Tiểu não là cấu trúc giải phẫu lớn nhất của não sau (hay trám não) của tất cả các loài động vật có xương sống. Mặc dù tiểu não thường nhỏ hơn đại não (như tên gọi của nó), ở một số loài động vật như cá thuộc Họ Cá mũi voi, tiểu não có kích thước bằng hoặc thậm chí lớn hơn đại não. Ở người, tiểu não đóng vai trò quan trọng trong điều hòa vận động, chi phối các chức năng nhận thức như chú ý và ngôn ngữ, điều hòa cảm xúc, chẳng hạn phản ứng sợ hãi và khoái cảm, nhưng chủ yếu là điều chỉnh hình thức của một chuyển động. Tiểu não của con người không quyết định thực hiện chuyển động, nhưng góp phần vào chức phận phối hợp vận động, độ chính xác và thời gian chính xác: nó nhận thông tin từ hệ thần kinh cảm giác (từ các giác quan) của tủy sống và từ các bộ phận khác của não, sau đó tích hợp các thông tin đầu vào này để điều chỉnh hoạt động. Tổn thương tiểu não gây ra các rối loạn về chuyển động tinh tế, cảm giác thăng bằng, cảm giác về tư thế và khả năng học vận động ở người.

Ngoài vai trò trực tiếp trong việc kiểm soát vận động, tiểu não còn có khả năng học vận động, đặc biệt là học cách điều chỉnh vận động theo những thay đổi của cảm giác. Một số mô hình lý thuyết đã được phát triển để giải thích sự hiệu chuẩn cảm giác-vận động (sensorimotor calibration) theo khả biến thần kinh trong tiểu não. Các mô hình lý thuyết này bắt nguồn từ các mô hình do David Marr và James Albus xây dựng. Mô hình này dựa trên quan sát rằng mỗi tế bào Purkinje ở tiểu não nhận được hai loại tín hiệu đầu vào, hai loại này có sự khác nhau đáng kể: loại thứ nhất chứa hàng nghìn tín hiệu đầu vào yếu, đến từ các sợi song song của các tế bào hạt; loại thứ hai là tín hiệu đầu vào cực mạnh, đến từ một sợi leo (climbing fiber) duy nhất. Khái niệm cơ bản của thuyết Marr–Albus là sợi leo đóng vai trò như một "tín hiệu chỉ bảo" (thuật ngữ tạm dịch, từ gốc là "teaching signal"), tạo ra sự thay đổi lâu dài về cường độ của các tín hiệu đầu vào đến từ sợi song song. Các quan sát về ức chế hóa dài hạn trong tín hiệu đầu vào đến từ sợi song song củng cố phần nào thuyết này, nhưng tính đúng đắn vẫn còn gây tranh cãi.

Cấu trúc giải phẫu

Ở cấp độ giải phẫu học đại thể, tiểu não bao gồm một lớp vỏ não được xếp chồng chặt chẽ, bên dưới là lớp chất trắng và não thất tư chứa đầy dịch não tủy. Bên trong chất trắng là bốn nhân tiểu não sâu. Mỗi phần của vỏ tiểu não có cùng một tập hợp nhỏ các neuron được sắp xếp theo một cấu trúc hình học có quy tắc. Sau khi nghiên cứu chức năng của tiểu não và mạng lưới kết nối thông tin bên trong, người ta chia tiểu não thành các đơn vị cấu trúc chức năng nhỏ hơn. Hiện nay, việc phân chia này vẫn chưa thống nhất trong giới nghiên cứu. Tuy nhiên, theo tổng kết của Ruigrok và cộng sự, tiểu não được chia thành các đơn vị chức năng (module), tiểu đơn vị (micromodule/microcomplex),  tiểu vùng (microzone) với những cấu trúc đặc trưng về mô học và chức năng. Cách phân chia này đang dần được áp dụng.

