Введение

Базальные ганглии образуют основную систему мозга у всех видов позвоночных, но у приматов (включая людей) есть особые особенности, которые оправдывают отдельное рассмотрение. Как и у других позвоночных, базальные ганглии приматов могут быть разделены на стриатальные, паллидальные, нигральные и субталамические компоненты. Однако у приматов есть два подподразделения, называемые внешним глобусом паллидусом (GPe) и внутренним глобусом паллидусом (GPi). Также у приматов спинной стриатум разделен большим трактом, называемым внутренней капсулой, на две массы, называемые хвостовым ядром и путаманом. У большинства других видов такого разделения не существует, и только стриатум в целом признается. Кроме этого, существует сложная схема связей между полосатым телом и корой, которая специфична для приматов. Эта сложность отражает разницу в функционировании различных корковых областей в мозге приматов. Функциональные исследования с использованием изображений проводились в основном на людях. Кроме того, несколько основных дегенеративных заболеваний базальных ганглий, включая болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона, характерны для людей, хотя "модели" их были предложены для других видов.

Кортикостриатальная связь

Основным выходом из коры, с аксонами из большинства корковых областей, соединяющимися со стриатумом, называется кортикостриатальная связь, часть кортикальной базальной ганглии таламовой корковой петли. У приматов большинство этих аксонов тонкие и неразветвленные. Стриатум не получает аксоны от первичной обонятельной, зрительной или слуховой коры. Кортикостриатальная связь является возбуждающим глутаматергическим путем. Одно небольшое корковое место может проецировать много ветвей аксонов в несколько частей полосатого тела.

Стриатум

Стриатум является самой большой структурой базальных ганглий.

Нейронная структура

Средние колючие нейроны (MSN) составляют до 95% стриальных нейронов. Существует две популяции этих проекционных нейронов, MSN1 и MSN2, оба из которых являются ингибирующими ГАМК-ергическими. Существуют также различные группы ГАМК-ергических интернейронов и одна группа холинергических интернейронов. Эти несколько типов отвечают за прием, обработку и передачу всего коркового ввода. Большинство дендритных шипов на средних шиповидных нейронах синаптически связаны с корковыми афферентами, и их аксоны проецируют многочисленные сопутствующие сигналы на другие нейроны. Холинергические интернейроны приматов сильно отличаются от нейронов не приматов. Они, как говорят, обладают тонизирующей активностью. В спинном и вентральном стриатумах имеются различные популяции холинергических интернейронов, которые отличаются заметной формой.

Уровни организации

Стриатум - это одна масса серого вещества, которая состоит из двух разных частей, вентральной и спинной. Дорсальная полосатая ткань содержит хвостовое ядро и путамен, а вентральная полосатая ткань содержит ядро accumbens и обонятельный туберкул. Внутренняя капсула разделяет две части спинной полосатой кости. Сенсомоторные входы в основном в путамен. Ассоциативный вход идет в хвостовое ядро и, возможно, в ядро accumbens. Существуют два различных компонента полосатого тела, дифференцированные окрашиванием стриосом и матрицей. Стриосомы расположены в матрице стриатума и содержат μ-опиоидные рецепторы и места связывания D1 с дофаминовым рецептором. Стриатопаллидальные волокна обеспечивают связь от путамана к глабусу паледя и черной субстанции.

Коннектомика

В отличие от ингибирующих GABAергических нейронов в неокортексе, которые посылают только локальные соединения, в стриатуме эти нейроны посылают длинные аксоны к мишеням в бледноте и черной субстанции. Исследование на макаках показало, что средние колючие нейроны имеют несколько целей. Большинство стриальных аксонов сначала нацеливаются на GPe, некоторые из них также нацеливаются на GPi и обе части черной субстанции. Нет отдельных аксонных выбросов ни к GPi, ни к SN, ни к обеим этим областям; только соединение в качестве непрерывных целей через аксонные заграждения от стриатума до GPe. Единственная разница между аксональными коннектомами стриосом и аксонами этих нейронов в матрице заключается в количестве их разветвляющихся аксонов. Стриосомальные аксоны пересекают протяженность СН, а у макак излучают от 4 до 6 вертикальных опор, которые образуют вертикальные колонны, которые входят глубоко в СН pars compacta (SNpc); аксоны из матрицы более редко разветвлены. Эта модель связи является проблематичной. Основным медиатором стриатопаллидонигральной системы является ГАМК, а также есть котрансмиттеры. Цветы GPe для мет-энкефалина, GPi для вещества P или динорфина или для обоих, и SN для обоих. Это, вероятно, означает, что один аксон способен концентрировать различные комедиаторы в разных подделах в зависимости от цели.

