The role of the cerebellum in movement, thought, and emotion

Abstract

Evidència derivada de múltiples camps d’estudi ha establert que el cerebel està involucrat en funcions motores, cognitives, i afectives. Estudis anatòmics revelen que el cerebel està connectat a zones motores i no motores dels territoris extra-cerebel·losos; lesió o degeneració del cerebel genera una síndrome motora cerebel·losa però també una síndrome cognitiva i afectiva cerebel·losa; estudis de neuroimatge revelen activació del cerebel en processos motors i no motors; i molts estudis han descrit anormalitats cerebel·loses en nombroses malalties neurològiques i psiquiàtriques que alteren la cognició i les emocions. El compendi d’estudis que s’inclou en aquesta tesi presenta els següents avanços en la comprensió del rol del cerebel en processos motors, cognitius, i afectius: (i) evidència que recolza la presència d’anormalitats en funcions executives, lingüístiques, visuals-espacials, i afectives que caracteritzen la síndrome cognitiva i afectiva cerebel·losa, (ii) la descripció de similituds entre dèficits motors i lingüístics en pacients amb malalties cerebel·loses, que reforça la idea que hi ha una computació uniforme que subjau la modulació cerebel·losa dels processos motors, cognitius, i afectius (“Universal Cerebellar Transform theory”), (iii) una revisió de la rellevància i l’evidència que suporta la “Universal Cerebellar Transform theory”, (iv) evidència confirmatòria per la presència i distribució de regions funcionals cerebel·loses motores i no motores, que reafirma els principis anatòmics que subjauen la “Universal Cerebellar Transform theory”, (v) la descripció d’una triple representació de tasques no motores en el cerebel, revelant noves preguntes clíniques i científiques, (vi) el descobriment d’un principi fonamental de “movement-to-thought” en la macro-organització del cerebel, que pot servir com a marc guia per futures investigacions sobre el cerebel en diferents disciplines neurocientífiques.

Evidencia derivada de múltiples campos de estudio ha establecido que el cerebelo está involucrado en funciones motoras, cognitivas, y afectivas. Estudios anatómicos revelan que el cerebelo está conectado a zonas motoras y no motoras de territorios extra-cerebelosos; lesión o degeneración del cerebelo genera un síndrome motor cerebeloso pero también un síndrome cognitivo y afectivo cerebeloso; estudios de neuroimagen revelan activación del cerebelo en procesos motores y no motores; y muchos estudios han descrito anormalidades cerebelosas en numerosas enfermedades neurológicas y psiquiátricas que alteran la cognición y las emociones. El compendio de estudios que se incluye en esta tesis presenta los siguientes avances en nuestra comprensión del rol del cerebelo en procesos motores, cognitivos, y afectivos: (i) evidencia que apoya la presencia de anormalidades en funciones ejecutivas, lingüísticas, visual-espaciales, y afectivas que caracterizan el síndrome cognitivo y afectivo cerebeloso, (ii) la descripción de similitudes entre anormalidades motoras y lingüísticas en pacientes con enfermedades cerebelosas, que refuerza la idea de que hay una computación uniforme que subyace la modulación cerebelosa de los procesos motores, cognitivos, y afectivos (“Universal Cerebellar Transform theory”), (iii) una revisión de la relevancia y la evidencia que soporta la “Universal Cerebellar Transform theory”, (iv) evidencia confirmatoria de la presencia y la distribución de regiones funcionales cerebelosas motoras y no motoras, que reafirma los principios anatómicos que subyacen la “Universal Cerebellar Transform theory”, (v) la descripción de una triple representación de procesos no motores en el cerebelo, revelando nuevas preguntas clínicas y científicas, (vi) el descubrimiento de un principio fundamental de “movement-to-thought” en la macro-organización del cerebelo, que puede servir como marco guía para futuras investigaciones sobre el cerebelo en distintas disciplinas neurocientíficas.

Evidence from multiple fields of study has established that the cerebellum is involved in motor, cognitive, and affective processes. Anatomical studies reveal cerebellar connections to motor and non-motor extracerebellar territories; cerebellar injury or degeneration results in a cerebellar motor syndrome but also in a cerebellar cognitive/affective syndrome; neuroimaging studies reveal cerebellar activation in motor and nonmotor processes; and many studies have reported cerebellar abnormalities in numerous neurological and psychiatric diseases that degrade cognition and affect. The compendium of studies that are included in this thesis present the following advances in our understanding of the role of the cerebellum in movement, thought, and emotion: (i) evidence supporting the presence of executive, linguistic, visual spatial, and affective impairments that characterize the Cerebellar Cognitive Affective syndrome, (ii) the description of similarities between linguistic and motor deficits in cerebellar dysfunction, which reinforces the notion of that a uniform computation underlies the cerebellar modulation of movement, thought, and emotion (Universal Cerebellar Transform theory), (iii) a review of the supporting evidence and relevance of the Universal Cerebellar Transform theory, (iv) confirmatory evidence of the presence and arrangement of functionally specialized motor and nonmotor regions of the cerebellum, which reaffirms the anatomical principles that underlie the notion of a Universal Cerebellar Transform, (v) the novel description of triple representation of non-motor task processing in the cerebellum, unmasking new clinical and basic science questions, and (vi) the discovery of a fundamental movement-to-thought principle of cerebellar macro-scale organization, which can serve as a guiding framework for future cerebellar research across neuroscience disciplines.