Purkinje-Zellen und das Kleinhirn teilen eine gemeinsame Existenz. Diese großen Neuronen befinden sich im Kleinhirn, wo sie helfen, die motorischen Bewegungen zu regulieren. In Purkinje-Zellen gibt es eine große Anzahl von Dendriten, die in einer baumartigen Struktur angeordnet sind. Dendriten empfangen Informationen von anderen Neuronen und weisen die Zelle an, ob sie eine Nachricht an andere Neuronen weiterleiten soll oder nicht.
Das Kleinhirn ist in mehreren Ebenen angeordnet, wobei sich Purkinje-Zellen auf der tiefsten Ebene befinden. Diese spezialisierten Zellen empfangen Informationen von allen anderen Ebenen und integrieren Input aus dem Rest des Kleinhirns. Die Purkinje-Zellen sind die einzige Ausgangsquelle des Kleinhirns. Es besteht eine wichtige Verbindung zwischen Purkinje-Zellen und dem Kleinhirn, da diese Zellen diesen Bereich Nachrichten an den Rest des Gehirns senden lassen.
Neben der Koordination von Informationen aus dem Kleinhirn erhalten Purkinje-Zellen auch Signale aus anderen Hirnarealen und dem Rückenmark. Es wird angenommen, dass diese Signale sensorische Informationen und motorische Planungssignale enthalten, die die motorische Bewegung beeinflussen könnten. Die meisten dieser Signale sind erregend, das heißt, sie ermutigen die Empfängerzelle, ihr eigenes Signal weiterzugeben. Purkinje-Zellen übermitteln jedoch hemmende Signale, die einen Hinweis auf ihre Rolle geben könnten.
Die genaue Art und Weise, wie Purkinje-Zellen und das Kleinhirn zusammen funktionieren, ist noch nicht vollständig verstanden. Das Kleinhirn kann diese Zellen als eine Art Dolmetscher verwenden. Purkinje-Zellen erhalten einen direkten und indirekten exzitatorischen Input vom Hirnstamm, Rückenmark und Medulla, haben jedoch einen hemmenden Output. Diese Tatsache hat Forscher zu der Theorie veranlasst, dass Purkinje-Zellen diese große Menge an Informationen anordnen und integrieren. Sie filtern Hintergrundgeräusche aus und senden verständliche Botschaften, die nur wesentliche Inhalte enthalten, an den Rest des Gehirns.
Hinweise auf die Beziehung zwischen Purkinje-Zellen und dem Kleinhirn können durch die Untersuchung von Krankheiten, die diese Zellen betreffen, gefunden werden. Die zerebelläre Abiotrophie ist eine Krankheit, die Purkinje-Zellen um den Zeitpunkt der Geburt tötet. Tiere mit dieser Krankheit zeigen ein mangelndes Bewusstsein für ihre Gliedmaßenposition beim Gehen, unkoordinierte Bewegungen, Zittern, Probleme bei der Beurteilung der Entfernung und abnormales Gehen beim Gehen.
Einige beim Menschen beobachtete Krankheiten, wie die Niemann-Pick-Krankheit, können ähnliche Symptome verursachen. Diese besonderen Symptome weisen darauf hin, dass die Purkinje-Zellen Informationen über die räumliche Orientierung des Körpers, die Kontrolle und Koordination motorischer Bewegungen und die relative Position der Körperteile integrieren. Die Purkinje-Zellen und das Kleinhirn arbeiten daher zusammen, um Informationsmengen zu sammeln und dem Körper anhand dieser Informationen beizubringen, Bewegungen zu koordinieren.