Афференты субталамического ядра

СТЯ располагается на границе промежуточного и среднего мозга, вентральнее таламуса (рис.). В эмбриогенезе оно развивается из той же эмбриональной закладки, что и бледный шар - из латеральной гипоталамической клеточной колонны. СТЯ получает возбуждающий глутаматергический вход от лобных областей коры - от первичной моторной коры (поле 4), дополнительной и премоторной областей (поле 6) и фронтального глазодвигательного поля (поле 8), а также тормозный вход от внешнего сегмента бледного шара. Таким образом, СТЯ является одновременно и входной, и внутренней структурой базальных ганглиев; от стриатума он отличается тем, что получает кортикальный вход лишь от двигательных областей лобной коры, а сам образует возбудительный выход к БШв и к ЧСр. Внутренние связи базальных ганглиев мы рассмотрим более подробно ниже.

Эфферентный выход из базальных ганглиев

Выход из системы базальных ганглиев, связанный с управлением движениями, осуществляется преимущественно из двух структур - БШв и ЧСр (а также из вентрального паллидума) (рис. [607]). Большая часть волокон от этих структур направляется в вентролатеральное и вентральное переднее ядра таламуса (причем области проекций от базальных ганглиев в этих ядрах не перекрываются с областями проекций из мозжечка), а также в дорсомедиальное ядро таламуса. В свою очередь, эти ядра таламуса проецируются на моторную, премоторную, дополнительную моторную и префронтальную области коры – т.е. на подразделения, связанные с управлением движениями и планированием действий и поведения. Часть волокон из этих ядер таламуса возвращается обратно в стриатум, осуществляя обратную связь. Показано, что каждый отдельный нейрон БШв проецируется через таламус на достаточно ограниченный участок коры, а нейроны, проецирующиеся в разные части коры, располагаются, соответственно, в разных частях внутреннего сегмента бледного шара.

Коллатерали значительной части аксонов, направляющихся из БШв в таламус, идут также в нисходящем направлении в область на стыке среднего мозга и моста вблизи педункулопонтийного (педункуломостового) ядра - в так называемую "экстрапирамидную область среднего мозга". Эта область, в свою очередь, проецируется на ретикулоспинальную систему.

ЧСр образует аналогичные проекции в вентролатеральное и вентральное переднее ядра таламуса и в "экстрапирамидную область среднего мозга", а также непосредственно в верхнее двухолмие и с переключением в медиодорсальном ядре таламуса - во фронтальное глазодвигательное поле.

Базальные ганглии также образуют проекции на лимбические области коры (от БШв, ЧСр и вентрального паллидума через вентральное переднее и медиодорсальное ядра таламуса).

Закономерности функционированИя базальных ганглиев Прямой и непрямой пути через базальные ганглии

Хотя система связей между структурами базальных ганглиев может показаться сложной (рис. [608]), на самом деле через них по сути дела проходят всего два основных пути, которые называют "прямым" и "непрямым" (рис. [609]). Прямой стриопаллидарный путь подразумевает прохождение сигнала по следующей цепочке (на примере проекций в таламус или верхнее двухолмие): кора → стриатум →• БШв/ЧСр →• таламус/ВДВ. В этом пути имеются два последовательно расположенных тормозных синапса (обозначены стрелкой с черным кружком), поэтому общий характер воздействия на структуры мишени - растормаживающий. Непрямой стриопаллидарный путь включает чуть больше переключений: кора → стриатум →• БШн →• СТЯ → БШв/ЧСр →• таламус/ВДВ. Как видно, в нем последовательно включены три тормозных синапса, и общий характер воздействия по этому пути - тормозящий. Непрямой путь дополняется еще одной цепочкой в обход стриатума благодаря прямым проекциям из лобной доли в СТЯ, а именно: кора → СТЯ → БШв/ЧСр →• таламус/ВДВ; в этом варианте всего один тормозный синапс, и данная цепочка дополняет непрямой путь, так как тоже оказывает итоговое тормозящее воздействие на мишени. В вентральной части базальных ганглиев происходит приблизительно аналогичная передача (т.е. с вентрального стриатума на вентральный паллидум и далее на таламус), хотя особенности ее организации изучены в значительно меньшей степени, чем для "классических" базальных ганглиев.

Регуляция баланса между прямым и непрямым путями. Прямой и непрямой пути расходятся на уровне стриатума. Дело в том, что ШНср в стриатуме разделяются на две группы, которые, впрочем, неразличимы морфологически и никак не отделены друг от друга топографически. Тем не менее, клетки двух типов содержат разные пептидные котрансмиттеры (помимо основного медиатора - ГАМК), на них расположены разные дофаминовые рецепторы, и их аксоны направляются к разным мишеням (рис. [610]). В одной популяции этих нейронов ГАМК содержится совместно с динорфином и веществом P, и на этих клетках представлены дофаминовые рецепторы подгруппы D1. Эти нейроны посылают свои аксоны непосредственно в БШв и ЧСр, т.е. служат началом прямого пути. Вторая популяция содержит ГАМК совместно с энкефалином, на клетках этой группы располагаются дофаминовые рецепторы подгруппы D2; аксоны этих клеток направляются в БШн, начиная цепочку непрямого пути.

