Кіріспе

Алдыңғы мидың түбінде орналасқан дөңгелек құрылым – путамен (/p//j//u/'/t//eɪ//m//ə//n/; латын тілінен аударғанда "жаңғақ қабығы" деген мағынаны білдіреді) – алдыңғы мидың (телеэнцефалон) түбінде орналасқан дөңгелек құрылым. Путамен және күйрек тәрізді ядро бірге дорсальды жолақты дене құрайды. Ол базальды ядроларды құрайтын құрылымдардың бірі болып табылады. Путамен түрлі жолдар арқылы қара зат, шарықша тәрізді дене, клауструм және таламуспен, сондай-ақ ми қабығының көптеген аймақтарымен байланысты. Путаменнің басты функциясы – әртүрлі сатылардағы (мысалы, дайындық және орындалу) қозғалыстарды реттеу және түрлі оқу түрлеріне ықпал ету. Ол өз функцияларын орындау үшін ГАМК, ацетилхолин және энкефалин қолданады. Путамен Паркинсон ауруы сияқты дегенеративті неврологиялық ауруларда да маңызды рөл атқарады.

Тарих

"Путамен" сөзі латын тілінен келген, ол "қырқу кезінде түсетін нәрсе" дегенді білдіреді, "putare" сөзінен – "қырқу, ойлау немесе қарастыру" мағынасында. Соңғы уақытқа дейін көптеген МРТ зерттеулері әртүрлі себептермен (мысалы, бейнелеу ажыратымдылығы, путаменде оқшауланған инфаркт немесе қан құйылудың сирек кездесуі және т.б.) негізінен базальді ганглияның толық құрамына бағытталды. Дегенмен, базальді ганглия және мидың тиісті қызметтері арасындағы байланыс туралы көптеген зерттеулер жүргізілді. 1970 жылдары алғашқы жазылымдар маймылдардың қозғалысына байланысты паллидальды нейрондардың белсенділігін бақылау арқылы жасалды. Содан бері, путаменді зерттеуге мүмкіндік беретін кеңейтілген нейрондық іздеу, стимуляция және бейнелеу әдістері (мысалы, fMRI, DWI) әзірленді.

Қақ жасушасы

Құйрықты дене ми қабығынан келетін ақпаратты қабылдау үшін путаменмен бірге жұмыс істейді. Екеуі де базальды ганглияға "кіреберіс" ретінде қарастырылады. Путаменнен құйрықты денеге каудолентикулярлы сұр көпірлер арқылы тікелей проекциялар жетеді. Путамен мен құйрықты дене қара затпен бірлесіп байланысады, алайда құйрықты дене қара заттың ретикулаталық бөлігіне тығыз шығыс жібереді, ал путамен ішкі глобус паллидусқа көбірек афференттер жібереді.

Қара зат

Қара зат екі бөліктен тұрады: қара заттың тығыз бөлігі (SNpc) және қара заттың желілі бөлігі (SNpr). SNpc путамен мен каудаттан ақпарат алады және кері байланыс жібереді. SNpr да путамен мен каудаттан ақпарат алады. Бірақ, ол базальді ганглияның сыртына сигналдар жіберіп, бас және көз қозғалыстарын реттейді. SNpc қозғалыс үшін маңызды дофамин өндіреді. Паркинсон ауруында SNpc дегенерацияға ұшырайды.

Globus pallidus (жасыл көк)

