Kortiko-basala ganglier-talamo-kortikal loop
| Cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop | |
|---|---|
 Anslutningar av basalganglierna .
| |
| Detaljer | |
| Del av | Stora hjärnan |
| Anatomiska termer för neuroanatomi | |
Den kortiko-basala ganglia-thalamo-kortikala loopen ( CBGTC loop ) är ett system av neurala kretsar i hjärnan . Slingan involverar anslutningar mellan cortex , basalganglierna , thalamus och tillbaka till cortex. Det är av särskild relevans för hyperkinetiska och hypokinetiska rörelsestörningar , såsom Parkinsons sjukdom och Huntingtons sjukdom , såväl som för mentala kontrollstörningar , såsom ADHD ( Attention Deficit Hyperactivity Disorder ), tvångssyndrom (OCD) och Tourettes syndrom .
CBGTC-slingan består primärt av modulerande dopaminerga projektioner från pars compacta av substantia nigra och ventrala tegmentala området samt excitatoriska glutamaterga projektioner från cortex till striatum , där dessa projektioner bildar synapser med excitatoriska och hämmande vägar som förmedlar tillbaka till bark. Slingan föreslogs ursprungligen som en del av en modell av basalganglierna som kallas den parallella bearbetningsmodellen , som har kritiserats och modifierats till en annan modell som kallas center surround-modellen .
Nuvarande organisationsscheman karakteriserar kortiko-basala ganglia-interaktioner som segregerad parallell bearbetning, vilket innebär att det finns liten konvergens av distinkta kortikala områden i basalganglierna. Detta tros förklara den topografiskt organiserade funktionaliteten hos striatum. Striatum är organiserat på en rostro-caudal axel, med den rostrala putamen och caudaten som tjänar associativa och kognitiva funktioner och de kaudala områdena tjänar sensorimotorisk funktion. Ibland när striatum är det uttryckta målet kallas slingan för cortico-striatal-thalamic-cortical loop .
Neuroanatomi
De två huvudsakliga ingångsstrukturerna i kretsen är striatum och den subthalamiska kärnan (STN). Striatum tar emot insignaler från både cortex och pars compacta av substantia nigra (SNc), medan STN endast tar emot kortikala input.
Två vägar dyker upp från striatum. En väg kallas den indirekta (eller NoGo) vägen och är hämmande. Detta projicerar till och hämmar globus pallidus externus (GPe), vilket resulterar i desinhibering av globus pallidus internus (GPi), vilket leder till hämning av thalamus. Denna väg desinhiberar också, som ett resultat av hämning av GPe, den subtalamiska kärnan, vilket resulterar i excitation av GPi och därför hämning av thalamus.
Den andra vägen kallas den direkta (eller Go) vägen och är exciterande. Denna väg hämmar GPi, vilket resulterar i desinhibering av talamus. Den direkta vägen består mestadels av monosynaptiska kopplingar som drivs av dopaminreceptor D1 , adenosin A1-receptor och muskarinacetylkolinreceptor M4 , medan den indirekta vägen förlitar sig på kopplingar som drivs av dopaminreceptor D2 , adenosin A2A-receptor och muskarinacetylkolinreceptor M1 .
De parallella CBGTC-slingorna har segregerats i enlighet med funktionerna hos associerade kortikala regioner. Ett schema involverar uppdelningen i limbiska och motoriska slingor, där motorslingorna innehåller indirekta och direkta banor, som i sin tur är sammankopplade med den limbiska slingan som skjuter ut i ventral striatum. Slingan har också delats upp i limbiska, associativa, oculomotoriska och motoriska kretsar för att förklara dopamins roll i de basala ganglierna på motivationstillstånd. En delning med fem loopar baserad på primära kortikala mål har beskrivits enligt följande:
- En motorisk krets med ursprung i det kompletterande motoriska området , motorisk cortex och somatosensorisk cortex , som i sin tur skjuter ut till putamen, som skjuter ut mot ventrolateral GPi och caudolateral SNr, innan den återvänder till cortex via ventralis lateralis pars oralis och ventralis lateralis pars medialis.
