönde de uyumlu bir düzen içinde çalıştığı düşünülmektedir.^[11]

Bir Purkinje hücresinin aksonu derin çekirdeklerden birine ulaştığında, hem büyük hem de küçük hücrelerle bağlantı kurmak için dallanır, ancak bağlantı kurduğu hücre sayısı yaklaşık 35 ile sınırlıdır (kedi modellerinde). Buna karşılık, tek bir derin çekirdek hücresi, yaklaşık 860 Purkinje hücresinden sinyal alır (yine kedilerde).^[11]

Makroskopik anatomi açısından, beyincik korteksi homojen bir doku tabakası gibi görünür ve mikroskopik anatomisi açısından bakıldığında, bu tabakanın tüm bölümlerinin aynı iç yapıya sahip olduğu görülür. Ancak, beyinciğin yapısı çeşitli açılardan bölmelere ayrılmıştır. Büyük bölmelere zonlar adı verilir; bunlar daha küçük bölmelere, mikrozonlar olarak adlandırılan yapılara ayrılabilir.^[28]

Bölmesel yapının ilk belirtileri, beyincik korteksinin çeşitli bölümlerindeki hücrelerin alıcı alanlarını inceleyen çalışmalardan elde edilmiştir.^[28] Vücudun her bir parçası beyincikte belirli bölgelere haritalanmıştır; ancak bu haritalar birçok kez tekrarlanır ve bu düzene "kırık somatotopi" denir.^[29] Beyinciğin bu bölmesel yapısını daha iyi görmek için, belirli proteinleri öne çıkaran immün boyama yöntemi kullanılır. En bilinen belirteçlerden biri, zebra çizgilerini andıran desenler oluşturduğu için "zebrin" olarak adlandırılır. Zebrin ve diğer belirteçlerle oluşan çizgiler, beyinciğin kıvrımlarına dik olacak şekilde uzanır: mediolateral yönde dar, ama uzunlamasına yönde daha uzundur. Farklı belirteçler, yerlerine göre değişen genişlik ve uzunlukta olsa da, genel olarak benzer şekillerde çizgi desenleri oluşturur.^[28]

Oscarsson, 1970'lerin sonlarında, kortikal zonların mikrozonlar olarak adlandırılan daha küçük birimlere bölünebileceğini öne sürdü.^[30] Mikrozon, aynı somatotopik alıcı alana sahip Purkinje hücrelerinin oluşturduğu bir grup olarak tanımlanır. Her bir mikrozonun yaklaşık 1000 Purkinje hücresi içerdiği ve bu hücrelerin kortikal kıvrımlara dik şekilde uzun, dar bir şerit olarak dizildiği bulunmuştur.^[28] Bu nedenle, bitişik diyagramda gösterildiği gibi, Purkinje hücresi dendritleri mikrozonların uzandığı yönde yassılaşırken, paralel lifler onlara dik açıyla geçer.^[11]

Mikrozon yapısını belirleyen sadece alıcı alanlar değildir; alt oliver çekirdekten gelen tırmanıcı lif girdi de eşit derecede önemlidir. Bir tırmanıcı lifin dalları (genellikle 10 civarında) aynı mikrozona ait Purkinje hücrelerini aktive eder. Ayrıca, aynı mikrozona tırmanıcı lif gönderen oliver nöronlar, aktivitelerini senkronize eden yarık bağlantılarla birbirine bağlanma eğilimindedir, bu da mikrozon içindeki Purkinje hücrelerinin milisaniyelik ölçekte uyumlu kompleks spike aktivitesi göstermesine neden olur.^[28] Aynı mikrozona ait Purkinje hücreleri, aksonlarını derin beyincik çekirdeklerindeki aynı küçük çıkış hücre kümesine gönderir.^[28] Son olarak, sepet hücresi aksonları uzunlamasına yönde mediolateral yöne göre çok daha uzun olduğundan, büyük ölçüde tek bir mikrozonla sınırlı kalır.^[28] Tüm bu yapının sonucu olarak, bir mikrozon içindeki hücresel etkileşimler, farklı mikrozonlar arasındaki etkileşimlerden çok daha güçlüdür.^[28]

2005 yılında Richard Apps ve Martin Garwicz, mikrozonların kendilerinin daha büyük bir yapı olan çok-zonlu mikrokompleksin bir parçası olduğunu öne süren kanıtları özetledi. Bu mikrokompleks, aynı derin beyincik nöron grubuna projekte olan, mekansal olarak ayrılmış bir dizi kortikal mikrozonu, aynı zamanda bu mikrozonların tümüne ve derin çekirdek alanına projekte olan bir grup bağlı oliver nöronları içerir.^[28]

Beyincik, üç çift büyük arterden kan alır: üst beyincik arteri (SCA), ön alt beyincik arteri (AICA) ve arka alt beyincik arteri (PICA). SCA, beyinciğin üst bölgesine kan sağlar. Bu arter, üst yüzeyde dallanarak piamater içine yayılır ve dalları ön ve arka alt beyincik arterleri ile anastomoz yapar. AICA, beyinciğin alt yüzeyinin ön kısmını besler. PICA ise alt yüzeye ulaşarak medial ve lateral dallara ayrılır. Medial dal, beyinciğin iki yarımküresi arasındaki çentik boyunca arkaya doğru ilerlerken, lateral dal, beyinciğin alt yüzeyini yan sınırına kadar besler ve burada AICA ve SCA ile anastomoz yapar.