Глобус паллидус екі бөліктен тұрады: глобус паллидус парс экстерна (GPe) және глобус паллидус парс интерна (GPi). Екі аймақ та путаменнен кіріс алады және субталамус ядросымен байланысады. Алайда, көбінесе GPi таламусқа GABAергиялық ингибиторлық шығыс жібереді. GPi сонымен қатар мидың ортаңғы бөлігінің бөліктеріне проекция жібереді, олар дене күйін бақылауға, қозғалтқышты дайындауға, қозғалыс амплитудасын анықтауға және қозғалыс тізбектеріне әсер етеді деп есептеледі. Нейрологтардың кейбіреулері путаменнің қозғалысты таңдауда (мысалы, Туретт синдромы) және бұрын үйренген қозғалыстарды «автоматты түрде» орындауда (мысалы, Паркинсон ауруы) да рөл атқарады деп болжайды. Бір зерттеуде путаменнің аяқ-қол қозғалысын бақылайтыны анықталды. Осы зерттеудің мақсаты – приматтардың путаменіндегі белгілі бір жасуша белсенділігінің аяқ-қол қозғалысының бағытына немесе бұлшықет белсенділігінің негізгі үлгісіне байланысты екенін анықтау болды. Екі маймыл жүк көтерумен байланысты тапсырмаларды орындауға үйретілді. Тапсырмалар қозғалысты бұлшықет белсенділігінен ажыратуға мүмкіндік беру үшін жасалды. Нейрондар тек тапсырмамен және тапсырмадан тыс қол қозғалысымен байланысты болса ғана бақылауға алынды. Бақыланған нейрондардың 50%-ы жүктілікке тәуелсіз қозғалыс бағытына байланысты екені анықталды. 13 адамда аймақтық ми қан ағынының ПЕТ картасын жасау арқылы қозғалыстың көлемін және жылдамдығын зерттеу үшін тағы бір зерттеу жүргізілді. Қозғалыс тапсырмалары джойстикпен басқарылатын курсормен орындалды. Статистикалық тесттер қозғалыс көлемін және қозғалыс мидың қай аймақтарымен байланысты екенін есептеу үшін қолданылды. «Қозғалыс көлемінің артуы екі жақты базальды ганглияларда (БЖ; путамен және глобус паллидус) және ипсилатеральды мишаңда rCBF-тің параллель артуымен байланысты» деп табылды. Бұл путаменнің қозғалысқа ғана емес, сонымен қатар басқа құрылымдармен бірігіп тапсырмаларды орындауға қабілетті екенін көрсетеді. Базальды ганглиялардың бірізді қозғалыстарды үйренуге қалай әсер ететінін анықтау үшін бір зерттеу жүргізілді. Екі маймылға бірнеше батырманы тізбектеп басуға үйретілді. Әдістер жақсы үйренген тапсырмаларды жаңа тапсырмалардан ажыратуға мүмкіндік беру үшін жасалды. Муссимол базальды ганглияның әртүрлі бөліктеріне инъекцияланды, нәтижесінде «алдыңғы каудате және путаменге инъекция жасағаннан кейін жаңа тізбектерді үйрену қиын болды, бірақ ортаңғы артқы путаменге емес» деп анықталды. Бұл шұбырақтың әртүрлі аймақтары тізбектеп қозғалыстарды үйренудің әртүрлі аспектілерін орындау үшін қолданылатынын көрсетеді.

Оқудағы рөлі

Көптеген зерттеулерде путаменнің түрлі оқу түрлерінде маңызды рөл атқаратыны байқалды. Төменде кейбір мысалдар келтірілген:

Көмектендіру және жасырын оқыту

Қозғалыс түрлерімен қатар, путамен күш-жігерді үйрену және жасырын үйренуге де әсер етеді. Күш-жігерді үйрену – бұл ортамен өзара әрекеттесу және нәтижені барынша арттыруға бағытталған әрекеттерді жасау. Жасырын үйрену – адамдардың ақпаратқа ұшырауы және осылайша білім жинақтауымен жүзеге асатын пассивті процесс. Нақты механизмдері белгісіз болғанымен, дофамин мен тоникалық белсенді нейрондардың мұнда маңызды рөл атқаратыны анық. Тоникалық белсенді нейрондар – холинергиялық интернейрондар, олар стимулдың барлық ұзақтығы бойында және секундына шамамен 0,5–3 импульс жиілігімен оқшауланады. Фазалық нейрондар керісінше, тек қозғалыс болғанда ғана әрекет потенциалын тудырады.

Санаты бойынша оқыту

Бір зерттеуде инсульт салдарынан базальды ганглияның (әсіресе, путаменнің) ошақты зақымданулары бар пациенттер пайдаланылды. Осындай пациенттерді пайдаланудың артықшылығы – префронтальды қабыққа дофаминергиялық проекциялардың көбінесе сақталуы. Сондай-ақ, осы пациенттерде мидың нақты құрылымдарын функциямен байланыстыру оңайырақ, себебі зақымдану тек белгілі бір жерде болады. Зерттеудің мақсаты – осы зақымданулар ережеге негізделген және ақпаратты интеграциялау тапсырмаларын оқынуға әсер ете ме, жоқ па, анықтау болды. Ережеге негізделген тапсырмалар жұмыс жадына сүйенетін гипотезаларды тексеру арқылы оқытылады. Ақпаратты интеграциялау тапсырмалары – екі дереккөзден алынған ақпаратты шешім қабылдау кезеңінде біріктіру арқылы, процедуралық жүйеге сәйкес, дәлдікті максималдайтын тапсырмалар. Экспериментте базальды ганглиясы зақымдалған жеті қатысушы және тоғыз бақылау қатысушысы қолданылды. Бұл тұмсық ядросының зақымдалмағанын атап өту қажет. Қатысушылар әрбір оқу түрі бойынша жеке сессияларда тексерілді, сондықтан ақпаратты өңдеу процестері бір-біріне кедергі келтірмеді. Әр сессияда қатысушылар компьютер экранының алдында отырып, әртүрлі сызықтарды көрді. Бұл сызықтар төрт санаттың бірінен кездейсоқ алынған үлгілерді пайдалану арқылы құрылды. Ережеге негізделген тестілеу үшін осы үлгілер әртүрлі ұзындықтағы және бағыттағы сызықтарды құрастыру үшін қолданылды, олар осы төрт бөлек санатқа жатты. Стимул көрсетілгеннен кейін қатысушылардан сызықтың қай санатқа жататынын көрсету үшін 4 түймеден біреуін басу сұралды. Ақпаратты интеграциялау тапсырмалары үшін дәл осы процесс қайталанды, бірақ санат шекаралары 45° бұрылды. Бұл бұрылу қатысушыны сызықтың қай санатқа жататынын анықтамас бұрын оның сандық ақпаратын біріктіруге мәжбүрлейді. Эксперименттік топтағы қатысушылар ережеге негізделген тапсырмаларды орындағанда кемістік байқалды, бірақ ақпаратты интеграциялау тапсырмаларын орындағанда байқалмады. Статистикалық тестілеуден кейін ми ережеге негізделген оқу тапсырмаларын шешу үшін ақпаратты интеграциялау әдістерін қолдана бастады деген гипотеза туды. Ережеге негізделген тапсырмалар мидың гипотезаларды тексеру жүйесін пайдаланғандықтан, мидың гипотезаларды тексеру жүйесі зақымдалған/әлсіреген деген қорытынды жасауға болады. Бұл жүйеге тұмсық ядросы және жұмыс жады кіреді. Сондықтан путаменнің категориялық оқытуға, жүйелер арасындағы бәсекелестікке, ережеге негізделген тапсырмаларда кері байланыс процесіне және префронтальді аймақтарды өңдеуге (жұмыс жады және атқару функцияларымен байланысты) қатысы бар екені расталды. Қазір базальды ганглия мен тұмсық ядросы ғана емес, категориялық оқытуға басқа да факторлар әсер ететіні белгілі.

