Bazální gangliový systém je párový a symetrický hlavní mozkový systém, který byl rozpoznán teprve nedávno. V minulosti byla jeho část prezentována jako „motorická“ nebo „extrapyramidová“, komplementární ke kortikospinálnímu (pyramidovému) systému. Na rozdíl od toho, co se myslelo, nemá bazální gangliový systém žádný přímý výstup do míchy. Jak již bylo známo Charcotem, motorické efekty jsou vyvíjeny prostřednictvím „pyramidové“ kůry a pyramidového fasciklu. Jednostranné efekty jsou tedy kontralaterální. Bazální gangliový systém se podílí na mnohem více než motorických funkcích. Vzhledem k tomu, že je vysoce evoluční, jeví se jako vhodné uvažovat o systému primátů odděleně. V posledních letech došlo k velkým změnám, které drasticky pozměňují téma, které si tedy zaslouží podrobný rozbor.
První anatomická identifikace odlišných subkortikálních struktur, na „bázi“ mozku, byla publikována Willisem v roce 1664. Po mnoho let (viz Percheron a kol. 1994) se termín „corpus striatum“ používal (např. Vieussens, 1685) k popisu velké skupiny subkortikálních prvků, z nichž některé byly později objeveny jako funkčně nesouvisející. Po dlouhou dobu nebyly putamen a caudatní jádro propojeny. Naopak putamen byl spojován s pallidem v tom, co bylo nazýváno „nucleus lenticularis“ nebo „lentiformis“ (pojmy a termíny, které by se již neměly používat). Průkopnická práce Cécila a Oskara Vogta (1941) značně zjednodušila popis bazálních ganglií v návrhu spojovat pod jedním termínem prvky složené ze stejných neuronálních prvků. Termín striatum spojuje caudatní jádro, putamen a hmotu spojující je ventrálně, fundus. Striatum dostalo své jméno podle pruhovaného vzhledu vytvořeného hustými vyzařujícími svazky striato -pallidonigrálních axonů, které Kinnier Wilson (1912) popsal jako „tužky“. Anatomická vazba striatum s jeho primárními cíli, pallidem a substantia nigra, byla objevena později. Jméno globus pallidus, podle Déjerina, lze přisoudit Burdachovi (1822). Zde opět Vogtovi navrhli jednodušší pojem pallidum. Název „locus niger“ používaný po dlouhou dobu je dán Vicq d’Azyr (tache noire) (1786) předcházející názvu substantia nigra (Sömmering,1788). Podobnost mezi strukturou substantia nigra a strukturou „globus pallidus“ byla zaznamenána velmi brzy Mirtem (1896). Přeskupení obou jako dobře charakterizovaného souboru (pallidonigrální soubor) je stále přijímáno s obtížemi i přes solidní soubor argumentů.
Striato-pallidonigrální soubor představuje jádro bazálních ganglií. Striato-pallidonigrální svazek prochází pallidem, prochází vnitřní kapslí jako „hřebenový svazek“ Edingera, pak konečně dosáhne substantia nigra. S bazálními ganglii se později spojily další struktury jako „tělo Luyse“ (1865, Forel 1877) nebo subthalamické jádro, o jehož lézi bylo známo, že produkuje hemibalismus. V poslední době byly za součásti systému považovány další oblasti jako centrální komplex (centrum médian-parafascicular) Luyse a komplex pedunculopontinu. Ten je nakonec tvořen omezeným počtem prvků, ale spojen se silnými vzájemnými vztahy, které dávají systému jeho sílu.
Systém bazálních ganglií, jak byl nedávno identifikován, se potýkal s problémy i při pojmenování. Termín bazální pochází ze skutečnosti, že většina jeho prvků se nachází v „bazální“ části mozku (bazální jádro Meynerta však není součástí systému). Termín ganglion nikdy nebyl adekvátní pro centrální nervové prvky. Terminologia anatomica (1998), mezinárodní autorita pro anatomické pojmenování, si ponechala „nuclei basales“, které se nepoužívá. Mezinárodní společnost bazálních ganglií (IBAGS), (neomylně) považuje za bazální ganglia striatum, pallidum (se dvěma jádry), substantia nigra (se dvěma charakteristickými částmi) a subthalamické jádro. K tomu se dnes přidává centrální oblast (střed medián-parafascicular) (Percheron et al. 1991, Parent and Parent, 2005) a pro některé komplex pedunculopontinu (Mena-Segovia et al. 2004). Systém bazálních ganglií může být definován jako soubor subkortikálních jaderných prvků počínaje striatum, v interakci společně a s propojenými částmi thalamu a kortexu. Tento soubor nesmí být vnímán jako soubor prvků, ale jako kompletní systém. Vzhledem k tomu, že hlavní vstupy striatum zahrnují většinu překrývající se mozkové kůry (viz níže) a výstupy bazálních ganglií z mediálního jádra pallida a retikulované části substantia nigra posílají axony do oblastí boční hmotnosti thalamu, které se zase připojují zpět ke konkrétním oblastem kortexu, byla bazální ganglia vnímána jako hlavní subkortikální systém zpětného vstupu. Význam re-entrantních systémů byl Geraldem Edelmanem postulován jako základ pro vznik primárního vědomí (teoreticky založená hypotéza). Nedávné výsledky skutečně trvají na autonomních oscilátorech uvnitř bazálních ganglií a tím omezují význam kortiko subkortikálních smyček.