Beyinciğin işlevine dair en güçlü ipuçları, hasar sonrası görülen etkilerin incelenmesiyle elde edilmiştir. Beyincik işlevsizliği olan hayvanlar ve insanlar, özellikle beyinciğin hasarlı kısmının bulunduğu vücut tarafında motor kontrol sorunları gösterirler. Motor aktiviteleri başlatma yeteneğini korurlar, ancak hareketlerde hassasiyet kaybı olur; düzensiz, koordinasyonsuz veya yanlış zamanlanmış hareketler sergilerler. Beyincik işlevini değerlendiren standart bir test, kol mesafesindeki bir hedefe parmak ucuyla ulaşmaktır: Sağlıklı bir birey, parmak ucunu hızlı ve düz bir doğrultuda hedefe ulaştırırken, beyinciğinde hasar bulunan kişi yavaş ve düzensiz hareket eder, yol boyunca birçok düzeltme yapar. Motor olmayan işlevlerdeki eksiklikleri tespit etmek daha zordur. Dolayısıyla, onlarca yıl önce varılan genel sonuç, beyinciğin temel işlevinin bir hareketin ayrıntılı içeriğini ayarlamak olduğu, hareketi başlatmak veya hangi hareketlerin yapılacağına karar vermek olmadığı yönündedir.^[14]

1990’lardan önce beyinciğin işlevinin yalnızca motorla ilgili olduğu düşünülüyordu, ancak yeni bulgular bu görüşü sorgulamaya açmıştır. Fonksiyonel görüntüleme çalışmaları, dil, dikkat ve zihinsel imgeleme ile ilişkili olarak beyincik aktivasyonunu göstermiştir; korelasyon çalışmaları beyincik ile beyin korteksinin motor dışı alanları arasında etkileşim olduğunu ortaya koymuştur; ayrıca beyinciğe özgü hasar görülen kişilerde çeşitli motor dışı semptomlar tanımlanmıştır.^[31][32] Özellikle, beyincik bilişsel duygulanım sendromu veya Schmahmann sendromu, yetişkinlerde^[33] ve çocuklarda^[34] tanımlanmıştır. Beyincik korteksinin fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanılarak yapılan fonksiyonel haritalanmasına dayanan tahminler, beyincik korteksinin yarısından fazlasının beyin korteksinin ilişkilendirme bölgeleriyle bağlantılı olduğunu göstermektedir.^[35]

Kenji Doya, beyinciğin işlevinin, etkilenen davranışlar yerine yaptığı sinirsel hesaplamalar açısından daha iyi anlaşılabileceğini öne sürmektedir. Beyincik, her biri düzenli bir iç yapıya sahip olan ve büyük ölçüde bağımsız çalışan modüllerden oluşur; bu nedenle tüm modüllerin aynı hesaplamayı yaptığı düşünülür. Eğer bir modül, motor hareketlerle ilgili alanlara bağlıysa, o modül motor davranışlarla ilişkili olur. Ancak, motor dışı bilişsel alanlarla bağlantılıysa, o modül farklı davranışlarla ilgilidir. Bu nedenle beyincik, duygu, davranış ve beden dili algısı gibi birçok farklı işlevin düzenlenmesinde rol oynar.^[36][37][38] Doya, beyinciğin, çevreye dair “içsel modeller” veya denetimli öğrenme üzerine kurulu öngörülü bir eylem seçimi aracı olarak anlaşılabileceğini; bazal gangliyonların ise pekiştirmeli öğrenme, beyin korteksinin ise denetimsiz öğrenme işlevlerini üstlendiğini belirtmiştir.^[32][39] Beyin araştırmalarının üç on yılı, beyinciğin optimize edilmiş zihinsel modeller oluşturduğunu ve bu modellerin güncellenerek yaratıcı içgörü ("a ha") şeklinde çalışma belleğinde deneyimlenmesine olanak tanıyan bir süreç sunduğunu ortaya koymuştur.^[40]

Beyincik anatomisinin karşılaştırmalı basitliği ve düzenliliği, hesaplama işlevinin de benzer bir basitliğe sahip olabileceği umudunu doğurmuştu. Bu görüş, beyincik elektrofizyolojisi üzerine yazılan ilk kitaplardan biri olan The Cerebellum as a Neuronal Machine adlı eserde John C. Eccles, Masao Ito ve János Szentágothai tarafından dile getirilmiştir.^[41] Beyinciğin işlevleri tam anlamıyla anlaşılmamış olsa da en az dört temel prensip önemli kabul edilmiştir: (1) ileri beslemeli işleme (feedforward processing), (2) ayrışma ve birleşme (divergence and convergence), (3) modülarite ve (4) plastisite.

