Корково-базальные ганглии-таламо-кортикальная петля
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Апрель 2019 г. ) |
| Корково-базальные ганглии-таламо-кортикальная петля | |
|---|---|
 Соединения базальных ганглиев . | |
| Подробности | |
| Часть | головной мозг |
| Анатомические термины нейроанатомии | |
Корково -базальные ганглии-таламо-кортикальная петля ( петля CBGTC ) — это система нейронных цепей в головном мозге . Петля включает в себя связи между корой , базальными ганглиями , таламусом и обратно в кору. Это имеет особое значение для гиперкинетических и гипокинетических двигательных расстройств , таких как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона . [1] а также к психическим расстройствам контроля, таким как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), [2] обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР), [3] и синдром Туретта . [4]
Петля CBGTC в основном состоит из модулирующих дофаминергических проекций из компактной части и черной субстанции вентральной области покрышки , а также возбуждающих глутаматергических проекций из коры в полосатое тело , где эти проекции образуют синапсы с возбуждающими и тормозными путями, которые передаются обратно в полосатое тело. кора. Первоначально петля была предложена как часть модели базальных ганглиев, называемой моделью параллельной обработки , которая подверглась критике и была модифицирована в другую модель, названную моделью центрального окружения . [5]
Современные схемы организации характеризуют взаимодействия корково-базальных ганглиев как сегрегированную параллельную обработку, что означает небольшую конвергенцию отдельных областей коры в базальных ганглиях. Считается, что это объясняет топографически организованную функциональность полосатого тела. [4] Полосатое тело организовано по ростро-каудальной оси, при этом ростральная скорлупа и хвостатое тело выполняют ассоциативные и когнитивные функции, а каудальные области - сенсомоторную функцию. [6] Иногда, когда выраженной мишенью является полосатое тело, петлю называют кортико-стриарно-таламо-кортикальной петлей . [7]
Нейроанатомия
[ редактировать ]
Двумя основными входными структурами контура являются полосатое тело и субталамическое ядро (STN). Полосатое тело получает входные данные как от коры, так и от компактной части ( черной субстанции SNc), тогда как STN получает только корковые входные данные.
Из полосатого тела выходят два пути. Один путь называется непрямым (или NoGo) путем и является тормозным. Это проецируется на внешний бледный шар (GPe) и ингибирует его, что приводит к растормаживанию внутреннего бледного шара (GPi), что приводит к торможению таламуса. Этот путь также в результате ингибирования GPe растормаживает субталамическое ядро, что приводит к возбуждению GPi и, следовательно, к торможению таламуса.
Второй путь называется прямым (или Go) путем и является возбуждающим. Этот путь ингибирует GPi, что приводит к растормаживанию таламуса. Прямой путь в основном состоит из моносинаптических связей, управляемых дофаминовым рецептором D1 , аденозиновым рецептором А1 и мускариновым рецептором ацетилхолина М4 , тогда как непрямой путь основан на соединениях, управляемых дофаминовым рецептором D2 , аденозиновым рецептором А2А и мускариновым рецептором ацетилхолина М1 . [1] [8]
Параллельные петли CBGTC были разделены в соответствии с функциями связанных областей коры. Одна схема предполагает разделение на лимбическую и моторную петли, при этом двигательные петли содержат непрямые и прямые пути, которые, в свою очередь, связаны между собой с лимбической петлей, выступающей в вентральное полосатое тело. [9] Петля также разделена на лимбическую, ассоциативную, глазодвигательную и моторную цепи. [4] объяснить роль дофамина в базальных ганглиях в мотивационных состояниях. [10] Пятипетлевое деление на основе первичных корковых мишеней описывается следующим образом: [11]
- Двигательная цепь, берущая начало в дополнительной моторной области , моторной коре и соматосенсорной коре , которая, в свою очередь, проецируется на скорлупу, которая проецируется на вентролатеральную GPi и каудолатеральную SNr, а затем возвращается в кору через вентралис латеральную часть полости рта и вентралисную боковую часть. медиалис.
- Глазодвигательный контур, берущий начало в лобных полях глаза , проецирующийся на тело хвостатого ядра и возвращающийся через каудальную дорсомедиальную часть GPi/вентромедиальную SNr, а затем через латеральную вентралисную переднюю часть магноцеллюлярной мышцы и медиальную дорсальную часть параларнелярной мышцы.
- Дорсолатеральный префронтальный контур, включающий проекции dlPFC и задней теменной коры , который проецируется на дорсолатеральную головку хвостатого ядра, которая, в свою очередь, проецируется на латеральный дорсомедиальный GPi/ростролатеральный SNr, который проецируется на вентралисную переднюю часть парвоцеллюлярной мышцы и медиальную дорсальную часть парвоцеллюлярной кости. .
- Латеральный орбитофронтальный контур, проецирующийся на вентромедиальную хвостатую головку, который проходит через медиальную дорсомедиальную GPi/ростромедиальную SNr к медиальной вентральной медиальной части магноцеллюлярной мышцы/медиальной дорсальной части магноцеллюлярной мышцы.
