Die Kleinhirnrinde ist das dünne zerknitterte graue Nervengewebe, das die äußere Schicht des Kleinhirns bildet. Das Kleinhirn befindet sich an der Basis des Gehirns und gilt als die Kontrolle über die Feinmotorik. Seit der Einführung neuer neuronaler Bildgebungstechnologien in den späten 1980er und frühen 90er Jahren konnten Wissenschaftler die Rolle der Kleinhirnrinde über die bloße motorische Kontrolle hinaus untersuchen. Es wird allgemein angenommen, dass es auch an kognitiven und sprachlichen Funktionen beteiligt ist.
Das Kleinhirn ist direkt unter den beiden Hemisphären des Großhirns versteckt, dem faltigen bauchigen Hügel, den die meisten Menschen als Gehirn bezeichnen. Wie das Großhirn teilt sich das Kleinhirn in zwei Hemisphären und ist von einer faltigen äußeren Schicht aus grauem Nervengewebe bedeckt. Im Kleinhirn wird dieses Gewebe als Kleinhirnrinde bezeichnet. Im Gegensatz zum desorganisierten Aussehen der Großhirnrinde verlaufen die Falten der Kleinhirnrinde in einem Netzwerk enger, paralleler Rillen.
Die Kleinhirnrinde besteht aus drei Schichten: dem Stratum granulosum, der Ganglienschicht und dem Stratum Moleculare. Die dickste und innerste Schicht, das Stratum granulosum, ist nach den winzigen Körnerzellen benannt, die sie bevölkern. Diese Zellen sind so klein und dicht zusammengedrängt, dass das Kleinhirn mehr Neuronen enthält als der Rest des Gehirns zusammen. Die mittlere Ganglienschicht besteht aus Purkinje-Zellkörpern, großen Neuronen, die für den Großteil der elektrischen Aktivität im Kleinhirn verantwortlich sind. Das Stratum Moleculare, die äußere Molekularschicht, besteht aus den abgeflachten Dendriten der Purkinje-Zellen, die durch eine Vielzahl paralleler Fasern miteinander verbunden sind.
Als größte und neuronenreichste Komponente des Kleinhirns spielt die Kleinhirnrinde eine wesentliche Rolle bei der Feinabstimmung der motorischen Steuerung. Menschen und Tiere mit Kleinhirnschäden können noch normale motorische Fähigkeiten ausführen, aber sie führen diese Bewegungen häufig langsam und ruckartig aus. Wenn beispielsweise ein Mensch mit einem normal funktionierenden Kleinhirn nach einem Objekt greift, bewegt er seine Hand nach Beginn der Bewegung ohne Zögern oder Korrektur direkt auf das Objekt zu. Ein Mensch mit einer Kleinhirnschädigung hingegen streckt die Hand viel langsamer und mit sprunghaften Korrekturen während des gesamten Bewegungsablaufs aus.
In den frühen 1990er Jahren ermöglichte es eine neue neuronale Bildgebungstechnologie, die Rolle der Großhirnrinde bei Funktionen zu untersuchen, die nicht mit dem motorischen System zusammenhängen. In den folgenden Jahren gesammelte Beweise deuten darauf hin, dass die Kleinhirnrinde auch zu Kognition, Sprache und Emotionen beiträgt. Neben feinen Bewegungseigenheiten berichten Menschen mit einer Schädigung der Kleinhirnrinde über Beeinträchtigungen der Multitasking-Fähigkeiten, der sprachlichen Verarbeitung und der Stimmung.