1. İleri beslemeli işleme: Beyincik, sinyal işleme açısından beyin korteksi gibi çoğu beyin bölgesinden farklıdır; işlemler neredeyse tamamen ileri beslemeli bir sistemle gerçekleşir—yani, sinyaller girdiden çıktıya doğru sistemde tek yönlü ilerler ve içte çok az geri iletim bulunur. Mevcut olan az sayıdaki geri iletim, karşılıklı inhibitör bağlantılarla sınırlıdır; karşılıklı uyarıcı devreler yoktur. Bu ileri beslemeli çalışma düzeni, beyinciğin, beyin korteksinin aksine, kendi kendine sürdürülebilir sinirsel aktivite modelleri üretememesi anlamına gelir. Sinyaller devreye girer, her aşamada sıralı olarak işlenir ve ardından çıkar. Eccles, Ito ve Szentágothai, "Nöronal uyarımın yankılanmasını sağlayacak tüm zincirlerin tasarımda ortadan kaldırılması, beyinciğin bir bilgisayar olarak işleyişinde büyük bir avantajdır; çünkü sinir sisteminin geri kalanının beyincikten ihtiyaç duyduğu şey, beyincikte karmaşık yankı devrelerinin işleyişini ifade eden bir çıktı değil, belirli bir bilgi kümesine hızlı ve net bir yanıttır." diye yazmıştır.^[42]
2. Ayrışma ve birleşme: İnsan beyinciğinde, 200 milyon yosunsu lif girdisinden gelen bilgi, 40 milyar granül hücresine genişletilir ve bunların paralel lif çıktıları, 15 milyon Purkinje hücresi üzerinde birleşir.^[11] Uzunlamasına hizalanma düzeni nedeniyle, bir mikrozona ait yaklaşık 1000 Purkinje hücresi 100 milyona kadar paralel liften girdi alabilir ve kendi çıktısını 50’den az sayıda derin çekirdek hücresine yoğunlaştırır.^[28] Bu şekilde, beyincik ağı nispeten az sayıda girdi alır, bu girdileri titizlikle yapılandırılmış içsel ağı üzerinden geniş çapta işler ve sonuçları sınırlı sayıda çıktı hücresi aracılığıyla iletir.
3. Modülarite: Beyincik sistemi işlevsel olarak bağımsız modüllere ayrılmıştır ve bunların sayısının yüzlerce ile binlerce arasında olduğu tahmin edilmektedir. Tüm modüller benzer iç yapıya sahiptir, ancak farklı giriş ve çıkışları vardır. Bir modül (Apps ve Garwicz terminolojisinde çok-zonlu mikrokompartman), alt oliver çekirdekteki küçük bir nöron kümesi, beyincik korteksinde uzun dar Purkinje hücresi şeritlerinden oluşan mikrozonlar ve bir derin beyincik çekirdeğindeki küçük bir nöron kümesinden oluşur. Farklı modüller yosunsu lifler ve paralel liflerden gelen girdileri paylaşsa da, diğer yönlerden bağımsız çalışır gibi görünmektedir; bir modülün çıktısı, diğer modüllerin aktivitesini önemli ölçüde etkilemez.^[28]
4. Plastisite: Paralel lifler ile Purkinje hücreleri arasındaki sinapslar ve yosunsu lifler ile derin çekirdek hücreleri arasındaki sinapslar, güçlerinde değişime açıktır. Tek bir beyincik modülünde, yaklaşık bir milyar paralel liften gelen girdiler, 50’den az sayıda derin çekirdek hücresinde birleşir ve her bir paralel lifin bu çekirdek hücreleri üzerindeki etkisi ayarlanabilir. Bu düzenleme, beyincik girdileri ile çıktıları arasındaki ilişkinin hassas bir şekilde ayarlanması için büyük bir esneklik sağlar.^[43]

Beyinciğin bazı motor öğrenme türlerinde temel bir rol oynadığına dair önemli kanıtlar bulunmaktadır. Beyinciğin en belirgin şekilde devreye girdiği görevler, bir eylemin nasıl yapıldığına ince ayarlamalar yapmanın gerekli olduğu durumlardır. Ancak, öğrenmenin doğrudan beyincik içinde mi gerçekleştiği yoksa beyinciğin yalnızca diğer beyin yapılarında öğrenmeyi teşvik eden sinyaller mi sağladığı konusunda birçok tartışma olmuştur.^[43] Beyinciğin öğrenmeyle ilişkili olduğu teorilerinin çoğu, David Marr^[27] ve James Albus^[7] tarafından öne sürülen, tırmanıcı liflerin paralel lif–Purkinje hücresi sinapslarında sinaptik değişiklikleri başlatan bir öğretici sinyal sağladığı fikrinden türetilmiştir.^[44] Marr, tırmanıcı lif girdisinin senkronize olarak aktive edilen paralel lif girdilerini güçlendireceğini varsaymıştır. Ancak, çoğu sonraki beyincik öğrenme modeli, Albus'un tırmanıcı lif aktivitesinin bir hata sinyali olduğunu ve senkronize aktif paralel lif girdilerinin zayıflatılmasına neden olduğunu varsayarak bu görüşü takip etmiştir. Fujita’nın Uyarlanabilir Filtre modeli gibi bazı son modeller^[45] ise beyincik işlevini optimum kontrol teorisi açısından anlamaya yönelik denemeler yapmıştır.