- Передняя поясная извилина, которая включает в себя проекции от АСС к вентральному полосатому телу через ростролатеральный GPi/VP/ростродорсальный SNr, который возвращается через заднемедиальную медиальную мышцу спины.
Проблема, связанная с нынешней анатомией схемы, заключается в том, что временная задержка между прямым и непрямым путями должна приводить к тому, что эта схема не работает. Чтобы преодолеть это, гипотеза центрального окружения утверждает, что гиперпрямой путь из коры будет подавлять другие входные сигналы, кроме одного сфокусированного коркового входа. Однако время активности базальных ганглиев и момент конечностей, а также исследования повреждений не подтверждают эту гипотезу. [12]
Функция
[ редактировать ]Были предложены две модели, объясняющие выбор действий в базальных ганглиях. Модель актер-критик предполагает, что действия генерируются и оцениваются «критиком» в вентральном полосатом теле, а действия выполняются «актером» в дорсальном полосатом теле. Другая модель предполагает, что базальные ганглии действуют как механизм выбора, при котором действия генерируются в коре головного мозга и выбираются базальными ганглиями в зависимости от контекста. [13] Цикл CBGTC также участвует в дисконтировании вознаграждения, при этом количество увольнений увеличивается в случае неожиданного или большего, чем ожидалось, вознаграждения. [2] Один обзор подтвердил идею о том, что кора головного мозга участвует в обучении действиям независимо от их результата, в то время как базальные ганглии участвуют в выборе соответствующих действий на основе ассоциативного вознаграждения, основанного на обучении методом проб и ошибок. [14]
Роль в болезни
[ редактировать ]Петля CBGTC участвует во многих заболеваниях. Например, , что при болезни Паркинсона дегенерация дофаминергических нейронов, приводящая к снижению активности возбуждающего пути, приводит к гипокинезии. считается [15] Считается, что при болезни Хантингтона дегенерация ГАМКергических нейронов, управляющих тормозным путем, приводит к резким движениям тела. [2] Совместная дегенерация лимбических проекций вместе с моторными проекциями может привести ко многим психиатрическим симптомам этих преимущественно двигательных заболеваний. [9] При ОКР петля может быть дисфункциональной, с дисбалансом между непрямыми и прямыми путями, что приводит к нежелательных мыслей . «застреванию» [3] Считается, что при СДВГ снижение тонической дофаминергической передачи сигналов, приводящее к чрезмерному игнорированию отсроченных вознаграждений, приводит к снижению внимания. [2]
Исследовать
[ редактировать ]Петля CBGTC изучалась в отношении сознания , выбора действий, других цепей, а также в контексте памяти и познания. [16] [17] Модель петли CBGTC подверглась критике как чрезмерно упрощенная и слишком жестко применяемая, учитывая доказательства анатомического и функционального перекрытия и взаимодействия между прямыми и непрямыми путями. [18] Петля также исследовалась в контексте глубокой стимуляции мозга . [16] По состоянию на 2013 год велись интенсивные дебаты по поводу разделения цепи, взаимодействия путей, количества путей и общей анатомии. [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Силкис, И. (1 января 2001 г.). «Кортико-базальные ганглии-таламокортикальный контур с синаптической пластичностью. II. Механизм синергической модуляции таламической активности по прямым и непрямым путям через базальные ганглии». Биосистемы . 59 (1): 7–14. дои : 10.1016/S0303-2647(00)00135-0 . ISSN 0303-2647 . ПМИД 11226622 .
- ^ Jump up to: а б с д Майя, Тьяго В.; Фрэнк, Майкл Дж. (15 января 2017 г.). «От моделей обучения с подкреплением базальных ганглиев к патофизиологии психиатрических и неврологических расстройств» . Природная неврология . 14 (2): 154–162. дои : 10.1038/nn.2723 . ISSN 1097-6256 . ПМК 4408000 . ПМИД 21270784 .
- ^ Jump up to: а б Майя, Тьяго В.; Куни, Ребекка Э.; Петерсон, Брэдли С. (1 января 2008 г.). «Нейронные основы обсессивно-компульсивного расстройства у детей и взрослых» . Развитие и психопатология . 20 (4): 1251–1283. дои : 10.1017/S0954579408000606 . ISSN 0954-5794 . ПМК 3079445 . ПМИД 18838041 .
- ^ Jump up to: а б с Делонг, Махлон; Вихманн, Томас (15 января 2017 г.). «Изменение взглядов на цепи базальных ганглиев и их расстройства» . Клиническая ЭЭГ и нейронауки . 41 (2): 61–67. дои : 10.1177/155005941004100204 . ISSN 1550-0594 . ПМЦ 4305332 . ПМИД 20521487 .