"Басқаларды жек көру" жүйесіндегі рөлі

Алдын ала зерттеулер путаменнің мидың «жек көру тізбегінде» рөл атқаратынын ұсынды. Жақында Лондон қаласындағы Университет колледжінің жасушалық және даму биологиясы кафедрасы зерттеу жүргізді. Пациенттерге функционалдық МРТ (fMRI) жасалды, олар жек көретін және «бейтарап» адамдардың суреттерін қарады. Эксперимент барысында әр сурет үшін «жек көру көрсеткіші» тіркелді. Мидың қабықша астындағы аймақтарындағы белсенділік «жек көру тізбегінің» путамен мен инсуланы қамтитынын көрсетті. «Путаменнің жек көру және жирену сезімдерін қабылдауда рөл атқаратыны және әрекет етуге дайындалған моторлық жүйенің бір бөлігі болуы мүмкін» деген теория бар. Сондай-ақ, жек көру тізбегіндегі белсенділік деңгейі адамның білдірген жек көруінің деңгейімен байланысты екені анықталды, бұл зұлымдық қылмыстарға қатысты заңдық салдарларға алып келуі мүмкін.

Трансгендерлік адамдардың рөлі

Транссексуал әйелдердің путаменіндегі сұр заттың мөлшері циссексуал еркектердің путаменіндегіден айтарлықтай көп екені анықталды. Бұл транс әйелдер мен цисгендер еркектер арасында путаменде айырмашылық болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Паркинсон ауруы

Неврологтар путаменнің қызметін анықтағаннан кейін, оның және базальды ганглияның басқа бөліктерінің Паркинсон ауруы мен нейрондардың дегенерациясына байланысты басқа да ауруларда маңызды рөл атқаратыны анық болды. Паркинсон ауруы – бұл қара заттың компактты бөлігіндегі дофаминергиялық нейрондардың баяу және тұрақты жоғалуы. Паркинсон ауруында путамен маңызды рөл атқарады, себебі оның кірістері мен шығыстары қара зат пен глобус паллидусымен байланысты. Паркинсон ауруы кезінде ішкі глобус паллидусына бағытталған тікелей жолдардың активтілігі төмендесе, сыртқы глобус паллидусына бағытталған жанама жолдардың активтілігі артады. Сондай-ақ, Паркинсон ауруымен ауыратын науқастардың моторлық жоспарлауда қиындықтарға тап болатыны да белгілі болды.

Басқа жануарларда

Адамның путамені құрылымы мен функциясы жағынан басқа жануарларға салыстырмалы түрде ұқсас. Сондықтан, путаменді зерттеу көптеген жануарларда (маймылдар, егеуқұйрықтар, мысықтар және т.б.) және адамдарда жүргізілген. Дегенмен, сүтқоректілерде түрлер арасындағы айырмашылықтар байқалады және ақ зат арқылы путамендік байланыс туралы деректер бар. Айырмашылықтар негізінен құрылымдық байланыс үлгілерімен байланысты, ал соматотоптық ұйым принциптері сақталады. 1980 жылдардан бері жасалған приматтарға қатысты зерттеулер жоғары деңгейдегі таныммен байланысты қабықша аймақтарының негізінен путаменнің ең ростальдық бөлігіне афферент нейрондарды жіберетінін көрсетті, ал приматтардағы осы құрылымның қалған бөлігі негізінен сенсомоторлық функцияларды атқарады және негізгі және қосымша моторлық аймақтармен тығыз байланысты.