Giải phẫu học đại thể

phải|nhỏ| Tiểu não nhìn từ trên xuống và từ phía sau Tiểu não nằm ở hố sọ sau. Các chi tiết nằm ở phía trước tiểu não não thất tư, cầu não và hành não. Ở phía ngoài, tiểu não ngăn cách với đại não bởi một lớp màng cứng, gọi là lều tiểu não; tất cả các đường dẫn truyền thần kinh của tiểu não đến các vị trí của đại não đều đi qua cầu não. Các nhà giải phẫu phân loại tiểu não là một phần của phần trước não sau (metencephalon), bao gồm cả cầu não. Phần trước não sau là phần trên của trám não hoặc "não sau". Giống như vỏ não, tiểu não được chia thành hai bán cầu tiểu não; có một vùng đường giữa hẹp gọi là nhộng tiểu não (trước đây gọi là thùy giun). Theo quy ước, một tập hợp các nếp gấp lớn hợp lại với nhau, chia cấu trúc tổng thể thành 10 "tiểu thùy" nhỏ hơn. Do có số lượng lớn các tế bào hạt nhỏ nên tiểu não chứa nhiều neuron hơn tổng số neuron ở các phần còn lại của não. Tuy vậy về thể tích thì tiểu não chỉ chiếm 10% tổng thể tích não. Số lượng tế bào thần kinh ở tiểu não có liên quan đến số lượng tế bào thần kinh ở vỏ não mới (neocortex). So với trong vỏ não mới, số lượng neuron trong tiểu não gấp 3,6 lần, tỷ lệ này tương đối giống nhau ở nhiều loài động vật có vú.

Phần lớn thể tích tiểu não của nó được tạo thành từ một lớp chất xám được gấp nếp chặt chẽ, tạo nên vỏ tiểu não. Mỗi gờ hoặc nếp gấp trong lớp này được gọi là lá (folia cerebelli). MRI độ phân giải cao cho thấy vỏ não tiểu não của người trưởng thành có diện tích 730 cm vuông, kích thước 6 cm×5 cm×10 cm.

Ba cặp cuống tiểu não (cerebellar peduncle) là nơi tụ hợp các đường dẫn truyền của tiểu não với các phần khác nhau của hệ thần kinh. Đó là cuống tiểu não trên, cuống tiểu não giữa và cuống tiểu não dưới, được đặt tên theo vị trí của chúng khi đối chiếu với nhộng tiểu não. Cuống tiểu não trên chủ yếu chứa sợi thần kinh thuộc đường ra khỏi tiểu não đến vỏ não, đó là các sợi hướng tâm qua nhân đồi thị đến các neuron vận động trên ở vỏ não. Các sợi này xuất phát từ nhân tiểu não sâu. Cuống tiểu não giữa có sợi nối với cầu não, nhận toàn bộ thông tin đầu vào đến từ cầu não, chủ yếu từ nhân cầu. Cụ thể, đường dẫn truyền xuất phát từ các sợi ở vỏ não đến cầu não, rồi từ nhân cầu qua các sợi ngang cầu não đến tiểu não. Cuống tiểu não giữa có kích thước lớn nhất trong ba cuống và các sợi hướng tâm của nó tạo thành ba bó riêng biệt dẫn đến các phần khác nhau của tiểu não. Cuống tiểu não dưới nhận thông tin từ các sợi hướng tâm từ nhân tiền đình, tủy sống và trần trung não (tegmentum). Cuống tiểu não dưới là đường ra của các sợi hướng tâm đến nhân tiền đình và cấu tạo lưới. Sợi điều chỉnh là các vào đến từ nhân trám dưới đi qua cuống tiểu não dưới đến toàn bộ tiểu não. Vùng này cho các sợi đến các nhân tiểu não sâu, sau đó chiếu lên cả vỏ não và thân não, có chức năng điều chỉnh hệ vận động. đánh giá thông tin nhận được từ cảm giác để đưa ra hành động,).

Giải phẫu vi thể

Hai loại neuron đóng vai trò chủ đạo trong mạch thần kinh của tiểu não là tế bào Purkinje và tế bào hạt (granule cell). Ba loại sợi trục đóng vai trò chủ đạo là sợi rêu (mossy fiber), sợi leo (climbing fiber), hai sợi này đi vào tiểu não từ bên ngoài, và sợi trục thứ ba là sợi song song (parallel fiber, là sợi trục của tế bào hạt). Có hai đường dẫn truyền chính trong mạch thần kinh của tiểu não có nguyên ủy là từ sợi rêu và sợi leo, cả hai cuối cùng đều tận cùng ở các nhân tiểu não sâu.