Celý systém začíná jako hlavní výstup mozkové kůry, přibližně stejně velký jako kortikopontinový systém otevírající mozečkový systém. Kortiko-striatální spojení představuje významnou část celého kortikálního výstupu. Téměř každá část mozkové kůry, s výjimkou primární čichové, zrakové a sluchové kůry, posílá axony do striatu. Původ spojení je v pyramidových neuronech vrstvy V mozkové kůry. Přispěvatelé kortikostrátu, přinejmenším motorické kůry, mohou být kolaterály axonů sestupujících níže v nervovém systému. Nicméně u primátů je většina kortikostriátových axonů monocílová, čistě kortiko-striátní, tenká a nerozvětvená, dokud nedorazí do striatu (Parent and Parent, 2006). Kortikostriatální spojení je glutamatergické a excitační. Toto spojení není topologicky tak jednoduché, jak bylo původně popsáno Kempem a Powellem (1970), kde čelní lalok promítal před a okcipititotemporální laloky vzadu. Část této distribuce hrubě zůstává, ale distribuce je mnohem složitější. Jedno malé kortikální místo může posílat terminální arborisace do několika a distálních striatálních míst (Goldman-Rakic a Nauta, 1977, Selemon a Goldman-Rakic, 1985). Kortiko-stiatální spojení je substrátem separace a rekombinace kortikální informace: axony z odlišných kortikálních oblastí mohou systematicky končit společně nebo odděleně. Dochází také k prostorové reorganizaci, „remapping“ (Flaherty a Graybiel, 1991).
Spojení kortikostriátu je první v řetězci silného snížení počtu mezi emitorovými a přijímacími neurony (Percheron et al. 1987), tj. číselná konvergence. Důsledkem toho je, že pokud má každý striatokortikální neuron své vlastní poselství, bude to smíšené nebo komprimované, což povede k menší definici vstupní mapy.
Striatum je hlavním prvkem systému bazálních ganglií. Skládá se z obrovské neuronální telencefalické subkortikální hmoty. Má torickou topologii, ale je jediným uzavřeným prostorem.
U primátů má striatum čtyři neuronální rody: střední ostnaté neurony (96%), leptodendritické neurony (2%), pavoučí neurony (1%) a mikroneurony (1%) . Dendritické arborizace ostnatých neuronů jsou kulovité, pokud se nepřibližují k hranici. Jejich celkové rozměry závisí na živočišném druhu. Páteře jsou stejného typu jako u dvou dalších (telencefalických) akanthodendritických (acanthos znamená páteř) rodů, pyramidových neuronů mozkové kůry a ostnatých neuronů amygdaly. Většina těchto páteří je synapse s kortikálními aferenty. axony ostnatých neuronů mají hojné a husté počáteční axonální kolaterály působící rychle na sousední neurony (Czubayko a Plenz, 2002). Distální část je dlouhá a myelinizovaná. Páteřní neurony jsou GABAergní, tvoří první část inhibiční 2-dráhy tak specifické pro systém . Leptodendritické neurony (nebo Deiterovy) barví parvalbumin a mají všechny morfologické vlastnosti pallidálních neuronů. Pavoučí neurony jsou specifické pro primáty. Mají velkou somu a krátkou dendritickou a axonální větev. Jsou to cholinergní neurony primátů, s morfologií zcela odlišnou od morfologie ne-primátů. To musí vést k velké péči při provádění fyziopatologických přenosů. Jsou to „tonicky aktivní neurony“ nebo TANy (Kimura et al. 2003). Mikronneurony jsou neurony místního okruhu podobné těm, které se nacházejí například v thalamu. Jsou GABAergní a některé mohou být dopaminergní (Cossette et al.2005).
Spontánní aktivita striatálních neuronů probuzených opic je překvapivě „nízká nebo chybí“ (DeLong, 1980). Neurony jsou aktivovány kortikální stimulací. V klidu jsou spinální neurony ponechány ve stavu nízké dráždivosti dvěma typy vodivosti draslíku, které hyperpolarizují buňku. Striatální neurony potřebují silný synchronizovaný vstup ze svých excitačních kortikálních aferencí. V senzoricko-motorickém striatu reagují na pohyby.