- En oculomotorisk krets som har sitt ursprung i de främre ögonfälten som skjuter ut till kaudatkroppen och återvänder via den caudala dorsomediala GPi/ventromediala SNr, och sedan den laterala ventralis anterior pars magnocellularis och medialis dorsalis pars paralarnellaris.
- En dorsolateral prefrontal krets som involverar projektioner från dlPFC och bakre parietal cortex , som projicerar till det dorsolaterala huvudet av caudatus, som i sin tur projicerar till den laterala dorsomediala GPi/rostrolaterala SNr, som projicerar till ventralis anterior pars parvocellularis och parvocellularis pars. .
- En lateral orbitofrontal krets som skjuter ut till det ventromediala caudathuvudet, som projicerar genom den mediala dorsomediala GPi/rostromedial SNr till den mediala ventralis medialis pars magnocellularis/medialis dorsalis pars magnocellularis.
- En främre cingulate krets som involverar projektioner från ACC till ventral striatum, genom den rostrolaterala GPi/VP/rostrodorsal SNr, som återvänder via den posteromediala medialis dorsalis.
Ett problem som identifierats med kretsens nuvarande anatomi är att tidsfördröjningen mellan de direkta och indirekta vägarna bör resultera i att denna krets inte fungerar. För att övervinna detta, antyder center surroundhypotesen att en hyperdirekt väg från cortex skulle hämma andra ingångar förutom en fokuserad kortikal ingång. Tidpunkten för basalgangliernas aktivitet och extremitetsmoment, såväl som lesionsstudier stöder dock inte denna hypotes
Fungera
Två modeller har föreslagits för att förklara hur åtgärder väljs i de basala ganglierna. Skådespelare-kritiker-modellen föreslår att handlingar genereras och utvärderas av en "kritiker" i ventralstriatum, medan handlingarna utförs av en "aktör" i dorsala striatum. En annan modell föreslår att basalganglierna fungerar som en selektionsmekanism, där åtgärder genereras i cortex och väljs utifrån sammanhang av basalganglierna. CBGTC-slingan är också inblandad i belöningsrabatt, där avfyrningen ökar med en oväntad eller större belöning än förväntat. En recension stödde idén att cortex var involverad i inlärningsåtgärder oavsett deras resultat, medan basalganglierna var involverade i att välja lämpliga åtgärder baserat på associativ belöningsbaserad inlärning av försök och misstag.
Roll i sjukdom
CBGTC-slingan har varit inblandad i många sjukdomar. Till exempel, vid Parkinsons sjukdom , tros degenerering av dopaminerga neuroner som leder till minskad aktivitet av den excitatoriska vägen resultera i hypokinesi, och vid Huntingtons sjukdom tros degenerering av GABAerga neuroner som driver den hämmande vägen resultera i ryckiga kroppsrörelser. Samdegenerering av limbiska projektioner tillsammans med motoriska projektioner kan resultera i många av de psykiatriska symtomen på dessa primärt motoriska sjukdomar. Vid OCD kan slingan vara dysfunktionell, med en obalans mellan de indirekta och direkta vägarna som resulterar i att oönskade tankar "fastnar". Vid ADHD tros minskad tonisk dopaminerg signalering som resulterar i överdriven diskontering av försenade belöningar resultera i minskad uppmärksamhet.
Forskning
CBGTC-slingan har studerats i relation till medvetande , handlingsval, i relation till andra kretsar och i kontext av minne och kognition. CBGTC-loopmodellen har kritiserats som alltför förenklad och alltför rigid tillämpad, med tanke på bevis på anatomisk och funktionell överlappning och interaktioner mellan de direkta och indirekta vägarna. Slingan har också undersökts i samband med djup hjärnstimulering . Från och med 2013 var det intensiv debatt med avseende på uppdelning av kretsen, interaktioner mellan vägar, antal vägar och allmän anatomi.