Селективность территорий полос для целей

Исследование процента стриатальных аксонов от сенсомоторного (заднебокового путамана) и ассоциативного стриатума (каудатное ядро и вентромедиальный путамана) до бледного глобуса обнаружило важные различия. Например, GPe получает большое количество аксонов из ассоциативных областей. GPi сильно связан с сенсомоторной системой. СН сначала ассоциативный. Это подтверждается эффектом стриальной стимуляции. Все выступы от первичной соматосенсорной коры к путамену, избегают стриосомы и иннервируют области внутри матрицы.

Конституция

Палидонигральный набор включает в себя прямые цели стриальных аксонов: два ядра паллидума и pars compacta (SNpc) и pars reticulata (SNpr) черной субстанции. Один из характерных черт этого ансамбля - очень плотный паллидонигральный пучок, придающий ему беловатый вид (pallidus означает бледность). После Фуа и Николеско (1925) и некоторых других, Сесиль и Оскар Вогт (1941) предложили термин паллидум, также используемый Terminologia Anatomica (1998). Они также предложили термин nigrum для замены nigra, который действительно не является веществом; но это, как правило, не соблюдается. Весь паллидонигральный набор состоит из тех же нейронных компонентов. Большинство из них состоит из очень больших нейронов, плохо разветвленных, сильно окрашенных парвальбумином, имеющих очень большие дендритные деревообразования (намного больше у приматов, чем у грызунов) с прямыми и толстыми дендритами. Только форма и направление дендритных деревообразований отличаются между паллидумом и нейронами SN. Палидальные дендритные лесопосадочные образования очень крупные, плоские и дискообразные. Их основная плоскость параллельна другим и также параллельна боковой границе блестящего сустава; таким образом, перпендикулярна оси афференций. Поскольку бледновидные диски тонкие, они пересекаются только на короткое расстояние полосаточными аксонами. Однако, поскольку они широкие, их пересекают многие стриатальные аксоны из широких стриатальных частей. Так как они свободны, шансы на контакт не очень высоки. Стриатальные деревообразования излучают перпендикулярные ветви, участвующие в плоских полосах, параллельных боковой границе, что увеличивает плотность синапсов в этом направлении. Это относится не только к стриато-афферентному, но и к субталамусному (см. ниже). Синаптология набора необычна и характерна. Дендриты паллидальных или нигральных аксонов полностью покрыты синапсами, без какого-либо апопозиции глии. Более 90% синапсов имеют стриальное происхождение. которые могут действовать как элементы локальных схем, существуют слабые или отсутствующие функциональные взаимосвязи между паллидальными нейронами.

Внешний глобус паллидус

Внешний палевый глобус (GPe) или боковой палевый глобус, плоский, изогнутый и расширенный по глубине и ширине. Разветвленные дендритные деревья имеют форму диска, плоские, проходят параллельно друг другу и к границе бледности и перпендикулярны аксонам, исходящим из полосатого тела. У обезьян наблюдалось начальное торможение в ответ на стриальное введение, за которым последовал регулируемый возбуждение. В исследовании это предполагает, что возбуждение использовалось временно для контроля величины поступающего сигнала и для пространственного фокусирования этого в ограниченном количестве паллидальных нейронов. Нейроны GPe часто являются многоцелевыми и могут реагировать на ряд типов нейронов. У макак аксоны от GPe к стриатуму составляют около 15%; аксоны к GPi, SNpr и субталамическому ядру составляют около 84%. Предпочтительной мишенью было субталамическое ядро, которое также посылает большинство своих аксонов в GPe.

Внутренний глобус паллидус

Внутренний палец глобуса (GPi) или медиальный палец глобуса встречается только в мозге приматов, а также в более молодой части палец глобуса. Как и GPe и substantia nigra, GPi - это быстро активирующийся кардиостимулятор, но его активность не показывает длительных интервалов тишины, наблюдаемых у других. и в область за красным ядром. Эволюционное увеличение внутреннего паллидуса также привело к сопутствующему увеличению паллидоталамовых трактов и появлению вентрального бокового ядра в таламусе. Посредником является ГАМК.