Tırmanıcı lif aktivitesinin bir hata sinyali olarak işlev gördüğü fikri birçok deneysel çalışmada incelenmiş olup, bazıları bu fikri desteklerken bazıları şüpheyle yaklaşmıştır.^[24] Gilbert ve Thach tarafından 1977’de yapılan öncü bir çalışmada, bir hedefe ulaşma görevini öğrenen maymunların Purkinje hücrelerinde kompleks spike aktivitesinde artış gözlenmiştir—bu aktivite, hücrenin tırmanıcı lif girdisinin etkinliğini güvenilir bir şekilde gösterir—özellikle performans düşükken bu artış daha belirgindir.^[46] Kedilerde yapılan bazı motor öğrenme çalışmaları, hedeflenen hareket ile gerçekleştirilen hareket arasındaki uyumsuzluk olduğunda kompleks spike aktivitesi gözlemlemiştir. Vestibulo-oküler refleks (baş dönerken görsel görüntüyü retina üzerinde sabitleyen refleks) çalışmalarında, tırmanıcı lif aktivitesinin "retinal kaymayı" işaret ettiği bulunmuştur, ancak bu oldukça dolaylı bir şekilde gerçekleşmiştir.^[24]

En kapsamlı çalışılmış beyincik öğrenme görevlerinden biri, göz kırpma koşullanması paradigmasıdır. Bu paradigmada, bir ses veya ışık gibi nötr bir koşullu uyaran (CS), göz kırpma yanıtını uyaran bir hava püskürtmesi gibi koşulsuz bir uyaranla (US) tekrar tekrar eşleştirilir. CS ve US’in bu tekrar eden sunumlarının ardından, CS sonunda bir koşullu yanıt (CR) olarak US’den önce göz kırpma tepkisini uyandırır. Deneyler, derin beyincik çekirdeklerinden biri olan interpoze çekirdeğin belirli bir bölgesine veya beyincik korteksindeki bazı noktalara yerel lezyonlar yapılmasının, zamana bağlı bir göz kırpma tepkisinin öğrenilmesini ortadan kaldırdığını göstermiştir. Eğer beyincik çıkışları farmakolojik olarak etkisiz hale getirilir ve girişler ile hücre içi devreler bozulmadan kalırsa, hayvan hiçbir yanıt göstermese bile öğrenme gerçekleşir; ancak beyincik içi devreler bozulursa öğrenme gerçekleşmez. Bu gözlemler, öğrenmenin gerçekten beyincik içinde gerçekleştiğine güçlü bir kanıt sunmaktadır.^[47]

Beyinciğin anatomik yapısı ve davranışsal işlevleri hakkında geniş bir bilgi birikimi, teorik çalışmalar için verimli bir zemin oluşturmuştur—beyinciğin işlevi hakkında muhtemelen diğer beyin bölgelerinden daha fazla teori vardır. En temel ayrım "öğrenme teorileri" ile "performans teorileri" arasında yapılır—yani, beyincikteki sinaptik plastisiteyi öğrenmedeki rolünü açıklamak için kullanan teoriler ile beyincik sinyal işleme temelinde devam eden davranışın yönlerini açıklayan teoriler. Her iki türden birçok teori matematiksel model olarak formüle edilmiş ve bilgisayarlar kullanılarak simüle edilmiştir.^[44]

Beyinciğin en erken "performans" teorilerinden biri, Valentino Braitenberg'in "gecikme hattı" hipotezidir. 1958'de Braitenberg ve Roger Atwood tarafından ortaya atılan bu teori, paralel lifler boyunca sinyallerin yavaş iletilmesinin belirli bir zaman aralığında beyinciğin zaman ilişkilerini tespit etmesini sağlayan öngörülebilir gecikmeler oluşturduğunu öne sürmüştür.^[48] Deneysel veriler teorinin orijinal biçimini desteklememiş, ancak Braitenberg bu teorinin değiştirilmiş versiyonlarını savunmaya devam etmiştir.^[49] Beyinciğin esas olarak bir zamanlama sistemi olarak işlev gördüğü hipotezi ayrıca Richard Ivry tarafından da desteklenmiştir.^[50] Bir diğer etkili "performans" teorisi ise Pellionisz ve Rodolfo Llinás'ın tensor ağ teorisi olup, beyinciğin temel işleminin duyusal koordinatları motor koordinatlara dönüştürmek olduğu fikrini ileri matematiksel bir formülasyonla açıklamıştır.^[51]