Existuje několik úrovní organizace striatum
Hrubé anatomické členění a teritoria
Dlouhé šikmé dělení striatu vnitřní kapslí vytváří klasické dělení na putamen, caudat a fundus. Ve skutečnosti je striatum spojitá hmota. Hrubé anatomické dělení přesně neodpovídá v současnosti uznávanému anatomofunkčnímu dělení striatum u primátů; spoléhá se na diferencovaná teritoria kortikostriatálních axonů. Koncovky axonů z centrální oblasti kortexu, primární somatosenzorické, motorické, premotorické (Künzle 1975 a několik dalších prací), přídavné motorické a přední parietální, tvoří senzoricko-motorické teritorium (nebo pro krátké senzoricko-motorické striatum) v podstatě putaminální, které však nepokrývá celkový rozsah putamen. Naopak zahrnuje intrakapsulární okraje a dolní aterální hranici caudatu . Je hrubě somatotopicky uspořádán se třemi šikmými pruhy, jedním dorso-laterálním vztahujícím se k dolní končetině, jedním mezilehlým k horní končetině a jedním medio-inferiorním k obličeji. Proti tomu stojí „asociativní“ teritorium (termín je nedokonalý), nacházející se v podstatě v caudatě, především orálně a dorsálně, které však nepokrývá celý objem caudaty. Oddělení mezi oběma, senzoricko-motorickými a asociativními teritorii může být na některých místech rozštěpené a pozorované pomocí calbindinovy imunochemie (senzoricko-motorické teritorium je negativní). Izolace třetí ventrální striatální části je často kvalifikována jako „limbická“ je obtížnější. Neexistuje obecná shoda o poloze její hranice se asociativním teritoriem. Pouze jedna část je charakteristická, „nucleus accumbens“ (ve skutečnosti pars a ne nucleus) má stejné morfologické rysy jako jinde, ale má zvláštní imunologické vlastnosti a především selektivitu pro příjem axonů ze subicula. „Skořápka“ a „jádro“ jsou prý přítomny i u primátů. Jsou však malé velikosti (Brauer a kol. 2000) ve srovnání s ostatními částmi.
Jádro bazálních ganglií zahrnuje striatum a jeho přímé cíle, dosažené prostřednictvím svazku striato-pallidonigral: dvě jádra pallidum a substantia nigra.
Došlo ke sporům ohledně původu striatálních axonů promítajících se na různé cíle. Ve většině částí neokortexu GABAergní neurony posílají pouze lokální spojení, naopak inhibiční neurony ve striatu posílají dlouhé axony na své cíle v pallidu a substantia nigra. Kvůli potížím spojeným s geometrií systému vedly první údaje spoléhající se na stopovací techniky k domněnce, že existují specializované striato-pallidální nebo striato-nigrální neurony, z nichž každý má histochemické zvláštnosti. Nedávná studie makaků (Levesque a Parent et al. 2005) (následující po další studii u potkana) drasticky změnila situaci. Spinní neurony mají obecně několik cílů. Nejedná se o archaický vzorec, protože se vyskytuje v 90% případů u makaků oproti 63,6% u potkanů. Prakticky všechny striatální axony mají jako svůj první cíl laterální pallidum (nejobjemnější). 24/27 studovaných axonů se promítlo do tří po sobě jdoucích cílů, laterálního pallida, mediálního pallida a nigry (lateralis a reticulata). Nejsou zde žádné striatální axony promítající se do samotného mediálního pallida, do samotné nigry nebo pouze do obou. Mezi matriciálními a striozomálními axony je jediný rozdíl v axonální hodologii, že striozomální axony procházejí celým laterálním až mediálním rozsahem nigry a vyzařují (u makaků) 4 až 6 vertikálních kolaterálů, které tvoří vertikální sloupce vstupující hluboko dovnitř pars reticulata. Maticiální neurony vyzařují méně rozvětvené axony. Tento obecný vzorec konektivity přináší nové problémy. Hlavním mediátorem striato- pallidonigrálního systému je GABA, ale s kotransmitery. Od Habera a Eldea (1981) je známo, že laterální pallidové skvrny pro met-enkefalin, mediál pro látku P a/nebo dynorfin a nigra pro oba. To pravděpodobně znamená, že jeden axon je schopen koncentrovat různé komediátory v různých podstromech v závislosti na cíli. To značně mění několik desítek let stará schémata a vyvolává nové otázky.
Selektivita striatálních teritorií pro cíle
Studie procentuálního zastoupení striatálních axonů ze senzoricko-motorického a asociativního striatu distribuovaného do terčů (François et al. (1994) zjistila významné rozdíly. Například laterální pallidum přijímá převážně (68%) axony z asociativního území. Na zadní straně je mediální pallidum silně senzoricko-motorické (63%). nigra je zprvu asociativní. To potvrzují účinky striatálních stimulací (Kitano et al.1998)
Pallidonigrální množina zahrnuje přímé cíle striatálních axonů: dvě jádra pallida a pars lateralis a pars reticulata „substantia“ nigry“. Jeden charakter tohoto souboru je dán velmi hustým striato-pallidonigrálním svazkem, který mu dává bělavý vzhled (pallidus znamená bledý). V žádném případě nemá pallidum tvar zeměkoule. Po Foixovi a Nicolescovi (1925) a některých dalších Cecile a Oskar Vogtovi (1941) zjednodušili případ výběrem pojmu pallidum, který nabízí také Terminologia Anatomica (1998). Navrhli také termín nigrum pro nahrazení nigry, což skutečně není látka; ale to se obecně nedodržuje. Celá pallidonigrální množina se skládá ze stejných neuronálních složek. Většinu tvoří velmi velké neurony, slabě rozvětvené, silně obarvené na parvalbumin, s velmi velkými dendritickými arborisacemi (mnohem většími u primátů než u hlodavců) s rovnými a tlustými dendrity (Yelnik et al. 1987). Pouze tvar a směr dendritických arborizací se liší mezi pallidovými a nigrovými neurony. Pallidální dendritické arborisace jsou velmi velké ploché a diskoidní (Yelnik et al. 1984). Jejich hlavní rovina je rovnoběžná s ostatními a všechny rovnoběžné s bočním okrajem pallida; tedy kolmá k ose afferencí (Percheron et al. 1984). Protože pallidální diskoidní disky jsou tenké, jsou kříženy pouze na krátkou vzdálenost striatálními axony. Na druhou stranu, protože jsou široké, jsou kříženy mnoha striatalaxony ze širokých striatálních částí. Protože jsou volné, šance na kontakt nejsou příliš vysoké. Striatální arborisace, v jiné ruce, emitují kolmé větve účastnící se plochých pásem rovnoběžných s bočním okrajem, což zvyšuje hustotu synapsí v tomto směru. To platí pro striatální afferent, ale také pro subthalamiku (viz níže).