Vỏ tiểu não được chia thành ba lớp. Lớp sâu nhất là lớp tế bào hạt có kích thước dày, chứa đầy các tế bào hạt (như tên gọi), cùng với các neuron trung gian (interneuron) chủ yếu là tế bào Golgi, ngoài ra còn có tế bào Lugaro và tế bào chổi đơn cực (Unipolar brush cell - UBC). Lớp giữa là lớp tế bào Purkinje, một vùng hẹp chứa thân tế bào Purkinje và tế bào thần kinh đệm Bergmann. Phía ngoài cùng là lớp phân tử, chứa các sợi nhánh dẹt của tế bào Purkinje, cùng với các sợi song song xuyên qua sợi nhánh của tế bào Purkinje theo góc vuông hình chữ T. Lớp ngoài cùng của vỏ tiểu não cũng chứa hai loại neuron trung gian ức chế: tế bào sao (stellate cell) và tế bào rổ (basket cell). Cả tế bào sao và tế bào rổ đều tạo ra các synapse GABAergic lên các sợi nhánh của tế bào Purkinje.]] Tế bào Purkinje là một trong những tế bào thần kinh đặc biệt nhất trong não và là một trong những loại tế bào được phát hiện sớm nhất. Năm 1837, nhà giải phẫu học người Séc Jan Evangelista Purkyně là người đầu tiên mô tả tế bào Purkinje, đặc trưng bởi sợi nhánh: đuôi gai tế bào này phân nhánh rất nhiều, nhưng bị ép dẹt thành một mặt phẳng có hướng vuông góc với các nếp gấp tiểu não. Do đó, sợi nhánh của tế bào Purkinje tạo thành một mạng lưới dày đặc, phẳng. Các sợi song song (sợi trục của tế bào hạt) đi qua mạng lưới sợi nhánh tế bào Purkinje theo góc vuông. Các nghiên cứu sinh lý học đã chỉ ra rằng các xung phức hợp (tốc độ ban đầu vào khoảng 1 Hz, không bao giờ cao hơn 10 Hz) có mối tương quan chặt chẽ tới hoạt động của sợi leo, trong khi xung đơn giản được tạo ra bởi sự kết hợp giữa hoạt động ở ngưỡng và thông tin đầu vào của sợi song song. Theo sau các xung phức hợp thường là một khoảng thời kỳ trơ kéo dài vài trăm mili giây, lúc này hoạt động xung đơn giản bị ngăn chặn, không thực hiện được.

Lớp tế bào hạt

phải|nhỏ| Tế bào hạt (GR, dưới cùng), sợi song song (các đường ngang, trên cùng) và tế bào Purkinje (P, giữa) với sợi nhánh dẹt Trái ngược với tế bào Purkinje, tế bào hạt tiểu não là một trong những neuron nhỏ nhất của não. Chúng cũng là những neuron có số lượng nhiều nhất: Ở người, ước tính trung bình khoảng 50 tỷ tế bào hạt, điều đó có nghĩa là khoảng 3/4 số neuron của bộ não là tế bào hạt tiểu não.

Sợi rêu

Các sợi rêu đi vào lớp hạt từ điểm xuất phát của chúng, nhiều sợi có nguyên ủy từ nhân cầu, một số khác từ tủy sống, nhân tiền đình, v.v. Tiểu não của người có khoảng 200 triệu sợi rêu.

Cấu trúc khoang xuất phát từ các nghiên cứu về trường nhận thức của tế bào ở nhiều phần khác nhau của vỏ tiểu não. Nhuộm miễn dịch tiểu não bằng một số loại protein nhất định có thể giúp nhìn rõ hơn cách chia khoang của tiểu não. Marker hay dùng là "zebrin", vì khi nhuộm sẽ tạo ra hoa văn phức tạp trông tựa như sọc trên lưng ngựa vằn. Các "sọc vằn" tạo ra bởi "zebrin" và các dấu hiệu phân chia khoang bởi các marker khác có đường định hướng vuông góc với các nếp gấp tiểu não—tức là chúng hẹp theo hướng trong-ngoài nhưng dài và rộng theo hướng dọc. Các marker khác nhau tạo ra hình thánh "sọc vằn" khác nhau, chiều rộng và chiều dài thay đổi tùy theo vị trí, nhưng tất cả đều có cùng hình dạng chung. Microzone được định nghĩa là một nhóm các tế bào Purkinje có cùng một trường nhận thức bản thể (somatotopic receptive field). Microzone chứa khoảng 1000 tế bào Purkinje, được sắp xếp thành một dải dài, hẹp, hướng vuông góc với các nếp gấp của vỏ não.

• SCA cấp máu cho vùng trên của tiểu não. Động mạch này đi ở bề mặt trên và phân nhánh vào màng mềm, tại đó các nhánh này thông với các nhánh của AICA và PICA.
• AICA cung cấp máu cho phần trước của mặt dưới tiểu não.
• PICA ở mặt dưới, tại đây động mạch phân thành nhánh trong và nhánh ngoài. Nhánh trong tiếp tục chạy về phía sau đến vị trí giữa hai bán cầu tiểu não. Nhánh ngoài cấp máu cho mặt dưới của tiểu não, cho đến tận bờ ngoài để thông với AICA và SCA.