Рецепторы подгруппы D1 стимулируют аденилатциклазу и усиливают влияние входного сигнала на нейроны стриатума, в то время как рецепторы подгруппы D2 подавляют активность аденилатциклазы и угнетают кортикостриарную передачу. Таким образом, выделение дофамина в стриатуме смещает баланс между прямым и непрямым путями в сторону прямого растормаживающего пути, а при недостатке дофамина начинает преобладать непрямой тормозящий путь (рис. [611]). Основной источник дофамина для большей части стриатума - ЧСк, волокна из которой приходят по нигростриарному пути. Вентральный стриатум получает дофаминергические проекции из другого источника - из вентральной тегментальной области, которая, как и ЧС, также располагается в среднем мозге - это так называемый мезолимбический путь. Кроме того, баланс между прямым и непрямым путями регулируется ацетилхолином, выделяемым крупными бесшипиковыми нейронами стриатума: ацетилхолин стимулирует непрямой путь.

Большой интерес представляет вопрос о том, чем же регулируется, в свою очередь, само по себе выделение дофамина и ацетилхолина? Холинергические нейроны стриатума получают кортикальный вход по кортикостриальному пути. ЧСк получает важнейший вход от стриатума, причем преимущественно от стриосом; напомним, что к стриосомам, в отличие от матрикса, адресуются преимущественно лимбические проекции. Активация дофаминергических и холинергических нейронов базальных ганглиев не связана с движением, однако они отвечают сильным разрядом на биологически значимые стимулы. В особенности характерна для них реакция на условные стимулы (в условнорефлекторной парадигме), которые после сочетаний с подкреплением и выработки условного рефлекса позволяют заранее предсказывать приближение биологически значимых событий. Видимо, это позволяет подготавливать базальные ганглии к участию в предстоящей двигательной реакции, связанной с получением подкрепления, а также запускает некоторые процессы пластических перестроек, связанные с двигательным обучением.

Взаимодействие прямого и непрямого путей. Хотя прямой и непрямой пути оказывают противоположное воздействие на мишени базальных ганглиев, соотношение между этими путями в действительности несколько сложнее, чем простой антагонизм. Прямой и непрямой пути объединяются на нейронах выходных структур базальных ганглиев - БШв и ЧСр, однако проекции в эти структуры из стриатума и из СТЯ организованы не одинаково (рис. [612]). Проекции из СТЯ в БШв отличаются высокой степенью дивергенции, так что каждый аксон, выходящий из СТЯ, контактирует со множеством нейронов БШв. С другой стороны, каждое волокно из стриатума густо оплетает лишь один нейрон БШв, образуя на нем множество синаптических окончаний (хотя, тем не менее, эти волокна также образуют слабые контакты с большим количеством других нейронов БШв). Вход из стриатума работает на 10-15 мс медленнее, чем вход из СТЯ. Таким образом, на сфокусированную проекцию в составе прямого пути (растормаживающего по отношению к таламусу, ВДВ и другим мишеням базальных ганглиев) накладывается широко распределенная проекция в составе непрямого пути (тормозящего мишени базальных ганглиев). Можно предположить, что подобная организация связей позволяет избирательно растормаживать какую-либо одну конкретную двигательную реакцию по прямому пути и одновременно вытормаживать целый спектр конкурирующих реакций (рис. [613]).

Дофаминергические и холинергические проекции в кору больших полушарий. В заключение данного раздела следует сказать, что упомянутые выше дофаминергическая и холинергическая системы не ограничиваются влиянием лишь на одни базальные ганглии. Помимо рассмотренных нами нигростриарных проекций (из ЧСк в дорсальный стриатум) и мезолимбических проекций (из вентральной тегментальной области в прилежащее ядро), имеются также очень важные дофаминергические мезокортикальные проекции, идущие из вентральной тегментальной области в лобные отделы коры больших полушарий.

Холинергические нейроны также не все образуют лишь локальные контакты внутри базальных ганглиев: вентральнее бледного шара имеется базальное крупноклеточное ядро основания переднего мозга (называемое ядром Мейнерта у человека и других приматов), которое является источником мощных холинергических проекций во все области коры больших полушарий.

Хотя вентральная тегментальная область и базальное крупноклеточное ядро основания переднего мозга формально не входят в состав базальных ганглиев, наличие таких проекций отражает общность происхождения и функций стриатума и коры больших полушарий, а их роль состоит в сходной модуляции нервных сетей коры, управляемой префронтальными, лимбическими и другими механизмами.