Черная субстанция

Черная субстанция состоит из двух частей, pars compacta (SNpc) и pars reticulata (SNpr), иногда есть ссылка на pars lateralis, но это обычно включается в состав pars reticulata. "Черное вещество", как переводится этот термин, относится к нейромеланину, обнаруженному в дофаминергических нейронах. Они находятся в более темной области СНПЦ. СНПР - более светлый регион. Подобные клетки есть в черной субстанции и бледном глобусе. Обе части получают входные данные от стриатопаллидальных волокон.

Парс компакта

Парс компакта является самой боковой частью черной субстанции и посылает аксоны в верхний колликулус. Нейроны имеют высокую скорость запуска, что делает их быстро развивающимся кардиостимулятором, и они участвуют в глазных сакад.

Парс ретикулата

Граница между СНпц и СНпр сильно закручена глубокими перифериями. Его нейронный род такой же, как у паллидума, с такими же толстыми и длинными дендритными деревьями. Он получает свои синапсы от полосатого тела так же, как и от блестящего тела. Стриатонигральные аксоны из стриосом могут образовывать вертикально ориентированные колонны, входящие глубоко в СНпр. Вентральные дендриты СНПК с обратного направления также глубоко входят в него. СН также посылает аксоны в ядро педункулопонтина. и в парафасцикулярную часть центрального комплекса. СНПР - это еще один "быстро активирующийся кардиостимулятор". Согласно анатомическим данным, лишь немногие нейроны реагируют на пассивные и активные движения (нет сенсомоторной карты), "но большая часть показывает реакции, которые могут быть связаны с памятью, вниманием или подготовкой к движению", что соответствует более сложному уровню, чем у медиального бледного тела. В дополнение к массивной стриатопаллидальной связи, SNpr получает иннервацию дофамина от SNpc и глутаматергических аксонов от pars parafascicularis центрального комплекса. Он посылает аксоны нигроталамической системы. Нет никаких заметных черных таламических пучков. Аксоны прибывают медиально к паледиальным афференциям в передней и самой медиальной части боковой области таламуса: вентральное переднее ядро (ВА), дифференцированное от вентрального бокового ядра (ВЛ), получающее паледиальные афференции. Посредником является ГАМК.

Стриатопаллидонигральная связь

Стриатопаллидонигральная связь - очень специфическая. Он задействует все колючие стриатальные аксоны. По оценкам, их 110 миллионов у человека, 40 у шимпанзе и 12 у макаков. Физиологический анализ показал, что центральная ингибиция/периферическая возбуждение, болезнь, способна изменить нормальное фокусирование. У обезьян, интоксицированных MPTP, стриальные стимуляции приводят к большой конвергенции на паллидальных нейронах и менее точному отображению. Фокусировка не является свойством стриатопаллидальной системы. Однако очень специфическая и контрастная геометрия связи между стриатовыми аксонами и паледонигральными дендритами предлагает особые условия (возможность очень большого количества комбинаций посредством местных дополнений одновременных входов в одно дерево или в несколько отдаленных очагов, например). Считается, что рассеянность системы ответственна за большинство симптомов паркинсонической серии. Механизм фокусировки пока не известен. Структура дофаминергической иннервации, по-видимому, не позволяет ей работать для этой функции. Более вероятно, что фокусировка регулируется вверх по течению стриатопаллидальной и кортикостриатальной системами.

Синаптология и комбинаторная

Синаптология стриато-паллидонигральной связи настолько специфична, что ее легко распознать. Паллидонигральные дендриты полностью покрыты синапсами без какого-либо апопозиции глии. Это дает в секциях характерные образы "паллисад" или "розеток". Более 90% этих синапсов имеют стриальное происхождение. Несколько других синапсов, таких как дофаминергические или холинергические, перемежаются между GABAergic striatonigral синапсами. Спорным вопросом является то, как стриальные аксоны распределяют свои синапсы. Тот факт, что стриальные аксоны параллельны дендритам как "волосатые волокна", привел к преувеличению расстояний, вдоль которых дендриты и аксоны параллельны. Стриатальные аксоны могут просто пересекать дендриты и создавать один синапс. Чаще всего стриальный аксон изгибает свой курс и следует за дендритом, образуя "параллельные контакты" на довольно коротком расстоянии. Средняя длина параллельных контактов составила 55 микрометров с 3 - 10 бутонными связями (синапсами). В другом типе аксональной модели афферентный аксон разветвляется и дает две или более ветви, параллельные дендриту, таким образом увеличивая количество синапсов, даваемых одним полосатым аксоном. При таком паттерне более чем вероятно, что 1 или даже 5 стриатальных аксонов не способны влиять (ингибировать) на активность одного паллидального нейрона. Для этого необходимы определенные пространственно-временные условия, предполагающие больше аферентных аксонов.

