Kortiko-bazální ganglia-thalamo-kortikální smyčka - Cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop
![]() | tento článek může být pro většinu čtenářů příliš technická na to, aby je pochopili. Prosím pomozte to vylepšit na aby to bylo srozumitelné pro neodborníky, aniž by byly odstraněny technické podrobnosti. (Dubna 2019) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
Kortiko-bazální ganglia-thalamo-kortikální smyčka | |
---|---|
![]() Spojení bazální ganglia. | |
Detaily | |
Část | Mozek |
Anatomické pojmy neuroanatomie |
The kortiko-bazální ganglia-thalamo-kortikální smyčka (CBGTC smyčka) je Systém z neurální obvody v mozek. Smyčka zahrnuje spojení mezi kůra, bazální ganglia, thalamus a zpět do kůry. Má zvláštní význam pro hyperkinetické a hypokinetický pohybové poruchy, jako Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba,[1] stejně jako duševní poruchy kontroly, jako např porucha pozornosti s hyperaktivitou (ADHD),[2] obsedantně kompulzivní porucha (OCD),[3] a Tourettův syndrom.[4]
Smyčka CBGTC sestává primárně z modulačního dopaminergní projekce z pars compacta z substantia nigra, a ventrální tegmentální oblast stejně jako vzrušující glutamátergní projekce z kůra do striatum, kde se tyto projekce tvoří synapse s excitačními a inhibičními cestami, které se přenášejí zpět do kůry. Smyčka byla původně navržena jako součást modelu bazální ganglia volal model paralelního zpracování, který byl kritizován a upraven do jiného modelu zvaného středový prostorový model.[5]
Současné organizační schémata charakterizují interakce kortiko-bazálních ganglií jako segregované paralelní zpracování, což znamená, že existuje malá konvergence odlišných kortikálních oblastí v bazálních gangliích. To je myšlenka k vysvětlení topograficky organizované funkčnosti striata.[4] Striatum je organizováno na rostro-kaudální ose s rostrálním putamen a caudate sloužící asociativním a kognitivním funkcím a kaudální oblasti sloužící senzomotorické funkci.[6] Někdy, když je striatum vyjádřeným cílem, se smyčka označuje jako kortiko-striatální-thalamicko-kortikální smyčka.[7]
Neuroanatomy

Dvě hlavní vstupní struktury obvodu jsou: striatum a subtalamické jádro (STN). Striatum přijímá vstupy z kůry i z mozkové kůry pars compacta z substantia nigra (SNc), zatímco STN přijímá pouze kortikální vstupy.
Ze striata vycházejí dvě cesty. Jedna cesta se nazývá nepřímá (nebo NoGo) cesta a je inhibiční. To promítá a brzdí globus pallidus externus (GPe), což má za následek dezinhibici globus pallidus internus (GPi), což vede k inhibici thalamu. Tato cesta také v důsledku inhibice GPe dezinhibuje subthalamické jádro, což vede k excitaci GPi, a tedy k inhibici thalamu.
Druhá cesta se nazývá přímá (nebo Go) cesta a je vzrušující. Tato cesta inhibuje GPi, což vede k dezinhibici thalamu. Přímá cesta se většinou skládá z monosynaptických spojení poháněných dopaminový receptor D1, receptor adenosinu Al, a muskarinový acetylcholinový receptor M4, zatímco nepřímá cesta se spoléhá na spojení řízená dopaminový receptor D2, receptor adenosinu A2A, a muskarinový acetylcholinový receptor M1.[1][8]
Paralelní smyčky CBGTC byly odděleny podle funkcí přidružených kortikálních oblastí. Jedno schéma zahrnuje rozdělení na limbické a motorické smyčky, přičemž motorické smyčky obsahují nepřímé a přímé dráhy, které jsou zase vzájemně propojeny s limbickou smyčkou, která vyčnívá do ventrálního striata.[9] Smyčka byla také rozdělena na limbické, asociativní, okulomotorické a motorické obvody[4] vysvětlit roli dopaminu v bazálních gangliích na motivačních stavech.[10] Divize pěti smyček založená na primárních kortikálních cílech byla popsána následovně:[11]
- Obvod motoru pocházející z doplňková motorická oblast, motorická kůra, a somatosenzorická kůra, který zase vyčnívá do putamenu, který vyčnívá do ventrolaterální GPi a kaudolaterální SNr, před návratem do kůry prostřednictvím ventralis lateralis pars oralis a ventralis lateralis pars medialis.
- Okulomotorický obvod pocházející z pole čelního oka vyčnívající do těla kaudátu a návrat přes kaudální dorsomediální GPi / ventromediální SNr a poté laterální ventralis anterior pars magnocellularis a medialis dorsalis pars paralarnellaris.