Chức năng

Lâm sàng

Để tìm hiểu về vai trò của tiểu não, bằng chứng thuyết phục nhất là nghiên cứu các hậu quả sau khi làm tổn thương tiểu não. Động vật và người bị rối loạn chức năng tiểu não thường gặp vấn đề về kiểm soát vận động ở cùng bên cơ thể với phần tiểu não bị tổn thương. Họ vẫn có thể thực hiện hoạt động vận động nhưng không còn độ chính xác, xuất hiện các chuyển động bất thường, thiếu phối hợp chuyển động (thiếu hiệp đồng), hoặc tạo chuyển động không đúng thời điểm. Một nghiệm pháp đánh giá chức năng tiểu não là đưa đầu ngón tay đến một mục tiêu cách xa cánh tay (chẳng hạn như nghiệm pháp ngón tay trỏ mũi). Đặc biệt, Hội chứng rối loạn nhận thức tiểu não hoặc hội chứng Schmahmann đã được mô tả ở người lớn Sử dụng chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) để lập ra bản đồ chức năng của tiểu não một cách ước lượng cho thấy rằng hơn một nửa vỏ tiểu não được kết nối với các vùng tương ứng của vỏ não.

Chức năng vi tính điện học neuron của tiểu não (neuronal dynamics)

Kenji Doya cho rằng không nên dựa trên các hành vi mà tiểu não chi phối để quy định chức năng của tiểu não, mà phải dựa trên các chức năng vi tính thần kinh của tiểu não (neural computation function). Tiểu não chứa một số lượng lớn các module ít nhiều độc lập nhau, tất cả đều có cùng cấu trúc bên trong đều đặn về mặt hình học. Do đó, người ta cho rằng tất cả đều thực hiện cùng một "vi tính" (computation). Nếu các luồng vào và luồng ra của một module nằm trong vùng vận động (như nhiều module khác), thì module sẽ liên quan đến hành vi vận động; nhưng nếu các luồng vào và luồng ra nằm trong vùng liên quan đến nhận thức không phải vận động, thì module sẽ liên quan đến các loại tương quan hành vi khác. Do đó, có mối tương quan giữa tiểu não với quá trình điều chỉnh nhiều đặc điểm chức năng khác nhau như tình cảm (affection), cảm xúc (emotion) bao gồm nhận thức (perception) ngôn ngữ, cơ thể, cảm xúc và hành vi (behavior). Doya cho rằng tiểu não có vai trò lựa chọn hành động dự đoán dựa trên "mô hình nội bộ" ("internal models") của môi trường hoặc dựa trên kỹ thuật học có giám sát (supervised learning). Vai trò này trái ngược với hạch nền (là chất xám nằm sâu trong bán cầu đại não) thì thực hiện kỹ thuật học tăng cường; vỏ não thì thực hiện học không có giám sát. Sau khoảng 30 năm nghiên cứu não bộ, chức năng tiểu não được đề xuất là tạo ra các mô hình tinh thần (mental model) được tối ưu hóa và tương tác chặt chẽ với vỏ não, nơi các mô hình nội bộ (internal models) cập nhật các trải nghiệm như trực giác sáng tạo (hiện tượng "à há" – "a ha" phenomenon) trong trí nhớ làm việc.)

Nguyên tắc

Trước đây, sự đơn giản và tính quy luật tương đối của giải phẫu tiểu não được coi là có mối tương quan tới sự đơn giản của chức năng vi tính (computational function). Một trong những cuốn sách đầu tiên về điện sinh lý tiểu não mang tên The Cerebellum as a Neuronal Machine (tạm dịch: Tiểu não như một Cỗ máy Thần kinh) của John C. Eccles, Masao Ito và János Szentágothai đã thể hiện quan điểm đó. Mặc dù hiện nay vẫn chưa có sự hiểu biết đầy đủ về chức năng của tiểu não, nhưng chức năng tiểu não phải thỏa mãn ít nhất bốn nguyên tắc: (1) xử lý chuyển tiếp (feedforward processing), (2) phân kỳ và hội tụ (divergence and convergence), (3) tính module (modularity) và (4) tính thích ứng (plasticity).