"Öğrenme" kategorisindeki teoriler ise neredeyse tümüyle Marr ve Albus’un çalışmalarından türetilmiştir. Marr’ın 1969 tarihli makalesi, beyinciğin, tırmanıcı lifler tarafından kodlanan temel hareketleri, duyusal bağlamı kodlayan yosunsu lif girdileri ile ilişkilendirmek için bir öğrenme cihazı olduğunu öne sürmüştür.^[27] Albus ise 1971'de bir beyincik Purkinje hücresinin, sinir sisteminden esinlenilmiş soyut bir öğrenme aygıtı olan bir perceptron gibi işlev gördüğünü öne sürmüştür.^[7] Marr ve Albus teorileri arasındaki en temel fark, Marr’ın tırmanıcı lif aktivitesinin paralel lif sinapslarını güçlendireceğini varsayarken, Albus’un bu sinapsları zayıflatacağını öne sürmesidir. Albus, ayrıca bu modelini bir yazılım algoritması olarak formüle etmiş ve CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) adını verdiği bu algoritma birçok uygulamada test edilmiştir.^[52]

Beyincik hastalığı olan bir kadının 1912'den bir yürüyüş bozukluğunu gösteren çizim.

Alt çizgide beyincik hastalığı olan bir hastanın üst çizgiyi kopyalama girişimi görülmektedir.

Beyincikteki hasar genellikle motorla ilişkili belirtilere yol açar ve bu belirtiler hasarın beyinciğin hangi bölgesinde ve nasıl gerçekleştiğine bağlı olarak değişiklik gösterir. Flokkulonodüler loba zarar verilmesi, özellikle denge sorunları nedeniyle geniş bir duruş ile belirginleşen, dengesiz ve düzensiz bir yürüme şeklinde dengenin kaybına yol açabilir.^[14] Lateral zondaki hasar, genellikle planlanmış ve beceri gerektiren istemli hareketlerde güçlük çıkarır ve bu da hareketin kuvveti, yönü, hızı ve genişliği gibi faktörlerde hatalara neden olabilir. Diğer belirtiler arasında hipotoni (kas tonusunda azalma), dizartri (konuşma artikülasyonu sorunları), dismetri (mesafe veya hareket aralığını değerlendirme sorunları), dissyadiadokokinezi (yürüyüş gibi hızlı ardışık hareketlerin yapılamaması), yetersiz kontrol refleksi veya rebound fenomeni ve intansiyon tremoru (zıt kas gruplarının ardışık kasılmaları ile oluşan istemsiz hareket) yer alır.^[53][54] Orta hattaki hasar tüm vücut hareketlerini bozabilirken, daha lateralde lokalize hasar ellerin veya uzuvların ince hareketlerini bozma eğilimindedir. Beyinciğin üst kısmındaki hasar yürüme bozukluklarına ve bacak koordinasyonundaki diğer sorunlara yol açarken, alt kısımdaki hasar kolların ve ellerin uyumsuz veya yetersiz yönlendirilmiş hareketlerine, ayrıca hızda güçlük çekilmesine neden olabilir.^[14] Bu motor belirtiler kompleksine ataksi adı verilir.

Beyincik sorunlarını belirlemek için nörolojik muayene kapsamında yürüyüş değerlendirilir (geniş tabanlı yürüyüş ataksi belirtisi olabilir), parmakla hedef gösterme testleri ve duruş değerlendirilir.^[5] Beyincik işlev bozukluğu şüphesi varsa, herhangi bir yapısal değişikliği ayrıntılı olarak incelemek için manyetik rezonans görüntüleme kullanılabilir.^[55]

Beyincik hasarına yol açabilen tıbbi sorunların listesi uzundur ve inme, kanama, beyinde şişme (serebral ödem), tümörler, alkolizm, silah veya patlayıcı gibi fiziksel travmalar ve olivopontoserabeller atrofi gibi kronik dejeneratif hastalıkları içerir.^[56][57] Bazı migren tipi baş ağrıları da değişen şiddette geçici beyincik işlev bozukluğuna neden olabilir.^[58] Enfeksiyon, prion hastalıkları^[59] ve Guillain–Barré sendromu varyantı olan Miller Fisher sendromu gibi durumlarda beyincik hasarına yol açabilir.

İnsan beyinciği yaşla birlikte değişime uğrar. Bu değişimler beynin diğer bölümlerindekinden farklı olabilir. Epigenetik saat olarak bilinen bir doku yaş belirtecine göre, beyincik, yüz yaşını aşmış bireylerde en genç beyin bölgesidir (ve vücut parçasıdır); yüz yaşındaki bir kişide beklenenden yaklaşık 15 yıl daha gençtir.^[60] Ayrıca, insan beyinciğindeki gen ekspresyonu kalıpları, yaşa bağlı değişikliklere serebral kortekstekine göre daha az duyarlıdır.^[61] Bazı çalışmalarda hücre sayısında veya doku hacminde azalma bildirilmiştir, ancak bu konuda elde edilen veri miktarı sınırlıdır.^[62][63]