- ^ Аттер, Эми А.; Бассо, Мишель А. (1 января 2008 г.). «Базальные ганглии: обзор цепей и функций». Неврологические и биоповеденческие обзоры . 32 (3): 333–342. doi : 10.1016/j.neubiorev.2006.11.003 . ISSN 0149-7634 . ПМИД 17202023 . S2CID 810947 .
- ^ Ким, Х.Ф.; Хикосака, О (июль 2015 г.). «Параллельные цепи базальных ганглиев для произвольного и автоматического поведения для достижения вознаграждения» . Мозг: журнал неврологии . 138 (Часть 7): 1776–800. дои : 10.1093/brain/awv134 . ПМЦ 4492412 . ПМИД 25981958 .
- ^ Феттс, П.; Шульце, Л.; Даунар, Дж. (2017). «Кортико-стриатально-таламическая петля орбитофронтальной коры: многообещающие терапевтические цели при психических заболеваниях» . Границы системной нейронауки . 11:25 . дои : 10.3389/fnsys.2017.00025 . ПМК 5406748 . ПМИД 28496402 .
- ^ Родитель, А.; Хазрати, Л.Н. (1 января 1995 г.). «Функциональная анатомия базальных ганглиев. I. Корково-базальные ганглии-таламо-кортикальная петля». Исследования мозга. Обзоры исследований мозга . 20 (1): 91–127. дои : 10.1016/0165-0173(94)00007-C . ПМИД 7711769 . S2CID 28252990 .
- ^ Jump up to: а б Н.Ф., Мехраби; Мальвиндар, Сингх-Бэйнс; Генри, Вальдфогель; Ричард, Фаулл (21 июля 2016 г.). «Взаимодействие кортико-базальных ганглиев при болезни Хантингтона» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Икемото, Сатоши; Ян, Чен; Тан, Аарон (1 сентября 2015 г.). «Петли базальных ганглиев, дофамин и мотивация: обзор и исследование» . Поведенческие исследования мозга . 290 : 17–31. дои : 10.1016/j.bbr.2015.04.018 . ПМЦ 4447603 . ПМИД 25907747 .
- ^ Сквайр, Ларри (2013). Фундаментальная нейронаука (4-е изд.). Амстердам: Elsevier/Academic Press. п. 728. ИСБН 9780123858702 .
- ^ Делонг, Махлон; Вихманн, Томас (15 января 2017 г.). «Обновленная информация о моделях функции и дисфункции базальных ганглиев» . Паркинсонизм и связанные с ним расстройства . 15 (Приложение 3): S237–S240. дои : 10.1016/S1353-8020(09)70822-3 . ISSN 1353-8020 . ПМЦ 4275124 . ПМИД 20082999 .
- ^ Редгрейв, П.; Прескотт, Ти Джей; Герни, К. (апрель 1999 г.). «Базальные ганглии: решение проблемы выбора у позвоночных?». Нейронаука . 89 (4): 1009–1023. CiteSeerX 10.1.1.32.4792 . дои : 10.1016/S0306-4522(98)00319-4 . ПМИД 10362291 . S2CID 3187928 .
- ^ Хели, Себастьян; Элл, Шон В.; Эшби, Ф. Грегори (1 марта 2015 г.). «Изучение надежных кортико-кортикальных связей с базальными ганглиями: интегративный обзор». Кортекс . 64 : 123–135. дои : 10.1016/j.cortex.2014.10.011 . ISSN 1973-8102 . ПМИД 25461713 . S2CID 17994331 .
- ^ Лансьего, Хосе Л.; Лукин, Наташа; Обесо, Хосе А. (15 января 2017 г.). «Функциональная нейроанатомия базальных ганглиев» . Перспективы Колд-Спринг-Харбора в медицине . 2 (12): а009621. doi : 10.1101/cshperspect.a009621 . ISSN 2157-1422 . ПМК 3543080 . ПМИД 23071379 .
- ^ Jump up to: а б Бриттен, Дж. С.; Шаротт, А; Браун, П. (июнь 2014 г.). «Высокие и низкие уровни бета-активности в петлях кортико-базальных ганглиев» . Европейский журнал неврологии . 39 (11): 1951–9. дои : 10.1111/ejn.12574 . ПМК 4285950 . ПМИД 24890470 .
- ^ Jump up to: а б Шролл, Хеннинг; Хамкер, Фред Х. (30 декабря 2013 г.). «Вычислительные модели функций путей базальных ганглиев: фокус на функциональной нейроанатомии» . Границы системной нейронауки . 7 : 122. дои : 10.3389/fnsys.2013.00122 . ПМЦ 3874581 . ПМИД 24416002 .
- ^ Калабрези, Паоло; Пиккони, Барбара; Тоцци, Алессандро; Гильери, Вероника; Филиппо, Массимилиано Ди (1 августа 2014 г.). «Прямые и непрямые пути базальных ганглиев: критическая переоценка». Природная неврология . 17 (8): 1022–1030. дои : 10.1038/nn.3743 . ПМИД 25065439 . S2CID 8983260 .