Введение

Субталамическое ядро (STN) — это небольшое ядро в форме линзы в мозге, которое с функциональной точки зрения является частью системы базальных ганглиев. С анатомической точки зрения, оно составляет основную часть субталамуса. Как следует из названия, субталамическое ядро расположено вентрально (ниже) таламуса. Оно также находится дорсально (выше) черной субстанции и медиально (внутри) внутренней капсулы. Впервые оно было описано Жюлем Бернаром Луисом в 1865 году, и термин «corpus Luysi» или «тело Луиса» до сих пор иногда используется.

Структура

Основной тип нейронов, обнаруженный в субталамическом ядре, имеет довольно длинные, редко покрытые шипиками дендриты. У более центрально расположенных нейронов дендритные ветвления имеют более эллипсоидальную форму. Размеры этих ветвлений (1200 мкм, 600 мкм и 300 мкм) схожи у многих видов, включая крысу, кошку, обезьяну и человека, что является необычным. Однако количество нейронов увеличивается как с размером мозга, так и с внешними размерами ядра. Основные нейроны являются глутаматергическими, что определяет их особое функциональное положение в системе базальных ганглиев. У человека также присутствует небольшое количество (около 7,5%) ГАМК-ергических интернейронов, участвующих в локальных нейронных цепях; однако дендритные ветвления субталамических нейронов избегают границ и преимущественно взаимодействуют друг с другом. Структура субталамического ядра еще не изучена и не понята до конца, но, вероятно, состоит из нескольких внутренних доменов. Субталамическое ядро приматов часто разделяют на три внутренние анатомо-функциональные области. Однако эта так называемая трехчастная модель вызывает споры, поскольку она не полностью объясняет сложность субталамического ядра в контексте функций мозга.

Афферентные аксоны

Субталамическое ядро получает основной приток импульсов от внешнего бледного шара (GPe), не столько через ансу леникулярис, как это часто утверждается, сколько посредством расходящихся волокон, которые сначала пересекают медиальный бледный шар и внутреннюю капсулу (см. рисунок). Эти афференты являются ГАМК-ергическими, ингибируя нейроны субталамического ядра. Возбуждающие, глутаматергические импульсы поступают от коры головного мозга (особенно моторной коры) и от pars parafascicularis центрального комплекса. Субталамическое ядро также получает нейромодуляторные импульсы, в частности дофаминергические аксоны из компактной части черной субстанции (substantia nigra pars compacta). Оно также получает импульсы от педункулопонтинного ядра.

Эфферентные цели

Аксоны нейронов субталамического ядра покидают ядро в дорсальном направлении. Эфферентные аксоны являются глутаматергическими (возбуждающими). За исключением связи со стриатумом (17,3% у макак), большинство основных нейронов субталамического ядра являются мультитаргетными и направлены к другим элементам ядра базальных ганглиев. Некоторые посылают аксоны в черную субстанцию медиально, а в медиальное и латеральное ядра бледного шара – латерально (3 цели, 21,3%). Другие имеют 2 цели: латеральное ядро бледного шара и черную субстанцию (2,7%) или латеральное и медиальное ядра бледного шара (48%). Лишь немногие имеют одну цель – латеральное ядро бледного шара. В бледном шаре субталамические терминальные окончания располагаются в полосах, параллельных границе бледного шара. Если суммировать все аксоны, достигающие этой цели, то в 82,7% случаев основным эфферентным путем субталамического ядра является внутренний сегмент бледного шара (GPi). Некоторые исследователи сообщают о внутренних коллатералях аксонов. Однако функциональных подтверждений этому немного.