Konjenital malformasyonlar, kalıtsal bozukluklar ve edinsel durumlar beyincik yapısını ve dolayısıyla beyincik işlevini etkileyebilir. Nedeni ortadan kaldırılabilir bir durum olmadığı sürece, tedavi yalnızca bireylerin bu sorunlarla yaşamasına yardımcı olmayı hedefler.^[64] Gebeliğin 18-20. haftalarında yapılan tıbbi ultrason ile fetal beyinciğin görüntülenmesi, fetal nöral tüp defekti taraması için %99’a kadar duyarlılık oranı ile kullanılabilir.^[65]

Normal gelişimde, endojen sonic hedgehog sinyalleşmesi, dış granül tabakasında (EGL) beyincik granül nöron progenitörlerinin (CGNP'ler) hızlı çoğalmasını uyarır. Beyincik gelişimi geç embriyonik dönem ve erken postnatal dönemde gerçekleşir; EGL'deki CGNP proliferasyonu erken gelişimde zirve yapar (farede doğum sonrası 7. günde).^[66] CGNP'ler beyincik granül hücresine (CGN) farklılaşarak iç granül tabakasına (IGL) göç ederler ve olgun beyinciği oluştururlar (farede doğum sonrası 20. günde).^[66] Sonic hedgehog sinyalleşmesini anormal şekilde aktive eden mutasyonlar, Gorlin Sendromu olan insanlarda ve genetik olarak modifiye edilmiş fare modellerinde beyincik kanserine (medulloblastom) yatkınlık oluşturur.^[67][68]

Beyincik vermisinin doğuştan malformasyonu veya gelişememesi (hipoplazi), hem Dandy–Walker sendromu hem de Joubert sendromu için karakteristiktir.^[69][70] Çok nadir durumlarda, beyinciğin tamamı eksik olabilir.^[71] Kalıtsal nörolojik bozukluklar olan Machado–Joseph hastalığı, ataksi telenjiektazi ve Friedreich ataksisi, beyincik kaybına bağlı ilerleyici nörodejenerasyon ile ilişkilidir.^[56][64] Beyincik dışında gelişen konjenital beyin malformasyonları, beyincik dokusunun herniasyonuna neden olabilir; bu durum Arnold–Chiari malformasyonunun bazı tiplerinde gözlenir.^[72]

Beyincik dejenerasyonu ile yakından ilişkili diğer durumlar, idiyopatik ilerleyici nörolojik hastalıklar olan multipl sistem atrofi ve Ramsay Hunt sendromu tip I^[73][74] ve beyinde başka yerlerde oluşan tümörlerin beyincikte nöronal kayıplara yol açan otoimmün bir yanıtı tetiklediği bir otoimmün hastalık olan paraneoplastik beyincik dejenerasyonudur.^[75] Akut B1 vitamini (tiamin) eksikliği, örneğin beriberi ve Wernicke-Korsakoff sendromu gibi durumlarda, beyincik atrofisine neden olabilir^[76] veya E vitamini eksikliği de aynı etkiyi yaratabilir.^[64]

Beyincik atrofisi, Huntington hastalığı, multipl skleroz^[59], esansiyel tremor, ilerleyici miyoklonus epilepsisi ve Niemann-Pick hastalığı gibi birçok nörolojik hastalıkta gözlenmiştir. Ayrıca ağır metaller, farmasötik veya keyif verici ilaçlara maruz kalma sonucunda da beyincik atrofisi gelişebilir.^[64]

Beyinciğin ağrı işleme sürecine dahil olduğuna dair genel bir görüş birliği bulunmaktadır.^[77][78] Beyincik, ağrı girdisini hem kortiko-beyincik yolakları üzerinden hem de spino-beyincik yolakları aracılığıyla, pontin nükleusları ve inferior olive yoluyla alır. Bu bilgilerin bir kısmı motor sistemine aktarılır ve ağrı yoğunluğuna göre derecelenen bilinçli bir motor kaçınma davranışı oluşturur.

Bu doğrudan ağrı girdilerinin yanı sıra dolaylı girdilerin de uzun süreli ağrı kaçınma davranışını teşvik ettiği, bunun da kronik postür değişiklikleri ile sonuçlandığı ve bu değişikliklerin vestibüler ve proprioseptif nükleusların fonksiyonel ve anatomik olarak yeniden yapılanmasına neden olduğu düşünülmektedir. Sonuç olarak, kronik nöropatik ağrı, beyincik dahil olmak üzere arka beynin makroskobik anatomik yeniden yapılanmasına yol açabilir.^[26] Bu yeniden yapılanmanın boyutu ve nöron progenitör belirteçlerinin indüklenmesi, bu değişimlere yetişkin nörogenezinin katkısını düşündürmektedir.

Beyincikteki devreler, balıklar, sürüngenler, kuşlar ve memeliler dahil olmak üzere tüm omurgalı sınıfları arasında benzerlik göstermektedir.^[79] Ayrıca, iyi gelişmiş beyinlere sahip sefalopodlarda, örneğin ahtapotlarda, benzer bir beyin yapısı bulunmaktadır.^[80] Bu durum, beyinciğin, beyine sahip tüm hayvan türleri için önemli işlevleri yerine getirdiğine dair kanıt olarak kabul edilmektedir.

