Клетки Пуркинье являются единственными нейронами, выходящими из коры мозжечка. Клетки Пуркинье проецируют обработанную в коре мозжечка информацию как тормозной сигнал через медиатор ГАМК к ядрам мозжечка.

В ядрах мозжечка происходит интеграция различных информационных входов. Эфференты ядер мозжечка возбуждают ядра ствола мозга.

7.6. Оптимизация целенаправленных движений базальными ганглиями

Обзор структуры и функциональных схем

Компоненты базальных ганглиев. Под понятием «базальные ганглии» подразумевают следующие подкорковые ядерные области:

полосатое тело или стриатум (скорлупа и хвостатое ядро);

бледный шар (называемый также globus pallidus, с внешней и внутренней частью); черная субстанция (компактная и ретикулярная часть); субталамическое ядро;

прилежащее ядро (nucleus accumbens), которое вместе с частями обонятельного бугорка (tuberculum olfactorius) называют вентральным стриатумом.

Интеграция базальных ганглиев в функциональные схемы. Базальные ганглии образуют, аналогично понтоцеребеллуму, вместе с таламусом и корой важную функциональную схему (рис. 7.18). В этом функциональном контуре ассоциативная и моторная кора связывают базальные ганглии с подготовкой моторных программ и инициированием движения. Разработанные в базальных ганглиях программы передаются в двигательный таламус отдельно от программ понтоцеребеллума. Из таламуса информация снова достигает коры больших полушарий, прежде всего вторичной моторной коры (разд. 7.7). Эти программы в конечном итоге помогают моторной коре при осуществлении движений.

Описанная функциональная схема может быть подразделена на три подфункции в соответствии с конкретными задачами:

Функциональная схема для движений туловища, головы и конечностей. Эта функция наиболее хорошо изучена из всех компонентов базальных ганглиев, поскольку играет значительную роль в патофизиологии моторики. Нарушения в данном контуре вызывают, в зависимости от того, какая ядерная область дегенерирует, типичные двигатель-

ные нарушения, например гипертонически-гипо- кинетическое при болезни Паркинсона или хореатическое при болезни Гентингтона. Контур берет начало в премоторных, моторных и соматосенсорных областях коры. Первой станцией переключения в базальных ганглиях является прилежащее ядро, которое получает входы от обонятельных и других афферентов, и прежде всего стриатум, состоящий из хвостатого ядра и скорлупы, взаимодействующих, в свою очередь, с компактной частью черной субстанции (рис. 7.18 и 7.19). Передача организо-

Рис. 7.18. Прямые и непрямые связи системы кора — базальные ганглии — таламус. Показана функциональная схема, важная для моторики тела. Прямой путь начинается от D1-нейронов, непрямой — от D2-нейронов. Компактная часть черной субстанции (SNc) и внутренняя часть бледного шара (GPi) — важные компоненты этой схемы. Тормозные связи помечены синим, возбуждающие — красным; наружная часть бледного шара (GPe) и субталамическое ядро (STN) — части непрямого пути. Прерывистая линия означает перекрест пути, начинающегося от GPi. (По данным: Birbaumer и Schmidt, 2006.)

Рис. 7.19. Функциональные схемы для моторики тела и моторики взгляда. Стриатум получает множество афферентов, которые в основном исходят из ассоциативной и моторной коры. Функциональная схема для моторики тела использует внутреннюю часть бледного шара (GPi) в качестве исходного ядра базальных ганглиев (рис. 7.18). Функциональная схема для моторики взгляда, напротив, использует в качестве исходного ядра ретикулярную часть (GPi) черного вещества, которая не противопоставлена GPi на схематичном изображении, а показана для лучшего пространственного представления на том же уровне, что и компактная часть (SNc). Оба исходных ядра посылают восходящие пути к двигательному таламусу и далее к моторной коре, а также нисходящие пути к ядрам среднего мозга и ствола мозга. D1, D2 — рецепторы дофамина; Энк — энкефалин; Суб P — субстанция Р; красные стрелки — возбуждающая передача посредством глутамата; синие стрелки — тормозная передача посредством ГАМК

вана соматотопически, т. е. сигналы от корковых представительств, например руки, конвергируют на популяции нейронов, образующей рострокаудально ориентированную колонку в скорлупе.