Субталамическое ядро

Первые внутриклеточные электрические записи с субталамических нейронов были получены с использованием острых электродов на срезе мозга крысы. В этих записях было сделано три ключевых наблюдения, каждое из которых оказало определяющее влияние на последующие исследования характеристик возбуждения субталамических нейронов. Первое наблюдение заключалось в том, что в отсутствие инъекции тока или синаптической стимуляции большинство клеток спонтанно генерировали импульсы. Второе наблюдение состоит в том, что эти клетки способны кратковременно генерировать импульсы на очень высоких частотах. Третье наблюдение касается нелинейного поведения клеток при кратковременной деполяризации после гиперполяризации ниже –65 мВ. В этом состоянии они способны активировать вольтаж-зависимые кальциевые и натриевые каналы для генерации серий потенциалов действия. Ряд недавних исследований был посвящен автономной способности субталамических нейронов к генерации ритма. Эти клетки часто называют «быстроразряжающимися пейсмекерами», поскольку они могут генерировать спонтанные потенциалы действия со скоростью от 80 до 90 Гц у приматов. Осцилляторная и синхронная активность, вероятно, является типичным паттерном разряда субталамических нейронов, регистрируемых у пациентов и животных моделей, характеризующихся потерей дофаминергических клеток в компактной части черной субстанции (substantia nigra pars compacta), что является основной патологией, лежащей в основе болезни Паркинсона.

Латеропаллидо-субталамическая система

Сильные взаимные связи объединяют субталамическое ядро и внешний сегмент бледного шара. Оба являются быстроимпульсными пейсмекерами. Вместе они, как считается, формируют "центральный пейсмекер базальных ганглиев" с синхронными разрядами. Связь латерального бледного тела с субталамическим ядром также является той, где в системе базальных ганглиев происходит наибольшее сокращение между передающими и принимающими элементами. По объему, у человека латеральное бледное тело составляет 808 мм3, а субталамическое ядро – всего 158 мм3. Это, выраженное в количестве нейронов, представляет собой сильное сжатие с потерей точности отображения. Некоторые аксоны из латерального бледного тела направляются в стриатум. На активность медиального бледного тела влияют афференты из латерального бледного тела и субталамического ядра. То же самое относится и к черной субстанции pars reticulata.

Патофизиология

Хроническая стимуляция СТН, известная как глубокая стимуляция мозга (ГСМ), применяется для лечения пациентов с болезнью Паркинсона. В первую очередь стимулируются терминальные ветвления афферентных аксонов, которые модулируют активность субталамических нейронов. Однако, исследования таламических срезов мозга мышей показали, что стимуляция также вызывает высвобождение аденозинтрифосфата (АТФ) близлежащими астроцитами, являющегося предшественником аденозина (в результате катаболического процесса). Активация, в свою очередь, аденозиновых A1-рецепторов подавляет возбуждающую передачу в таламусе, тем самым имитируя абляцию субталамического ядра. Одностороннее разрушение или нарушение функции субталамического ядра – которое часто возникает вследствие небольшого инсульта у пациентов с диабетом, гипертонией или в анамнезе курения – приводит к гемибаллизму. Поскольку одна из предполагаемых функций СТН связана с контролем импульсов, дисфункция в этой области имплицирована в развитии обсессивно-компульсивного расстройства. Искусственная стимуляция СТН продемонстрировала определенную эффективность в коррекции выраженного импульсивного поведения и в будущем может быть использована в качестве альтернативного метода лечения данного расстройства.

Функция

Функция STN неизвестна, но современные теории рассматривают её как компонент системы контроля базальных ганглиев, который может осуществлять выбор действий. Считается, что она реализует так называемый "гиперпрямой путь" управления движениями, в отличие от прямых и косвенных путей, реализованных в других частях базальных ганглиев. Также было показано, что дисфункция STN повышает импульсивность у людей, которым предъявляются два равноценных стимула, вызывающих вознаграждение. Исследования указывают на то, что субталамус является экстрапирамидным центром. Он сдерживает мышечные реакции, и его повреждение может привести к гемибаллизму (непроизвольным, резким бросаниям конечностей с одной стороны тела). Физиологическая роль STN долгое время оставалась скрытой из-за её патологической роли. Однако недавние исследования физиологии STN привели к открытию, что STN необходима для осуществления запланированных движений, включая локомоцию, равновесие и моторную координацию. Она действительно участвует в остановке или прерывании текущих двигательных задач. Более того, возбуждение STN в целом коррелировало со значительным снижением локомоторной активности, а, напротив, ингибирование STN усиливало локомоцию.