Xử lý chuyển tiếp (feedforward processing): Tiểu não khác với hầu hết các bộ phận khác của não (đặc biệt là vỏ đại não) ở chỗ quá trình xử lý tín hiệu gần như hoàn toàn chuyển tiếp (feedforward), tức là tín hiệu di chuyển theo một hướng trong hệ thống từ luồng vào đến luồng ra, rất ít có sự truyền dẫn nội bộ. Lượng ít sự truyền dẫn nội bộ đó tự động ức chế, triệt tiêu lẫn nhau; không có mạch thần kinh kích thích nào cả. Tiểu não có tính chất feedforward này nghĩa là tiểu não không thể tự tạo ra hoạt động thần kinh và tự duy trì chúng, điều này trái ngược với vỏ não. Luồng tín hiệu đi vào mạch, được xử lý theo trình tự, sau đó tạo thành luồng tín hiệu đi ra, hầu như không có một trí nhớ ngắn hạn nào. Eccles, Ito và Szentágothai đã viết, "Việc loại trừ mọi khả năng tồn tại sự kích thích neuron chắc chắn là một lợi thế lớn trong "hiệu suất làm việc" (performance) của tiểu não tựa như một máy tính, bởi vì phần còn lại của hệ thần kinh luôn yêu cầu tiểu não phải phản ứng nhanh chóng và rõ ràng với luồng đầu vào của bất kỳ tập thông tin cụ thể nào, chứ có lẽ không yêu cầu tiểu não phải cho luồng đầu ra là kết quả của việc xử lý luồng thông tin phức tạp trong tiểu não."

Phân kỳ và hội tụ: Trong tiểu não người, thông tin từ 200 triệu đầu vào từ sợi rêu sẽ truyền tới 40 tỷ tế bào hạt, sau đó các thông tin đầu ra đến sợi song song của tế bào hạt hội tụ lại truyền đến 15 triệu tế bào Purkinje.

Học thuyết "Học tập"

Có nhiều bằng chứng cho thấy tiểu não đóng vai trò thiết yếu trong một số loại học tập vận động, đặc biệt là tinh chỉnh cách thực hiện hành động. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tranh cãi về việc liệu việc "học tập" có diễn ra trong chính tiểu não hay không, hay liệu tiểu não chỉ cung cấp các tín hiệu thúc đẩy việc học ở các cấu trúc não khác. Marr cho rằng luồng thông tin đầu vào sợi leo sẽ khiến luồng đầu vào sợi song song được kích hoạt đồng bộ được tăng cường. Tuy nhiên, hầu hết các mô hình học tập tiểu não sau này đều đi theo Albus cho rằng khi hoạt động của sợi leo có thể bị sai lạc hay là tín hiệu lỗi và sẽ khiến luồng đầu vào sợi song song được kích hoạt đồng bộ bị suy yếu đi. Một số mô hình sau này, chẳng hạn như mô hình lọc thích ứng (Adaptive Filter) của Fujita đã cố gắng tìm hiểu chức năng tiểu não theo lý thuyết điều khiển tối ưu.

Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm để trả lời câu hỏi "liệu sợi leo hoạt động để tạo tín hiệu lỗi". Một số nghiên cứu ủng hộ nhưng cũng có nhiều nghiên cứu nghi ngờ. Một số nghiên cứu về khả năng học vận động ở mèo, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy xuất hiện hoạt động xung phức hợp khi có sự không khớp giữa "chuyển động dự kiến" và "chuyển động thực sự được thực hiện". Các nghiên cứu về phản xạ mắt-tiền đình (giúp ổn định hình ảnh thị giác trên võng mạc trong khi khi đầu quay), hoạt động của sợi leo gắn với "sự trượt võng mạc" (retinal slip), tuy vậy mối quan hệ này không thực rõ ràng.

Lý thuyết và mô hình vi tính

phải|nhỏ| Mô hình thuật toán perceptron tiểu não do [[James Albus xây dựng]] Kiến thức rộng lớn về cấu trúc giải phẫu và chức năng hành vi của tiểu não là mãnh đất màu mỡ để phát triển các học thuyết. Có lẽ có nhiều học thuyết về chức năng của tiểu não hơn tất thảy bộ phận nào khác của não (tính đến thời điểm này thôi). Sự khác biệt cơ bản nhất giữa các thuyết tựu chung lại thành hai nhóm: một là, "thuyết học tập" và "thuyết thực hành" - đó cũng là sự đối lập giữa lý thuyết tính thích ứng của synap (synaptic plasticity) trong tiểu não đóng vài trò trong học tập so với lý thuyết về xử lý tín hiệu tiểu nảo đóng vai trò giải thích các khía cạnh của hành vi đang diễn ra. Một số thuyết của cả hai loại trên đã được xây dựng thành mô hình toán học và mô phỏng bằng máy tính. Dữ liệu thực nghiệm không ủng hộ mô hình gốc ban đầu , nhưng Braitenberg tiếp tục bàn cãi cho những mô hình sữa đổi sau. Giả thuyết cho rằng tiểu não về cơ bản hoạt động như một hệ thống thời gian đã được Richard Ivry ủng hộ. Một "thuyết thực hành" cũng có tầm ảnh hưởng khác là lý thuyết mạng Tensor của Pellionisz và Llinás. Thuyết này đưa ra một công thức phát triển toán học mô phỏng ý tưởng rằng chức năng vi tính nền tảng của tiểu não là để chuyển đổi "tọa độ" cảm giác (sensory coordinates) thành "tọa độ" vận động (motor coordinates).