Synaptologie množiny je neobvyklá a charakteristická (Fox et al. 1974). Dendrity pallidálních nebo nigrálních axonů jsou zcela pokryty synapsemi, bez jakéhokoliv aproximace glií. Více než 90% synapsí je striatálního původu (Di Figlia et al. 1982 ). Jednou ze znatelných vlastností tohoto souboru je, že ani jeden z jeho prvků nedostává kortikální afferenty.
Jsou přítomny počáteční kolaterály. Nicméně, kromě přítomnosti různých přívěsků na distálním konci pallidálních neuronů (di Figlia et al. 1982, François et al. 1984), které by mohly působit jako prvky lokálních obvodů, existují slabé nebo žádné funkční vzájemné vztahy mezi pallidálními neurony (Bar-Gad et al 2003).
Laterální pallidum (laterální jádro pallida, vnější „segment“ globusu pallidus(GPe, )
Mediální pallidum (vnitřní „segment“ globusu pallidus(GPi, Pallidum mediale)
Subsantia nigra byla poprvé nazvána „tache noire“ nebo „locus Niger“ (černá skvrna) Vicq d’Azyr (1786), poté „substantia nigra“ (Soemering,1891); přesto není látkou. Jedině melanin by mohl být jednou z nich, což by znamenalo, že termín kvalifikuje pouze dopaminergní část (protože pouze dopaminergní neurony s věkem tmavnou). „Nucleus substantiae nigrae“ (Olszewski a Baxter 1954), nigrum (Vogtovi, 1941) nebo nigra ve skutečnosti zahrnuje dvě sousedící, ale kontrastní složky, z nichž jedna není černá, ale bledá. Je třeba zásadně rozlišovat mezi dopaminergním souborem (včetně pars compacta) a GABAergním souborem pokračujícím v pallidu na druhé straně kapsle. Podobnost neuronálního typu pallida a typu nigry byla vyvrácena již v roce 1896 Mirtem. Nigrální neurony jsou také řídce rozvětvené a dlouhé (Yelnik, et al. 1987). Rozdíl mezi pallidálními a nigrálními neurony je pouze v trojrozměrném rozšíření jejich dendritických arborizací (François et al. 1987). Byla známa kontinuita svazku od striatu k pallidu a k nigře (striato-pallidonigrální svazek). Stejná je i konkrétní synaptologie. Nigrální dendrity, stejně jako pallidální, ale ne tak striktně, bývají kolmé k přicházejícím stiátovým axonům. Navzdory tolika solidním argumentům se však dodnes jeví jako velmi obtížné přesvědčit vědecký názor, aby substantia nigra byla mentálně extrahována z mesencefalonu (kde se skutečně nachází) a plně umístěna do systému bazálních ganglií.
Dalším problémem substantia nigra u primátů je, že bledá část netvoří jedinou entitu. Existují dvě podčásti, které patří k jádru bazálních ganglií (tj. přijímají hustý výčnělek ze striato-pallido-nigrálního svazku): pars lateralis a pars reticulata.
Existují důležité mezispecifické rozdíly v organizaci substantia nigra (Beckstead et al. 1981). „Opice nigrotectal cells“ … (stát se) prostorově … odlišná subpopulace v rámci pars reticulata. Ne všechny atlasy sledují pars lateralis, ale jiné ano , např. Riley, 1960 u člověka a Paxinos et al. ( 2000), u makaka.
Pars lateralis je nejvíce laterální část substantia nigra. Často není posuzována odděleně od pars reticulata. Je však na většině své hřbetní hranice není pokryta substantia nigra compacta. Ale její hlavní rozdíl od pars reticulata je v tom, že posílá axony k nadřazenému kolikulu (Beckstead and Franckfurter, 1982, François et al. 1984). Hranice mezi oběma pánvemi není klenutá, ale jejich rozdílnost v účasti rozlišujících subsystémů je dostatečným důvodem k tomu, aby byly tyto dva posuzovány odděleně. Neurony, které posílají axony do nadřazeného kolikula, mají vysokou rychlost výboje (80 až 100) (proto také rychle se zvětšující kardiostimulátor) a „signálem přenášeným buňkami je pokles rychlosti výboje“ (Hikosaka a Wurtz, 1989). Tyto neurony se podílejí na okulárních sakádech, které se v posledních letech staly předmětem velkého zájmu.
