Denna webbsida är endast avsedd för läkare och sjukvårdspersonal med förskrivningsrätt.

Lillhjärnans roll i timing av rörelser

Tidsmässig kontroll, ”timing”, är en viktig aspekt av alla rörelser. Betänk vad som händer om du lutar tekoppen en bråkdel av en sekund innan du fört den mot munnen eller om en pianist trycker ner en tangent några millisekunder för sent! Det räcker faktiskt att en tangentnedtryckning är feltimad med 20 millisekunder för att en vaken lyssnare skall höra felet. En särskilt viktig typ av rörelser som man inte får glömma är vårt tal – det blir helt obegripligt om inte varje ljud kommer i rätt ögonblick. Läs mer i denna spännande artikel av Germund Hesslow, professor i neurofysiologi vid Lunds universitet.

Det har länge varit ett mysterium hur denna timing går till. Det verkar dock som om många hjärnregioner är inblandade.1 Yvonne Johansson har nyligen beskrivit den roll som så kallade ”medium spiny neurons” i Striatum spelar i timing (Neurologi i Sverige, 10 Juni, 2020). Här tänkte jag beskriva det vi vet om en annan struktur som är viktig för tidsmässig kontroll av rörelser, nämligen cerebellum,2 där man de senaste åren har påvisat existensen av en sorts ”mikroklockor”. Cerebellum tycks vara säte för inlärda automatiserade rörelser.

Parkinsonpatienter har svårt att initiera automatiska sekvenser, men när sådana sekvenser väl kommit igång kan de ofta fortlöpa relativt problemfritt med korrekt timing. Ett
exempel på en parkinsonpatient med grava symtom, som likväl kan spela piano häpnadsväckande bra, kan beskådas i detta Youtubeklipp: https://www.youtube.com/watch?v=
FFx3MDQ-osYKunskapen om cerebellums roll i timing kommer ifrån studiet av en mycket enkel typ av motorisk inlärning, en betingad blinkreflex. Den betingade reflexen har betraktats som en fundamental form av associativt minne alltsedan den beskrevs av Ivan Pavlov3 för mer än ett århundrade sedan och blinkbetingning har blivit en populär experimentell modell för motorisk inlärning. Den är lätt att etablera och mäta och tycks fungera likartat hos alla däggdjur, inklusive människan.

En luftpuff som riktas mot hornhinnan utlöser en blinkreflex. Om ett neutralt stimulus, till exempel en ton, regelbundet föregår luftpuffen kommer tonen efter en tids träning själv att utlösa en blinkning [Bild 1]. Nästan vilket stimulus som helst kan användas och kan kopplas med nästan vilken motorisk reflex som helst. Den betingade reflexen är precist timad. Den når normalt sitt maximum just när luftpuffen kommer, det vill säga just när den gör mest nytta för att skydda ögat. Om man låter tonen föregå luftpuffen med exempelvis 250 millisekunder, kommer den betingade blinkningen att nå sitt maximum vid 250 millisekunder. Ökar man tiden mellan ton och luftpuff till 500 millisekunder kommer blinkningen efter en tids ytterligare träning att istället nå sitt maximum vid 500 millisekunder.

Om man växlar mellan två olika intervall mellan ton och luftpuff, blir resultatet två blinkningar i snabb följd anpassade till var sitt intervall [Bild 1]. Man visade redan på 1980-talet att den betingade reflexen hos kaniner försvinner om man blockerar utflödesvägen från cerebellum eller de djupa kärnorna och kan inte läras in igen. Däremot går det utmärkt att lära in en betingad blinkreflex hos ett försöksdjur som decerebrerats, det vill säga helt saknar storhjärna och basala ganglier, men har en intakt cerebellum. Senare forskning har visat att inlärningen äger rum i cerebellums cortex, närmare bestämt i Purkinjecellerna. Cerebellums bark har flera egenskaper som gör den unikt lämpad för inlärning av nya associationer. Den funktionella enheten i cerebellum är ett sagittalt orienterat band av något hundratal Purkinjeceller, en så kallad mikrozon.4 Varje muskel kontrolleras av en eller flera mikrozoner. Purkinjecellerna har stora enormt förgrenade dendritträd som breder ut sig i ett plan, vinkelrätt mot foliet.

Purkinjecellerna har (utöver lokala inhibitoriska interneuron) två mycket olika typer av inflöden [Bild 2]. Interaktionen mellan dessa inflöden är nyckeln till förståelsen av hur cerebellum fungerar. Dels mottar varje Purkinjecell en enda så kallad klättertråd från nedre oliven i pons. Klättertråden förmedlar ”felsignaler”; den indikerar att den muskel som kontrolleras av mikrozonen inte gör vad den skall i den aktuella situationen och instruerar Purkinjecellen att ändra sitt reaktionsmönster i sådana situationer i framtiden.

Läs hela artikeln