Hầu hết các "thuyết học tập" đều bắt nguồn từ các bài báo của Marr và Albus. Bài báo năm 1969 của Marr đề xuất rằng tiểu não là một thiết bị học cách liên kết các chuyển động cơ bản được mã hóa bởi sợi leo, trong đó luồng thông tin đầu vào sợi rêu mã hóa "cảm giác".

Ý nghĩa lâm sàng

Tổn thương tiểu não thường gây ra các triệu chứng vận động, cụ thể như thế nào thì còn tùy vào phần tiểu não bị ảnh hưởng và mức độ tổn thương. Tổn thương thùy bông nút có thể gây mất thăng bằng, đặc biệt là dáng đi không đều, thay đổi, với tư thế chân dang rộng để tăng diện tích chân đế nhằm cố gắng giữ thăng bằng. Tổn thương ở phần đường giữa có thể làm gián đoạn các chuyển động của toàn bộ cơ thể, trong khi tổn thương ở vị trí ngoài của tiểu não có thể làm rối loạn các chuyển động tinh tế của bàn tay hoặc tứ chi. Tổn thương phần trên của tiểu não có thể gây nên rối loạn dáng đi và giảm khả năng phối hợp chân; tổn thương phần dưới có thể gây ra các chuyển động quá tầm mục tiêu cánh tay và bàn tay, cũng như khó khăn khi điều khiển tốc độ cử động.

Có nhiều nguyên nhân gây tổn thương tiểu não, chẳng hạn như tai biến mạch não não (đột quỵ não), chảy máu, phù não, u, nghiện rượu, các chấn thương vật lý như vết thương sọ não do súng, chất nổ (hỏa khí), và các tình trạng thoái hóa mạn tính như teo trám cầu tiểu não (olivopontocerebellar atrophy – OCPA). Một số dạng migraine cũng có thể gây ra tình trạng rối loạn chức năng tạm thời của tiểu não, tùy mức độ nặng. Nhiễm trùng có thể dẫn đến tổn thương tiểu não, ví dụ như bệnh prion (thuộc nhóm các bệnh não xốp truyền nhiễm do prion (transmissible spongiform encephalopathies – TSEs) và hội chứng Miller Fisher, một biến thể của hội chứng Guillain–Barré.

Lão hóa

Tiểu não của người thay đổi theo tuổi tác. Những thay đổi của tiểu não có thể khác với các vị trí khác của não. Theo đồng hồ biểu sinh để tính tuổi mô học, Tiểu não là vùng não "trẻ" nhất. Theo một nghiên cứu năm 2015, tiểu não "trẻ" hơn khoảng 15 tuổi so với dự kiến ở một người sống trăm tuổi. Hơn nữa, các kiểu biểu hiện gen trong tiểu não người cho thấy tiểu não ít chịu thay đổi liên quan đến tuổi tác hơn so với ở vỏ não. Một số nghiên cứu cho thấy có sự giảm số lượng tế bào hoặc thể tích mô tiểu não, nhưng lượng dữ liệu chứng minh còn hạn chế.

Rối loạn phát triển và thoái hóa

nhỏ|Hình ảnh siêu âm đầu thai nhi ở tuần thứ 19 thai kỳ. Tiểu não và [[bể lớn (cisterna magna) của thai nhi bình thường]] Dị tật bẩm sinh, rối loạn di truyền và các tình trạng mắc phải có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tiểu não, từ đó ảnh hưởng đến chức năng tiểu não. Nếu không thể giải quyết được các rối loạn này, cách điều trị duy nhất có thể là giúp bệnh nhân chung sống với bệnh tật. Chụp tiểu não thai nhi bằng siêu âm ở tuần thứ 18 đến tuần thứ 20 của thai kỳ có thể được sử dụng để sàng lọc các khuyết tật ống thần kinh của thai nhi với độ nhạy lên đến 99%.

Trong quá trình phát triển bình thường, tín hiệu protein sonic hedgehog (sonic hedgehog protein (SHH)) nội sinh kích thích sự tăng sinh nhanh chóng tế bào tiền thân tế bào hạt tiểu não (cerebellar granule neuron progenitor, CGNP) ở lớp hạt ngoài. Vào giai đoạn cuối của phôi thai và giai đoạn đầu sau sinh, tiểu não phát triển, trong đó tế bào tiền thân tế bào hạt tiểu não tăng sinh trong lớp hạt ngoài và đạt đỉnh trong giai đoạn phát triển sớm (ngày thứ 7 sau sinh ở chuột). Khi các tế bào tiền thân này biệt hóa thành tế bào hạt tiểu não, chúng di chuyển đến lớp hạt trong, hình thành tiểu não trưởng thành (vào ngày thứ 20 sau sinh ở chuột).