Pars reticulata neboli diffusa, je nejčastěji považována za jednu entitu s pars lateralis. Termín pars reticulata tak může popisovat buď pouze mediální část nigrálního kompletu, kdy je pars lateralis zachován, nebo přidání pars lateralis a reticulata. To musí být pečlivě zkontrolováno v dokumentech. Vzhledem k velkým interspecifickým rozdílům musí být zkoumaný živočišný druh ověřen. Název reticulata je jednoduše protikladem k husté pars compacta, která se nachází nad ním. Hranice mezi nimi je vysoce spletitá s hlubokými okraji. Jeho neuronální rod je stejný jako u pallida, se stejnými hustými a dlouhými dendritickými stromy. Ze striatu získává své synapse stejným způsobem jako pallidum. Striatonigrální axony ze striozomů mohou tvořit vertikálně orientované sloupce vstupující hluboko do pars reticulata (Lesvesque and Parent, 2005). ventrální dendrity pars compacta z obráceného směru do něj také pronikají hluboko. nigra také posílá axony do komplexu pedunculo-pontinu (Beckstead and Frankfurter, 1982) a do parafascikulární části centrálního komplexu. Subsantia nigra reticulata je další „rychle se zvětšující kardiostimulátor“ (Surmeier et al. 2005). Stimulace nevyvolávají žádné pohyby. Potvrzují anatomické údaje, jen málo neuronů reaguje na pasivní a aktivní pohyby (neexistuje žádná senzoricko-motorická mapa) „ale velká část vykazuje reakce, které mohou souviset s pamětí, pozorností nebo přípravou pohybu“ (Wicheman and Kliem, 2004), které by odpovídaly propracovanější úrovni, než je úroveň mediálního pallida. Kromě masivního striatopallidálního spojení dostává nigra reticulata dopaminovou innervaci z nigra compacta a glutamatergických axonů z pars parafascicularis centrálního komplexu. Posílá nigro-thalamické axony. Neexistuje žádný nápadný nigro-thalamický svazek. Axony dospívají mediálně k pallidálním aferencím v přední a mediální části laterální oblasti thalamu: nucleus ventralis anterior (VA, odlišeno od VO přijímající pallidální aference, viz Thalamus).Prostředníkem je GABA.
Pallidonigrální kardiostimulátor
Jedním z nejdůležitějších objevů poslední doby je, že aparát bazálních ganglií není jednoduše uveden do pohybu zvenčí (z aferentních informací). Má skutečně několik „autonomních kardiostimulátorů“, definovaných jako množiny „neuronů schopných periodického výkyvu za nepřítomnosti synaptického vstupu“ (Surmeier et al. 2005), tj. schopných produkovat vlastní aktivitu. Mezi autonomními kardiostimulátory patří soubor pallidonigrálů k „rychle bodajícím kardiostimulátorům“ „schopným vybíjet frekvence přesahující 200 Hz po delší dobu“ (Surmeier et al., 2005). Regulérnost a frekvence kardiostimulátoru je spojena s cyklickými nukleotidy řízenými kanály (HCN2 a HCN1, Chan et al. 2004) přítomnými na dendritech pallidálních neuronů. Kardiostimulátory jsou oscilační systémy, které se dnes setkávají se značným zájmem, biologicky i teoreticky (Michajlov, 1992). Jsou to skutečně chaotické oscilátory. V tak evolutivním systému bazálních ganglií je důležité specifikovat, že většina toho, co je známo o výrobě a regulaci pallidonigrálního kardiostimulátoru, pochází z práce na řezech u hlodavců. Ty nemají žádné skutečné mediální pallidum, data se zabývají vnějším, který patří do konkrétního subsystému. V nedávné studii u lidí (Rasouli et al. 2006) se píše, že „robustní fraktální dynamika (by mohla být) pozorována u jednotlivých neuronů…neuronální dynamika vnitřního segmentu globusu pallidus je v podstatě nelineární a nerovnovážný proces“. Stejně jako u kardiostimulátoru síní existuje dvojí potřeba: pravidelnost a přizpůsobivost. Pallidonigrální kardiostimulátor je modulován striato-pallidonigrálními vstupy. Očekává se, že toto téma se v blízké budoucnosti stane bohatým polem výzkumu.
Spojení Striato-pallidonigral
Spojení striato-pallidonigrál je velmi specifické. Zapojuje se do celkového počtu ostnatých striatálních axonů. Odhadovaná čísla jsou 110 milionů u člověka, 40 u šimpanzů a 12 u makaků (viz Percheron et al. 1984, 1987). Svazek striato-pallido-nigral je tvořen tenkými, špatně myelinizovanými axony ze striatálních spinatých neuronů seskupených do tužek „sbíhajících se jako paprsky kola“ (Papez, 1941). Příjemcům dává svůj „bledý“ vzhled. Svazek silně barví železo pomocí Perlsovy techniky (kromě Fe obsahuje mnoho těžkých kovů, mezi nimiž: Co, Cu, Mg, Pb …).