Farklı omurgalı türlerinde beyinciğin boyutu ve şekli büyük ölçüde değişiklik gösterir. Amfibilerde beyincik çok az gelişmiştir ve nefesborulu ve çenesiz balıklarda beyincik beyin sapından zar zor ayırt edilebilir durumdadır. Bu gruplarda spinobeyincik mevcut olsa da, birincil yapılar vestibülobeyinciğe karşılık gelen küçük, çift nükleuslardır.^[81] Beyincik sürüngenlerde biraz daha büyük, kuşlarda oldukça büyük ve memelilerde daha da büyüktür. İnsanlarda görülen büyük, çift loblu ve kıvrımlı beyincik yapısı memelilere özgüdür, ancak diğer gruplarda beyincik genellikle tek bir medyan lob olarak bulunur ve yüzeyi düz veya hafifçe olukludur. Memelilerde beyinciğin en büyük kısmını neobeyincik oluştururken, diğer omurgalılarda tipik olarak spinobeyincik baskındır.^[81]

Kıkırdaklı balıklar ve kemikli balıkların beyincikleri olağanüstü büyük ve karmaşıktır. En az bir önemli açıdan iç yapı bakımından memeli beyinciğinden farklılık gösterir: Balık beyinciği, belirgin derin beyincik nükleusları içermez. Bunun yerine, Purkinje hücrelerinin ana hedefleri, beyincik korteksi boyunca dağılan ve memelilerde görülmeyen, farklı bir hücre tipidir. Mormyridae (zayıf elektrosensitif tatlı su balıkları) familyasına ait balıklarda, beyincik beynin geri kalanından oldukça büyüktür. Beyinciğin en büyük kısmı, valvula adı verilen özel bir yapıdır; bu yapı olağanüstü düzenli bir mimariye sahiptir ve girdilerinin çoğunu elektrosensör sistemden alır.^[82]

Memelilerin beyinciğinin ayırt edici özelliği, ana etkileşimleri neokorteks ile olan lateral lobların genişlemesidir. Maymunlar büyük insansı maymunlara evrimleşirken, bu lateral lob genişlemesi neokorteksin frontal loblarıyla birlikte genişlemeye devam etti. Atasal hominidlerde ve orta Pleistosen dönemine kadar Homo sapiens türünde beyincik genişlemeye devam etti, ancak frontal loblar daha hızlı genişledi. Ancak, insan evriminin en son döneminin, neokorteksin biraz küçülmesi ve beyinciğin genişlemesiyle beyinciğin göreceli olarak daha büyük hale gelmesiyle ilişkili olabileceği düşünülmektedir.^[83] İnsan beyninde beyincik, beynin geri kalanıyla karşılaştırıldığında büyümeye devam ederken, serebrum küçülme eğilimi göstermiştir.^[84] Beyincikte motor görevlerin gelişimi ve uygulanması, görsel-mekansal beceriler ve öğrenmenin gerçekleşmesi ile birlikte beyinciğin büyümesinin daha büyük insan bilişsel yetenekleriyle bir tür ilişki taşıdığı düşünülmektedir.^[85] Beyinciğin lateral hemisferleri artık insanlar ve insansı maymunlarda, maymunlardan 2.7 kat daha büyüktür.^[84] Bu büyüme değişiklikleri, daha büyük kas kütlesi ile açıklanamaz. Beyinciğin gelişiminin beynin geri kalanıyla yakından bağlantılı olduğunu ya da beyincikteki sinirsel faaliyetlerin Hominidae evrimi sırasında önemli olduğunu göstermektedir. Beyinciğin bilişsel işlevlerdeki rolü göz önüne alındığında, boyutundaki artışın bilişsel genişlemeye katkı sağlamış olabileceği düşünülmektedir.^[84]

Çoğu omurgalı türünde beyincik ve beyinciğe sitomimari ve nörokimya açısından benzeyen bir veya daha fazla beyincik benzeri yapı bulunur.^[79] Memelilerde bulunan tek beyincik benzeri yapı dorsal koklear nükleustur (DCN). DCN, doğrudan işitsel sinirden girdi alan iki birincil duyusal nükleustan biridir. Alt tabakası, beyincikteki gibi granüler hücreler içerir ve bu hücreler paralel lifler oluşturarak yüzey katmanına yükselir ve yatay olarak ilerler. Yüzey katmanı, anatomik ve kimyasal olarak Purkinje hücrelerine benzeyen sepet hücreleri adı verilen GABAerjik nöronlardan oluşur. DCN’nin çıkış nöronları piramidal hücrelerdir. Bu hücreler glutamaterjik olup bazı yönlerden Purkinje hücrelerine benzerler—paralel liflerden gelen girdileri alan dikenli, yassı dendritik ağaçlara sahiptirler, ayrıca işitsel sinir liflerinden gelen girdileri alan bazal dendritleri de bulunur. DCN, en çok kemirgenlerde ve diğer küçük hayvanlarda gelişmiştir; primatlarda ise daha az gelişmiştir. İşlevi tam olarak anlaşılmamış olsa da, en yaygın varsayımlar bu yapıyı bir şekilde mekânsal işitme ile ilişkilendirir.^[86]