Паллидонигральные карты

То, что описано выше, касалось входных карт или "inmap" (соответствующих пространственному распределению афферентных аксонов от одного источника к одной цели). Это не обязательно соответствует выходной карте или внешней карте (соответствующей распределению нейронов по отношению к их аксональным мишеням). Физиологические исследования и транссинаптические вирусные маркеры показали, что острова паллидальных нейронов (только их клеточные тела или соматы, или триггерные точки), посылающие свои аксоны через свои конкретные таламические территории (или ядра) к одной определенной корковой цели, организованы в радиальные полосы. Они были оценены как полностью репрезентативные для паллидальной организации. Это точно не так. Паллидум - это именно одно из мест мозга, где происходит резкое изменение между аферентной геометрией и совершенно другой эфферентной. Внутренняя и внешняя карты совершенно разные. Это является показанием фундаментальной роли паллидонигрального множества: пространственной реорганизации информации для определенной "функции", которая, как можно было бы предположить, является определенной реорганизацией в таламусе, готовящей распределение в кору. Внешняя карта нигры (lateralis reticulata) менее дифференцирована.

Pars compacta и близлежащие дофаминергические элементы

В строгом смысле, pars compacta является частью ядра базальных ганглий, поскольку он непосредственно получает синапсы от стриальных аксонов через стриатопаллидонигральный пучок. Длинные вентральные дендриты парса компакта действительно погружаются глубоко в парс ретикулата, где они получают синапсы от пучка. Однако его конституция, физиология и медиатор контрастируют с остальной частью нигры. Это объясняет, почему здесь анализируется между элементами ядра и регуляторами. Старение приводит к потемнению клеточных тел, откладывая меланин, видимый невооруженным глазом. Это происхождение названия ансамбля, сначала "locus niger" (Vicq d'Azyr), что означает черное место, а затем "substantia nigra" (Sömmerring), что означает черное вещество.

Структура

Плотно распределенные нейроны парса компакта имеют более крупные и толстые дендритные деревообразования, чем у парса ретикулата и латералиса. Вентральные дендриты, спускающиеся в pars reticulata, получают ингибирующие синапсы от начальных аксональных коллатералов нейронов pars reticulata (Hajos и Greefield, 1994). Группы дофаминергических нейронов, расположенных более спинно и задним в тегменте, являются одного типа, не образуя истинных ядер. "Клетки групп А8 и А10" расположены внутри мозгового педункула. Они не могут принимать стриальные афференции и не находятся в топографическом положении, чтобы это сделать. Таким образом, дофаминергический ансамбль также не однородный в этом вопросе. Это еще одно важное отличие от паледонигрального ансамбля. Аксоны дофаминергических нейронов, которые тонкие и варикозные, покидают нигру на спине. Они оборачиваются вокруг медиальной границы субталамуса, входят в поле H2 над субталамусом, затем пересекают внутреннюю капсулу, чтобы достичь верхней части медиального паледиума, где они входят в паледиальные оболочки, откуда они входят в стриатум. Они интенсивно, но неоднородно заканчиваются в полосатом теле, скорее в матрице передней части и скорее в стриосомах в спинном направлении. Эти авторы вникают в экстрастритальную дофаминергическую иннервацию других элементов системы базальных ганглий: бледность и субталамическое ядро.

Физиология

В отличие от нейронов pars reticulata lateralis, дофаминергические нейроны являются "бальными пиковыми кардиостимуляторами", их активность считалась "двигательной". Их деятельность связана с вознаграждением и прогнозом вознаграждения. В недавнем обзоре (Schultz 2007) было показано, что фазовые реакции на события, связанные с вознаграждением, в частности ошибки прогнозирования вознаграждения, приводят к высвобождению дофамина. Из-за широкого распространения дофаминергическая система может регулировать работу базальных ганглий во многих местах.