Po obrovském snížení počtu neuronů mezi mozkovou kůrou a striatum (viz kortikostriátové spojení) je striatopallido-nigrální spojení dalším snížením počtu přenášených neuronů v porovnání s přijímajícími neurony. Čísla uvedená Percheronem a kol. (1987, 1989) ukazují, že na 31 milionů striatálních spinálních neuronů u makaků existuje pouze laterální pallidální neurony,63000 mediálních pallidálních, 18000 laterálních nigrálních a 35000 v pars reticulata. Pokud se počet striatálních neuronů vydělí jejich celkovým počtem, jako průměr může každý cílový neuron přijímat informace od 117 striatálních neuronů. (Čísla u člověka vedou k přibližně stejnému poměru). Jiný přístup vychází ze středního povrchu pallidonigrálních cílových neuronů a počtu synapsí, které mohou přijímat. Každý pallidonigrální neuron může přijímat 70000 synapsí. Každý striatální neuron může přispívat 680 synapsí. To vede opět k přiblížení 100 striatálních neuronů na jeden cílový neuron. To představuje obrovské, nezřídka se vyskytující snížení neuronálních spojení. Následná komprese map nemůže uchovat jemně rozložené mapy (jako v případě například smyslových systémů). Skutečnost, že existuje silná anatomická možnost konvergence, neznamená, že je neustále využívána. Nedávná modelovací studie vycházející ze zcela 3-d rekonstruovaných pallidálních neuronů ukázala, že jejich morfologie je sama o sobě schopna vytvořit středoprostorový vzorec aktivity (Mouchet a Yelnik, 2004). Fyziologické analýzy ukázaly centrální inhibiční/periferní excitační vzorec (Tremblay a Filion, 1989), schopný zaostřit pallidální odezvu za normálních podmínek. Percheron a Filion (1991) tak argumentovali pro „dynamicky zaměřenou konvergenci“. Nemoc, je schopna změnit normální zaostření. U opic intoxikovaných MPTP, striatální stimulace vedou k velké konvergenci na pallidálních neuronech a méně přesnému zmapování (Filion a kol., 1988 a Tremblay a kol. 1989) .
Zaostření není hnací silou striatopallidálního systému. Ale velmi zvláštní a kontrastní geometrie spojení mezi striatálními axony a pallidonigrálními dendrity nabízí zvláštní podmínky (možnost pro velmi velký počet kombinací prostřednictvím lokálních přídavků simultánních vstupů do jednoho stromu nebo například do několika vzdálených ohnisek). Odostření systému je považováno za zodpovědné za většinu symptomů parkinsonské řady. Mechanismus zaostření není zatím znám. Zdá se, že struktura dopaminergní innervace neumožňuje, aby fungovala pro tuto funkci. Pravděpodobnější zaostření je regulováno předcházejícím striatopallidálním a kortikostriatálním systémem.
Synaptologie a kombinatorika
Synaptologie spojení striato-pallidonigrál je natolik zvláštní, že je snadno rozpoznatelná. Pallidonigrální dendrity jsou zcela pokryty synapsemi bez aplikace glií (Fox et al.,1974, Di Figlia et al. 1982). To dává v oddílech charakteristické obrázky „pallissades“ nebo „rosettes“. Více než 90% těchto synapsí je striatálního původu. Těch několik málo dalších synapsí jako dopaminergní nebo cholinergní je proloženo mezi GABAergními striatonigrálními synapsemi. Způsob, jakým striatální axony distribuují své synapse, je sporným bodem. Skutečnost, že striatální axony jsou vnímány paralelně s dendrity jako „vlněná vlákna“, vedla k nadsazení vzdáleností, podél kterých jsou dendrity a axony paralelní. Striatální axony mohou ve skutečnosti jednoduše protnout dendrit a dát jedinou synapsi. Častěji striatální axon zakřivuje svůj směr a sleduje dendrit tvořící „paralelní kontakty“ na dosti krátkou vzdálenost. Průměrná délka paralelních kontaktů byla zjištěna na 55 mikrometrů se 3 až 10 boutony (synapsemi). V jiném typu axonálního obrazce aferentní axon bifurkuje a dává dvě nebo více větví, paralelně s dendritem, čímž zvyšuje počet synapsí daných jedním striatálním axonem. Stejný axon se může dostat do jiných částí stejné dendritické arborizace (vytvářející „náhodné kaskády“, Percheron 1991). S tímto obrazcem je více než pravděpodobné, že 1 nebo dokonce 5 striatálních axonů není schopno ovlivnit (inhibovat) aktivitu jednoho pallidálního neuronu. K tomu by byly nutné určité časoprostorové podmínky, což by znamenalo více aferentních axonů.
V srict sensu je pars compacta součástí jádra bazálního gangliového jádra, protože přímo přijímá synapse z striatálních axonů prostřednictvím striatopallidonigrálního svazku. Dlouhé ventrální dendrity pars compacta se skutečně noří hluboko do pars reticulata, kde přijímají synapse ze svazku. Nicméně jeho konstituce, fyziologie a mediátor kontrastují se zbytkem nigry. To vysvětluje, proč je zde analyzován mezi prvky jádra a regulátory. Stárnutí vede k zčernání jeho buněčných těl, uložením melaninu, viditelného pouhým okem. To je původ názvu souboru, nejprve „locus Niger“ (Vicq d’Azyr) (znamená blak place) a poté (‚substantia nigra‘, Soemering ) znamená černá substance.