Çoğu balık ve amfibi türünde, suda basınç dalgalarını algılayan bir yanal çizgi sistemi bulunur. Yanal çizgi organından birincil girdi alan beyin bölgelerinden biri olan mediyal oktavolateral nükleus, granüler hücreler ve paralel lifler içeren beyincik benzeri bir yapıya sahiptir. Elektrosensitif balıklarda, elektrosensör sistemden gelen giriş dorsal oktavolateral nükleusa gider; bu yapı da beyincik benzeri bir yapıya sahiptir. Işın yüzgeçli balıklar (en büyük grubu oluştururlar) arasında, optik tektumun bir tabakası olan marjinal tabaka da beyincik benzeri özellikler taşır.^[79]

Bu beyincik benzeri yapıların tümü esas olarak duyusal işleve yönelik görünmektedir, motor işlevlerle ilgili değildir. Hepsinde, paralel lifler oluşturan ve Purkinje-benzeri nöronlara modifiye edilebilir sinapslarla bağlanan granüler hücreler bulunur, ancak hiçbiri beyincikteki gibi tırmanan liflere sahip değildir; bunun yerine doğrudan çevresel duyusal organlardan girdi alırlar. Hiçbirinin kesin bir işlevi kanıtlanmamış olsa da, en yaygın varsayım, duyusal girdileri karmaşık bir şekilde işleyerek, muhtemelen vücut postüründeki değişikliklere uyum sağladıkları yönündedir.^[79] Aslında, James M. Bower ve diğer bazı araştırmacılar, bu yapılar ve beyincik üzerine yapılan çalışmalar doğrultusunda, beyinciğin esasen bir duyusal yapı olduğu ve motor kontrolüne duyusal sinyalleri kontrol edecek şekilde vücudu hareket ettirerek katkı sağladığı görüşünü savunmuşlardır.^[87] Bower’ın bu görüşüne rağmen, beyinciğin memelilerde motor çıktıyı doğrudan etkilediğine dair güçlü kanıtlar da vardır.^[88][89]

En eski anatomistler bile beyinciği kendine özgü görünümü sayesinde tanıyabiliyordu. Aristoteles ve Herophilus (Galen tarafından alıntılanmıştır) beyinciğe, beynin kendisi anlamına gelen ἐγκέφαλος (enkephalos) yerine, παρεγκεφαλίς (parenkephalis) adını vermiştir. Galen'in detaylı tanımlaması günümüze ulaşan en eski açıklamadır. Beyinciğin motor sinirlerin kaynağı olduğunu öne sürmüştür.^[90]

Önemli gelişmeler ancak Rönesans döneminde gelmiştir. Vesalius beyincikten kısaca bahsetmiş, anatomisi ise 1664'te Thomas Willis tarafından daha kapsamlı bir şekilde tanımlanmıştır. 18. yüzyılda beyincik üzerine daha fazla anatomik çalışma yapılmış, ancak beyinciğin işlevine dair ilk önemli bulgular 19. yüzyılın başlarında elde edilmiştir. 1809'da Luigi Rolando, beyincik hasarının motor bozukluklara yol açtığını saptamıştır. 19. yüzyılın ilk yarısında Jean Pierre Flourens, beyinciğin hayvanlardaki işlevini inceleyen deneysel çalışmalar yapmış ve beyincik hasarı olan hayvanların hareket edebildiğini, ancak koordinasyon kaybı (garip hareketler, bozuk yürüme ve kas zayıflığı) yaşadıklarını, lezyon çok geniş değilse iyileşmenin neredeyse tam olduğunu ortaya koymuştur.^[91] 20. yüzyılın başlarına gelindiğinde, beyinciğin temel işlevinin motor kontrol ile ilgili olduğu genel kabul görmüştü; 20. yüzyılın ilk yarısında, insanlarda beyincik hastalığı ile ilişkili klinik semptomların detaylı tanımları yapılmıştır.^[5]

Cerebellum adı, cerebrum (beyin) kelimesinin küçültme formudur;^[92] kelimenin tam çevirisi küçük beyin olarak yapılabilir. Latince ad, yapıyı tanımlayan bilinen ilk yazar olan Aristoteles'in eserlerinde geçen ve Antik Yunanca kökenli παρεγκεφαλίς (parenkephalis) kelimesinin doğrudan çevirisidir.^[93] İngilizce literatürde başka bir isim kullanılmamaktadır, ancak tarih boyunca Yunanca veya Latince kökenli çeşitli adlar kullanılmıştır; bunlar arasında cerebrum parvum,^[94] encephalion,^[95] encranion,^[94] cerebrum posterius,^[96] ve parencephalis bulunmaktadır.^[94]

Wikimedia Commons'ta Beyincik ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

• Cerebellum - Cell Centered Database7 Ekim 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• NIF Search - Cerebellum via the Neuroscience Information Framework