Субталамическое ядро

Как следует из названия, субталамическое ядро расположено ниже таламуса; спинно от черной субстанции и медиально от внутренней капсулы. Субталамическое ядро имеет линзообразную форму и однородный вид. Он состоит из особого вида нейронов, имеющих довольно длинные эллипсоидные дендритные деревообразования, лишенные шипов, имитирующие форму всего ядра. Субталамические нейроны являются "быстро развивающимися кардиостимуляторами". Субталамическое ядро получает свою основную афференцию от бокового блестящего сустава. Другая афференция происходит из коры головного мозга (глутаматергическая), особенно из моторной коры, которая слишком сильно пренебрегается в моделях. Кортикальное возбуждение через субталамическое ядро провоцирует раннее короткое латентное возбуждение, приводящее к ингибированию в паллидальных нейронах. Субталамические аксоны покидают ядро спинно. За исключением соединения со стриатумом (17,3% у макак), большинство основных нейронов являются мультицелями и питают аксоны другими элементами ядра базальных ганглий. Вместе они образуют "центральный кардиостимулятор базальных ганглий" с синхронными всплесками. Палидо-субталамическая связь является ингибирующей, палидальная субталамуса - возбуждающей. Это соединенные регуляторы или соединенные автономные осцилляторы, анализ которых был недостаточно углублен. Боковая бледность получает много стриальных аксонов, субталамическое ядро - нет. Субталамическое ядро получает корковые аксоны, а паллидум - нет. Подсистема, которую они создают с их входами и выходами, соответствует классической систематической схеме обратной связи, но она, очевидно, более сложна.

Центральная область таламуса

Центромедианное ядро находится в центральной области таламуса. У высших приматов она состоит из трех частей вместо двух, с их собственными типами нейронов. Отсюда вывод идет в субталамическое ядро и в путамен. В его состав входят волокна из коры и глабуса паледиса.

Педункулопонтин комплекс

Ядро педункулопонтина является частью сетчатого образования в стволе мозга и основным компонентом сетчатой активирующей системы, и дает основной вход в базальные ганглии. Как следует из названия, он расположен на стыке между коньком и мозговым стопкой и рядом с черной субстанцией. Аксоны либо возбуждают, либо ингибируют и в основном нацелены на черную субстанцию. Еще один сильный вход - в субталамическое ядро. Другие цели - ГПИ и стриатум. Комплекс получает прямые афференции из коры и, прежде всего, обильные прямые афференции из медиального паледита (ингибирующего). Он посылает аксоны в паллидальную область ВЛ. Активность нейронов изменяется движением, и предшествует ему. Все это привело к тому, что Мена Сеговия и другие. (2004) предлагает, чтобы комплекс был связан так или иначе с базовой ганглиальной системой. Обзор его роли в системе и в болезнях дается Pahapill и Lozano (2000). Он играет важную роль в бодрствовании и сном. Он играет двойную роль как регулятор и регулируется базальными ганглиями.

Выходы базальной ганглиальной системы

В кортикальном кортикальном цикле базальных ганглий таламо базальные ганглии взаимосвязаны, с небольшим выходом на внешние цели. Одна из целей - верхний колликул, из парса ретикулата. Две другие основные выходные подсистемы - в таламус и оттуда в кору. В таламусе GPimedial волокна отделены от нигральной, поскольку их терминальные арборизации не смешиваются. Паллидальные аксоны имеют свою собственную территорию в вентральном боковом ядре (ВЛ); отделены от мозжечковых и нигральных территорий. ВЛ окрашивается на кальбидин и ацетилхолинестераз. Аксоны поднимаются в ядро, где они разветвляются. Выход VL идет преимущественно в дополнительную моторную кору (SMA), в прессМА и в меньшей степени в моторную кору. Палидоталамические аксоны дают ветви парс-медиа центрального комплекса, который посылает аксоны в премоторную и вспомогательную моторную кору.

СНР в таламовый ВА и оттуда в кору

Вентральное переднее ядро (ВА) направлено на премоторную кору, переднюю поясно-моторную кору и окуломоторную кору, без значительной связи с моторной корой.