Hustě rozložené neurony pars compacta mají větší a silnější dendritické arborizace než u pars reticulata a lateralis.
ventrální dendrity sestupující v pars reticulata získávají inhibiční synapse z počátečních axonálních kolaterálů pars reticulata neuronů (Hajos a Greefield, 1994). Skupiny dopaminergních neuronů, které se nacházejí více dorsálně a posteriorně v tegmentu, jsou stejného typu, aniž by tvořily pravá jádra. „Buněčné skupiny A8 a A10“ jsou rozprostřeny uvnitř mozkového pedunculu (François et al. 1999). Není známo, že by dostávaly striatální aference a nejsou v topografické pozici, aby tak činily. Dopaminergní komplet je tedy i v tomto bodě nehomogenní. To je další významný rozdíl oproti kompletu pallidonigral. Axony dopaminergních neuronů, které jsou tenké a varikózy, opouštějí nigru dorsálně. Otáčejí se kolem středové hranice subthalamického jádra, vstupují do H2 pole nad subthalamickým jádrem, pak procházejí vnitřní kapslí až do horní části středového pallida, odkud vstupují do pallidálního laminátu, odkud vstupují do striatum (Percheron et al. 1989). Intenzivně, ale nehomogenně končí ve striatu, spíše v matrici přední části a spíše ve striozomech dorsalwards (Prensa et al.2000). Tito autoři vsugerují extrastriatální dopaminergní innervaci dalších prvků systému bazálních ganglií: pallidum a subthalamické jádro.
Subthalamické jádro neboli corpus Lyuisi
Jak naznačuje jeho název, subthalamické jádro se nachází pod thalamem; dorsálně k substantia nigra a mediálně k vnitřnímu pouzdru. Subhalamické jádro má lentikulární formu a homogenní vzhled. Je tvořeno určitým druhem neuronů s poměrně dlouhými elipsoidními dendritickými arborisacemi, zbavenými trnů, napodobujícími tvar celého jádra (Yelnik a Percheron, 1979).Subhalamické neurony jsou „rychle špičaté kardiostimulátory“ (Surmeier a kol. 2005) špičaté na 80 až 90 Hz. V lokálních obvodech se také podílí asi 7,5% GABA mikroneuronů (Levesque a Parent 2005). Subhalamické jádro získává svou hlavní aferenci z laterálního paldia. Další aference pochází z mozkové kůry (glutamatergic), zejména z motorické kůry, která je v modelech příliš zanedbávána. Kortikální excitace, prostřednictvím subthalamického jádra, vyvolává časnou krátkou latenční excitaci vedoucí k inhibici v pallidálních neuronech (Nambu a kol. 2000). Subthalamické axony opouštějí jádro dorsálně. S výjimkou spojení se striatum (17,3% u makaků) je většina hlavních neuronů multicílová a fferované axony k ostatním prvkům jádra bazálních ganglií (Sato et al. 2000). Některé posílají axony do substantia nigra mediálně a mediální a laterální jádra pallida laterálně (3-cílová 21,3%). Některé jsou dvoucílové s laterálním pallidem a substantia nigra (2,7%) nebo laterální pallidum a mediální (48%). Méně jich je jediným cílem pro laterální pallidum. Pokud se přidají všechny, které dosáhnou tohoto cíle, je hlavní aferencí subthalamického jádra v 82,7% případů laterální pallidum (externí segment globusu pallidus). Zatímco striatopallidal a pallido-subthalamické spojení jsou inhibiční (GABA), subthalamické jádro využívá excitační neurotransmiter glutamát.
Jeho léze vedoucí k hemibalismu je známa dlouho. Chronická stereotaktická stimulace jádra potlačuje většinu příznaků Parkinsonova syndromu, zejména dyskineze vyvolané dopaterapií.
Subthalamo-lateropalidní kardiostimulátor
Centrální oblast thalamu (C)
Komplex pedunculopontinu (nucleus tegmenti pedunculopontinus, Olszewski a Baxter 1954) není primární součástí bazálních ganglií. Je součástí retikulovité formace (Mesulam et al. 1989), která má silné vzájemné vztahy se systémem bazálních ganglií. Jak napovídá jeho název, nachází se na křižovatce mezi pony a mozkovým pedálem, laterálně od decuszace brachium conjunctivum. Komplex není homogenní. Důležitou část tvoří cholinergní (Ch5)(excitační) neurony, což je i případ laterodorského tegmentálního jádra (Ch6) (Mesulam et al. 1989). Další neurony jsou GABAergní. Trasování axonů z komplexu pedunculopontinu ukázalo, že končí intenzivně nejprve v nigra reticulata a až v kompcta. Další silná inervace je pozorována v subthalamickém jádru (Lavoie and Parent, 1994). Dalšími cíli jsou pallidum (hlavně mediální) a striatum. Komplex získává přímé aference z kůry a především hojné přímé aference z mediálního pallida (Percheron a kol. 1998) (inhibice).Posílá axony na pallidální území laterální oblasti VO. Aktivita neuronů je modifikována pohybem a předchází mu (Matsumura, Watanabe a Ohye (1997). To vše vedlo Menu-Segoviu a kol. (2004) k návrhu, aby byl komplex nějakým způsobem spojen se systémem bazálních ganglií. Přehled o jeho roli v systému a u nemocí podává Pahapill a Lozano (2000). Hraje důležitou roli v bdělosti a spánku. Komplexu musí být ponechána jeho dvojí poloha a funkce. Je součástí retikulární formace. Je regulátorem (reguluje a je regulován) systému bazálních ganglií.