- Dorsolaterální prefrontální obvod zahrnující projekce z dlPFC a zadní temenní kůra, který se promítá do dorsolaterální hlavy kaudátu, který zase promítne do laterální dorzomediální GPi / rostrolaterální SNr, která promítá do ventralis anterior pars parvocellularis a medialis dorsalis pars parvocellularis.
- Laterální orbitofrontální okruh vyčnívající do ventromediální kaudátové hlavy, který vyčnívá přes mediální dorsomediální GPi / rostromediální SNr do mediální ventralis medialis pars magnocellularis / medialis dorsalis pars magnocellularis.
- Přední cingulární obvod, který zahrnuje projekce z ACC do ventrálního striata, skrze rostolaterální GPi / VP / rostrodorsální SNr, který se vrací přes posteromedial medialis dorsalis.
Problém identifikovaný se současnou anatomií obvodu je ten, že časové zpoždění mezi přímou a nepřímou cestou by mělo mít za následek nefunkčnost tohoto obvodu. Abychom to překonali, hypotéza středového prostoru předpokládá, že hyperdirectní dráha z kůry by inhibovala další vstupy kromě jednoho soustředěného kortikálního vstupu. Načasování aktivity bazálních ganglií a moment končetiny, stejně jako studie lézí, však tuto hypotézu nepodporují[12]
Funkce
Byly navrženy dva modely, které vysvětlují, jak jsou vybírány akce v bazálních gangliích. Model herec-kritik naznačuje, že akce jsou generovány a hodnoceny „kritikem“ ve ventrálním striatu, zatímco akce jsou prováděny „aktérem“ ve hřbetním striatu. Další model navrhuje, že bazální ganglia fungují jako selekční mechanismus, kde jsou akce generovány v kůře a jsou bazálními gangliemi vybírány na základě kontextu.[13] Smyčka CBGTC je také zapojena do diskontování odměn, přičemž střelba roste s neočekávanou nebo vyšší než očekávanou odměnou.[2] Jedna revize podpořila myšlenku, že kůra byla zapojena do akcí učení bez ohledu na jejich výsledek, zatímco bazální ganglia byla zapojena do výběru vhodných akcí založených na asociativním učení založeném na pokusech a omylech.[14]
Role v nemoci
Smyčka CBGTC byla zapojena do mnoha nemocí. Například v Parkinsonova choroba Předpokládá se, že degenerace dopaminergních neuronů vedoucí ke snížené aktivitě excitační dráhy vede k hypokinéze,[15] a v Huntingtonova choroba Předpokládá se, že degenerace GABAergních neuronů pohánějících inhibiční dráhu vede k trhavým pohybům těla.[2] Společná degenerace limbických projekcí spolu s motorickými projekcemi může vést k mnoha psychiatrickým příznakům těchto primárně motorických onemocnění.[9] U OCD může být smyčka nefunkční a nerovnováha mezi nepřímou a přímou cestou vede k nežádoucímu myšlenky, zaseknout se".[3] U ADHD se předpokládá, že snížená tonická dopaminergní signalizace vedoucí k nadměrnému snižování opožděných odměn vede ke snížené pozornosti.[2]
Výzkum
Smyčka CBGTC byla studována ve vztahu k vědomí, výběr akce, ve vztahu k ostatním obvodům a v kontextu paměti a poznávání.[16][17] Model smyčky CBGTC byl kritizován jako příliš zjednodušený a příliš přísně aplikovaný, o čemž svědčí anatomické a funkční překrývání a interakce mezi přímou a nepřímou cestou.[18] Smyčka byla také zkoumána v kontextu hluboká stimulace mozku.[16] Od roku 2013 probíhala intenzivní debata ohledně rozdělení obvodu, interakcí drah, počtu drah a obecné anatomie.[17]
Reference
- ^ A b Silkis, I. (1. ledna 2001). „Kortiko-bazální ganglia-thalamokortikální okruh se synaptickou plasticitou. II. Mechanismus synergické modulace thalamické aktivity přímou a nepřímou cestou bazálními gangliemi“. Bio systémy. 59 (1): 7–14. doi:10.1016 / S0303-2647 (00) 00135-0. ISSN 0303-2647. PMID 11226622.
- ^ A b C d Maia, Tiago V .; Frank, Michael J. (15. ledna 2017). „Od modelů posilování učení bazálních ganglií po patofyziologii psychiatrických a neurologických poruch“. Přírodní neurovědy. 14 (2): 154–162. doi:10.1038 / č. 2723. ISSN 1097-6256. PMC 4408000. PMID 21270784.
- ^ A b Maia, Tiago V .; Cooney, Rebecca E .; Peterson, Bradley S. (1. ledna 2008). „Neurální základy obsedantně-kompulzivní poruchy u dětí a dospělých“. Vývoj a psychopatologie. 20 (4): 1251–1283. doi:10.1017 / S0954579408000606. ISSN 0954-5794. PMC 3079445. PMID 18838041.