Tiểu não bị dị tật bẩm sinh hoặc thiểu sản nhộng tiểu não là đặc điểm của dị tật Dandy–Walker và hội chứng Joubert. Trong những trường hợp rất hiếm, có thể không tồn tại tiểu não (bất sản tiểu não – cerebellar agenesis). Các rối loạn thần kinh di truyền bệnh Machado–Joseph, thất điều giãn mạch (ataxia-telangiectasia) và thất điều Friedreich gây ra thoái hóa thần kinh tiến triển liên quan tiểu não.

Thoái hóa tiểu não có mối tương quan với các rối loạn thần kinh tiến triển vô căn như teo đa hệ thống, hội chứng Ramsay Hunt loại I, và thoái hóa tiểu não cận u (paraneoplastic cerebellar degeneration, trong đó các khối u ở nơi khác trong cơ thể gây ra phản ứng tự miễn gây mất neuron ở tiểu não). Teo tiểu não có thể là kết quả của tình trạng thiếu hụt cấp tính vitamin B1 (thiamine) như bệnh beriberi và hội chứng Wernicke–Korsakoff, hoặc thiếu hụt vitamin E. Tiểu não nhận tín hiệu đau từ cả hai con đường vỏ-tiểu não đi xuống và con đường tủy-tiểu não đi lên, thông qua nhân cầu và nhân trám dưới. Một số thông tin này được chuyển đến hệ vận động, tạo ra phản xạ tránh đau có ý thức, được phân loại theo mức độ đau.

Những tác động trực tiếp và gián tiếp gây đau được cho là tạo ra hành vi tránh đau lâu dài, từ đó xuất hiện thay đổi về tư thế lâu dài, hệ quả là tái cấu trúc chức năng và giải phẫu của các nhân tiền đình và cảm giác bản thể. Kết quả, đau thần kinh mạn tính có thể gây ra sự tái cấu trúc giải phẫu và chức năng của não sau, bao gồm cả tiểu não. Mức độ của quá trình tái cấu trúc này và sự xuất hiện chất chỉ điểm của tế bào tiền neuron cho thấy có vai trò của quá trình sinh thần kinh ở người trưởng thành vào những thay đổi này.

Giải phẫu so sánh và tiến hóa

phải|nhỏ|Mặt cắt ngang não của [[Lamna nasus|cá nhám thu (Lamna nasus). Tiểu não được hiển thị bằng màu xanh lam]] Các luồng thông tin đi trong tiểu não tương tự nhau ở tất cả các lớp động vật có xương sống, bao gồm cá, bò sát, chim và động vật có vú. Ở động vật chân đầu cũng có cấu trúc tương tự tiểu não, chẳng hạn như bạch tuộc. Bằng chứng này cho thấy tiểu não thực hiện các chức năng quan trọng đối với tất cả các loài động vật có não.

Có sự khác biệt đáng kể về kích thước và hình dạng của tiểu não ở các loài động vật có xương sống khác nhau. Ở động vật lưỡng cư, tiểu não ít phát triển, còn ở cá mút đá và Myxinidae, tiểu não hầu như không thể phân biệt được với thân não. Mặc dù tủy-tiểu não (hay còn gọi là gai-tiểu não) có mặt trong nhóm động vật này, nhưng cấu trúc tiểu não chỉ là các cặp nhân nhỏ tương ứng với tiền đình tiểu não. Kích thước tiểu não tăng dần theo thứ tự: bò sát, chim và động vật có vú. Tiểu não chứa các thùy lớn, sóng đôi và gấp nếp được tìm thấy ở người là đặc trưng của động vật có vú. Còn tiểu não các nhóm động vật khắc chỉ là một thùy duy nhất, hoặc trơn hoặc có rãnh. Ở động vật có vú, tân tiểu não là phần chiếm nhiều khối lượng của của toàn bộ tiểu não, nhưng ở các động vật có xương sống khác, cấu trúc có tỷ trọng lớn nhất thường là tủy-tiểu não.