Активность нейронов такой относящейся к руке колонки наблюдается исключительно при движениях руки. Нейронная активность других колонкообразных компартментов в стриатуме также коррелирует с движениями, например головы или ноги. Активность передается по двум каналам (прямо или косвенно) к внутренней части бледного шара, являющегося исходным ядром этого контура и отправляющего эфференты в двигательный таламус; контур завершается в моторных областях коры. В то же время бледный шар (внутренняя часть) влияет на спинальную моторику через прямой нисходящий путь.

Функциональная схема для движений глаз.

Этот функциональный контур берет свое начало

в лобном и теменном глазодвигательных полях коры и идет к глазодвигательной части хвостатого ядра. В схеме преимущественно задействована черная субстанция, а именно ее ретикулярная часть (рис. 7.19). Это исходное ядро соответствует внутренней части бледного шара в первой схеме. Эфференты ретикулярной части идут к двигательному таламусу, который передает информацию в лобное глазодвигательное поле коры и в моторную кору, где завершается функциональный контур. Кроме того, из ретикулярной части нейроны проецируют к верхнему двухолмию и далее к ядрам глазных мышц. Таким образом, базальные ганглии несут основную функцию для спонтанных саккад.

Функциональная схема, осуществляющая планирование действий, мотивацию и инициирование движений. В зависимости от происхождения различают три (ассоциативные) схемы в дорсолатеральной префронтальной коре, орбитофронтальной или лимбической коре. Эти области хорошо развиты у человека и играют важную роль при долгосрочном планировании действий, мотивации и инициировании движений. Все три контура проецируют в отдельные и соматотопически организованные пути через различные части дорсального таламуса обратно в лобную кору. В частности, связь базальных ганглиев с лимбическими и префронтальными структурами, как считается, указывает на то, что базальные ганглии представляют собой зону перехода между моторикой и аффектом, а также эмоциями.

Обратное влияние базальных ганглиев на кору. Выход базальных ганглиев, в свою очередь, тормозит таламокортикальную нейронную цепь (рис. 7.19). Снижение активности базальных ганглиев приведет к чрезмерной активности моторной коры (отсутствие торможения в двигательном таламусе, как при болезни Гентингтона), в то время как их избыточная активность вызовет торможение функции моторной коры, как при болезни Паркинсона (см. 7.6).

7.6. Болезнь Паркинсона, возникающая вследствие системной дегенерации

Наряду с дегенерацией обонятельного мозга и двигательного ядра блуждающего нерва дегенерация нейронов компактной части черной субстанции приводит к потере дофаминергического нигрального влияния на стриатум. Два пути передачи от стриатума ко внутренней части бледного шара опосредуют проявление следующих положительных и отрицательных симптомов при дефиците дофамина:

Отрицательные симптомы. Повышенное торможение, оказываемое внутренней частью бледного шара и ретикулярной частью черной субстанции на двигательный таламус, вызывает ослабление

произвольно инициированных движений (акинез), тогда как сенсорно-инициируемые движения, напротив, выполняются поразительно ловко, например при ловле мяча. Это ослабление движений может проявляться в форме начального торможения, медлительности (брадикинез), уменьшенной амплитуде движений (движения мелкими шажками, микрография) и/или в незавершенности движений (замороженности). Начальное торможение при речи или ходьбе может привести к громким повторениям (итерациям) или к семенящей походке на месте. Все явления можно компенсировать с помощью усиленного внимания и внешнего отбивания такта, например многократного прослушивания маршей. Если при целенаправленном движении недостает упреждающей корректировки положения тела, зачастую это приводит к потере равновесия (выпадение позных рефлексов). Спонтанная зрительная моторика ограничена.

Положительные симптомы. Гиперактивное субталамическое ядро вызывает усиление тонических рефлексов растяжения мышц-сгибателей через еще недостаточно изученные пути. Это вызывает характерное повышение тонуса мышц (мышечная гипертония), которые могут пассивно растягиваться только против устойчивого сопротивления (ригидность, возможно посредством феномена зубного колеса, прерывистого, ступенчато ослабевающего сопротивления). Преобладание мышц-сгибателей приводит к характерному согнутому положению, как схематично показано на рисунке сбоку. Тем не менее классический гипертонически-гипокинетический синдром Паркинсона часто связан с гиперкинезией, например тремором в покое частотой около 5–7 Гц или другими непроизвольными, в основном активированными тонически мышечными сокращениями. Тремор также является последствием гиперактивности субталамического ядра.