- ^ A b C DeLong, Mahlon; Wichmann, Thomas (15. ledna 2017). „Měnící se pohledy na okruhy bazálních ganglií a poruchy obvodu“. Klinické EEG a neurovědy. 41 (2): 61–67. doi:10.1177/155005941004100204. ISSN 1550-0594. PMC 4305332. PMID 20521487.
- ^ Utter, Amy A .; Basso, Michele A. (1. ledna 2008). "Bazální ganglia: přehled obvodů a funkcí". Neurovědy a biobehaviorální recenze. 32 (3): 333–342. doi:10.1016 / j.neubiorev.2006.11.003. ISSN 0149-7634. PMID 17202023.
- ^ Kim, HF; Hikosaka, O (červenec 2015). „Paralelní obvody bazálních ganglií pro dobrovolné a automatické chování k dosažení odměn“. Brain: Journal of Neurology. 138 (Pt 7): 1776–800. doi:10.1093 / brain / awv134. PMC 4492412. PMID 25981958.
- ^ Fettes, P .; Schulze, L .; Downar, J. (2017). „Kortiko-striatálně-talamické smyčkové obvody orbitofrontální kůry: slibné terapeutické cíle u psychiatrických onemocnění“. Frontiers in Systems Neuroscience. 11: 25. doi:10.3389 / fnsys.2017.00025. PMC 5406748. PMID 28496402.
- ^ Parent, A .; Hazrati, L. N. (1. ledna 1995). „Funkční anatomie bazálních ganglií. I. Kortiko-bazální ganglia-thalamo-kortikální smyčka“. Výzkum mozku. Recenze výzkumu mozku. 20 (1): 91–127. doi:10.1016 / 0165-0173 (94) 00007-C. PMID 7711769.
- ^ A b NF, Mehrabi; Malvindar, Singh-Bains; Henry, Waldvogel; Richard, Faull (21. července 2016). „Interakce kortiko-bazálních ganglií při Huntingtonově nemoci“. Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc) - ^ Ikemoto, Satoshi; Yang, Chen; Tan, Aaron (1. září 2015). „Okružní smyčky bazálních ganglií, dopamin a motivace: přehled a dotaz“. Behaviorální výzkum mozku. 290: 17–31. doi:10.1016 / j.bbr.2015.04.018. PMC 4447603. PMID 25907747.
- ^ Squire, Larry (2013). Základní neurověda (4. vyd.). Amsterdam: Elsevier / Academic Press. p. 728. ISBN 9780123858702.
- ^ DeLong, Mahlon; Wichmann, Thomas (15. ledna 2017). „Aktualizace na modelech funkce a dysfunkce bazálních ganglií“. Parkinsonismus a související poruchy. 15 (Suppl 3): S237 – S240. doi:10.1016 / S1353-8020 (09) 70822-3. ISSN 1353-8020. PMC 4275124. PMID 20082999.
- ^ Redgrave, P .; Prescott, T.J .; Gurney, K. (duben 1999). „Bazální ganglia: řešení problému výběru u obratlovců?“. Neurovědy. 89 (4): 1009–1023. CiteSeerX 10.1.1.32.4792. doi:10.1016 / S0306-4522 (98) 00319-4. PMID 10362291.
- ^ Hélie, Sébastien; Ell, Shawn W .; Ashby, F. Gregory (1. března 2015). „Učení robustních kortikokortikálních asociací s bazálními gangliemi: integrativní přehled“. Kůra. 64: 123–135. doi:10.1016 / j.cortex.2014.10.011. ISSN 1973-8102. PMID 25461713.
- ^ Lanciego, José L .; Luquin, Nataša; Obeso, José A. (15. ledna 2017). „Funkční neuroanatomie bazálních ganglií“. Perspektivy Cold Spring Harbor v medicíně. 2 (12): a009621. doi:10.1101 / cshperspect.a009621. ISSN 2157-1422. PMC 3543080. PMID 23071379.
- ^ A b Brittain, JS; Sharott, A; Brown, P (červen 2014). „Vzestupy a pády aktivity beta v kortiko-bazálních smyčkách ganglií“. Evropský žurnál neurovědy. 39 (11): 1951–9. doi:10.1111 / ejn.12574. PMC 4285950. PMID 24890470.
- ^ A b Schroll, Henning; Hamker, Fred H. (30. prosince 2013). „Výpočtové modely funkcí dráhy bazálních ganglií: zaměření na funkční neuroanatomii“. Frontiers in Systems Neuroscience. 7: 122. doi:10.3389 / fnsys.2013.00122. PMC 3874581. PMID 24416002.
- ^ Calabresi, Paolo; Picconi, Barbara; Tozzi, Alessandro; Ghiglieri, Veronica; Filippo, Massimiliano Di (1. srpna 2014). „Přímé a nepřímé cesty bazálních ganglií: kritické přehodnocení“. Přírodní neurovědy. 17 (8): 1022–1030. doi:10.1038 / č. 3743. PMID 25065439.