Đặc điểm nổi bật của tiểu não động vật có vú là tiểu não phình ra các thùy bên, mà tương tác chủ yếu của nó là với vỏ não mới. Khi loài khỉ tiến hóa thành loài vượn, hai thùy bên iếp tục phình ra, song song với đó là thùy trán của vỏ não mới cũng tăng kích thước. Ở loài vượn người cổ đại và loài Homo sapiens đến giữa kỷ Băng Hà , tiểu não vẫn tiếp tục phình rộng, nhưng thùy trán phình ra nhanh hơn. Tuy nhiên, giai đoạn tiến hóa gần đây nhất của loài người thực sự có thể liên quan đến sự gia tăng kích thước tương đối của tiểu não, vì vỏ não mới giảm kích thước trong khi tiểu não vẫn phình rộng. So với phần còn lại của não, kích thước của tiểu não người đã tăng lên trong khi kích thước của đại não giảm đi. Do quá trình phát triển và thực hiện vận động, khả năng thị giác-không gian và học tập diễn ra trong tiểu não, ở một khía cạnh nào đó, sự phát triển của tiểu não được cho là có tương quan với khả năng nhận thức của người. Các bán cầu bên của tiểu não ở cả người và vượn hiện nay lớn hơn 2,7 lần so với ở khỉ.

Hầu hết các loài cá và động vật lưỡng cư đều có hệ thống cơ quan đường bên giúp cảm nhận sóng áp suất trong nước. Một trong những vùng não nhận tín hiệu đầu vào chính của cơ quan đường bên là nhân lưng giữa dây 8 có cấu trúc giống tiểu não, chứa tế bào hạt và sợi song song. Ở cá có cơ quan cảm nhận dòng điện (electrosensory), luồng tín hiệu đầu vào từ hệ thống cơ quan cảm nhận dòng điện đi đến nhân lưng bên dây 8 (us) là nhân cảm giác nằm ở tiểu não. Nó nhận cảm giác từ hệ thống đường bên (ngoài hay ngoại vi). Nhân này thuộc hệ thống nhân dây 8 ngoại vi, nó gồm cơ quan cảm giác, kết nối thần kinh đám ứng cho thăm dò thính lực, tiền đình và các đầu vào của hệ thống đường bên, cho dù ở cá không có dây thần kinh số 8 thích lực, nhưng có cấu trúc giống tiểu não và đặc tên như vậy ). Ở cá vây tia, gò trên có một lớp gọi là lớp biên (marginal layer), có chức năng tương tự tiểu não. Bất chấp quan điểm của Bower, có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy tiểu não ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động vận động ở động vật có vú.

Lịch sử

phải|nhỏ|Phần nền của não người, [[Andreas Vesalius vẽ vào năm 1543]]

Mô tả

Y văn của Aelius Galenus ghi nhận Aristotleles và Herophilos gọi tiểu não là παρεγκεφαλίς (parenkephalis), trái ngược với ἐγκέφαλος (enkephalos) tức là não thực sự. Bản mô tả chi tiết của Aelius Galenus là bản mô tả sớm nhất còn sót lại. Ông suy đoán rằng tiểu não là nguồn gốc của dây thần kinh chi phối vận động.

Đến thời kỳ Phục Hưng, Vesalius có thảo luận ngắn gọn về tiểu não và Thomas Willis mô tả chi tiết hơn tiểu não vào năm 1664. Thế kỷ 18 đã có nhiều nghiên cứu giải phẫu, nhưng mãi đến đầu thế kỷ 19 thì mới có những hiểu biết sơ khởi về chức năng tiểu não. Năm 1809, Luigi Rolando phát hiện rằng tổn thương tiểu não sẽ dẫn đến rối loạn vận động. Trong nửa đầu thế kỷ 19, Jean Pierre Flourens tiến hành công trình nghiên cứu một cách chi tiết, cho thấy rằng động vật bị tổn thương tiểu não vẫn có thể di chuyển, nhưng mất khả năng phối hợp (chuyển động lạ, dáng đi vụng về và yếu cơ), có thể phục hồi gần như hoàn toàn sau tổn thương trừ khi tổn thương quá rộng. Đến đầu thế kỷ 20, vai trò chính của tiểu não liên quan đến kiểm soát vận động đã được chấp nhận rộng rãi; nửa đầu thế kỷ 20 đã đưa ra một số mô tả chi tiết về triệu chứng lâm sàng liên quan đến bệnh tiểu não ở người.

Tiếng Anh

Trong tiếng Anh, cerebellum là một từ chứa hậu tố giảm nhẹ (diminutive) của từ cerebrum (não); dịch theo nghĩa đen là não nhỏ. Tên Latin là bản dịch trực tiếp của từ παρεγκεφαλίς (parenkephalis) trong tiếng Hy Lạp cổ, được sử dụng trong các tác phẩm của Aristotleles (người đầu tiên mô tả cấu trúc giải phẫu này). Trong lịch sử, tiểu não có nhiều danh pháp nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp hoặc tiếng La-tinh, gồm cerebrum parvum, encephalion, encranion, và parencephalis.