При лечении заболевания применяют следующие терапевтические стратегии:

Медикаментозная. Назначают агонисты дофамина и L-DOPA, предшественник дофамина, который может превращаться в ЦНС в дофамин. Реагирует ли пациент, страдающий болезнью Паркинсона, на дофаминергические вещества, можно проверить при внутривенном введении апоморфина, что должно привести к быстрому, однако краткосрочному улучшению.

Электростимуляция субталамического ядра.

Непрерывная электрическая стимуляция с помощью имплантированных раздражающих электродов снижает патологически повышенное возбуждающее влияние этого ядра, что нормализует последующий тормозный выход из базальных ганглиев к таламусу

ик моторной коре. Это впечатляющий пример физиологического открытия, которое привело к новой

иуспешной стратегии лечения.

Синдром Паркинсона. Существует группа заболеваний, которые сопровождают симптомы Паркинсона, однако они слабо поддаются или не поддаются вовсе терапии с использованием L-DOPA: мультисистемная атрофия, прогрессирующий супрануклеарный паралич и кортикобазальная ганглиозная дегенерация. Напротив, L-DOPA вызывает при постэнцефалитном синдроме Паркинсона значительное улучшение, что продемонстрировано в книге Оливера Сакса «Пробуждение — пора взрослого» и одноименном фильме.

Медиатор базальных ганглиев

!Медиатором возбуждающих кортикостриальных путей служит глутамат; дальнейшая прямая передача во внутреннюю часть бледного шара и к таламусу является тормозной и опосредована ГАМК; дофаминергические нейроны компактной части черной субстанции влияют на передачу.

Торможение и растормаживание. Кортикоспинальная передача из пирамидальных клеток коры является глутаматергической и возбуждающей (рис. 7.19). Дальнейшая передача от скорлупы к внутренней части бледного шара происходит, напротив, посредством тормозных ГАМКергических нейронов. Как и в мозжечке, эта тормозная передача связана с высоким уровнем спонтанной активности целевых нейронов во внутренней ча-

сти бледного шара. Нейроны бледного шара также оказывают тормозное ГАМКергическое воздействие на двигательный таламус. Две последовательных тормозных связи (торможение торможения = растормаживание) соответствуют возбуждению таламических нейронов, которые тоже демонстрируют высокий уровень спонтанной активности. Наконец, командные сигналы передаются через таламокортикальные нейроны в моторные области коры.

Дофаминергическая нигростриатарная система волокон. Дофаминергические нейроны компактной части черной субстанции в среднем мозге обладают очень тонкими аксонами, многочисленные ветви которых образуют обширную сеть в стриатуме. Эта система называется дофаминергической нигростриатарной системой волокон. Вдоль аксонов на световой микрофотографии можно различить похожие на нити жемчуга припухлости,

так называемые варикозные расширения, которые с помощью электронной микроскопии были идентифицированы как пресинаптические структуры. Нейроны характеризуются медленным ритмом разрядки, составляющим приблизительно 1–2 Гц и изменяющимся крайне незначительно. Фазовые залпы импульсов в основном имеют место быть при мотивационных событиях, например, если стимул ассоциируется с вознаграждением, или при внезапной неожиданной стимуляции, например при болевом раздражении. Таким образом, в стриатуме модулируется информация, поступающая из коры. Патология показывает, что нормальная функция базальных ганглиев критически зависит от этой модуляции.

Как и для большинства биогенных аминов, являющихся медиаторами, для дофамина существует целое семейство рецепторов. Физиологически и патофизиологически оказывается значимым различие результатов активации D1или D2-рецепторов:

активация D2-рецепторов в скорлупе уменьшает непрямую передачу от субталамического ядра ко внутренней части бледного шара;

активация D1-рецепторов, напротив, способствует прямой передаче из скорлупы во внутреннюю часть бледного шара (рис. 7.18 и 7.19).

Разработка специфических агонистов и антагонистов D1- и D2-рецепторов открывает новые возможности для специфической терапии.

Функции базальных ганглиев

!Базальные ганглии важны для произвольного запуска движений, выполнения медленных целенаправленных движений и неосознанных (автоматических) движений, таких как мимика и жесты.

Произвольное инициирование движений и клиническая диагностика при его нарушении.

Разрядки нейронов в бледном шаре, полосатом теле или в дополнительной моторной коре, важнейшем источнике таламокортикальных проекций базальных ганглиев, связаны прежде всего с произвольным инициированием движений. Значение стриатонигральных дофаминергических проекций становится очевидным, когда возникают нарушения