Nigra lateralis to superior colliculus
Negra lateralis složená ze stejného buněčného typu jako pars reticulata se liší svými cíli. Dnes dobře zavedené spojení s tektem u makaků (Jayaraman et al.1977, François et al.1984) není udáváno v plné výši. Nadřazený kolikulus skutečně posílá axony do thalamického VImM, VA, Cpf, s vazbami na oční kůru. Kromě toho prostřednictvím thalamického relé posílá nigra lateralis informace do premotoru a také do čelní kůry (Middleton and Strick, 2002).
Medial pallidum do thalamické VO a odtud do kortexu
Axony od pallida až po thalamus tvoří ansa lenticularis a fasciculus lenticularis, což ve skutečnosti tvoří jedinou entitu. Axony dorazí na střední plochu pallida; odtud přejdou vnitřní kapsli, kde tvoří hřebenový systém („Kammův systém“ z Edingeru, 1900). Axony dorazí na boční hranici subthalamického jádra. Procházejí nad ní a tvoří Forelovo pole H2 (1877). Odtud se stáčí dolů směrem k hypothalamu. V poli H se prudce stáčí. To bylo příčinou historických chyb, protože se předpokládalo, že svazek musí sledovat svůj ventrální směr. Ve skutečnosti svazek stoupá v dorsolaterálním směru (tvoří H1 pole) a dosahuje tímto způsobem ventrální hranice thalamu. Pallidální axony mají své vlastní thalamické území v laterální oblasti thalamu; všude oddělené od mozečku a od nigrálních území. Jádro VO zůstává u makaků a lidí všude laterální. Zbarvilo se na calbindin a acetylcholinesterázu. axony stoupají v jádru, kde vyzařují větve, které široce rozvětvují „svazky“ axonálních větví (Arrrechi-Bouchhiouia et al.1996,1997). Rozložení je takové, že pokud existuje nějaká somatotopická organizace, může být jen špatná. Thalamokortické neurony VO jdou přednostně do doplňkové motorické kůry (SMA), do preSMA a v menší míře do motorické kůry. Pallidotamické neurony také dávají větve do pars media centrálního komplexu (viz výše), který posílá axony do premotorové a přídatné motorické kůry.
Nigra reticulata do thalamické VA a odtud do kortexu
Nigrální axony vystupují dorsálně vzhůru, aniž by tvořily zřetelný výrazný svazek. Dosahují inferomediální hranice thalamu. Negrální cílové thalamické území (VA) je mediální k pallidálnímu (VO). Je kříženo mammillothalamickým svazkem. U opic je jádro obvykle rozděleno na magnocelulární část, mediální a blízkou mammillothalamickému svazku, a mediocelulární část. V lidském mozku je většina jádra složena z magnocelulární složky. V každém případě u makaků se aference z nigry nestarají o tyto cytoarchitektonické subdivize. Kromě aference z nigry dostává VA axony z tecta (superior colliculus) a z amygdaly (bazální komplex), což vytváří ojedinělý soubor aferencí. Thalamokortické výčnělky z VA putují do vlastního charakteristického kortikálního teritoria tvořeného frontální (premotor), přední cingulární kůrou (ACC) a oční kůrou (FEF a SEF), bez významného napojení na motorickou kůru předklokálního gyru. Tento soubor thalamokortických výstupů je odlišný a odlišný od thalamické VO, na kterou se připojuje mediální pallidum.
Klasické a aktuální modely
Systémové reprezentace velmi často používají „model krabice a šipky“, ve kterém krabice jsou prvky (často redukované na jejich název) a šipky jsou spoje. Ve velmi špatném teoretickém appparatu, mnoha příspěvcích, se předpokládalo, že krabice jsou jasně odlišné od ostatních, homogenní a uzavřené. V běžných modelech je kůra zredukována na jednu krabici a (motorický) thalamus na nediferencovaný jediný „VA/VL komplex“. Spoje v těchto modelech nemají žádnou topologii a žádnou číselnou váhu. Přibližně ve stejnou dobu bylo navrženo několik modelů. Anatomická práce prokázala, že existuje silná komprese čísel neuronů znamenající číselnou konvergenci (Yelnik et al.1984, Percheron et al. 1984). Toto objektivní „funneling“ bylo napadeno v protikladném modelu Alexandera et al.(1986), Alexandera a Crutchera (1990), prezentovaném v několika dalších formách. Tito autoři navrhli odlišné řetězce anatomických spojení, které by unikly funnelingu a zachovaly by 5 až 6 „bazálních ganglií-thalamokortických okruhů“: motorických, okulometrových, prefrontálních (doraterálních prefrontálních a laterálních orbitofrontálních) a limbických (nebo anteriorních cingulů), které by se přes bazální ganglie a thalamus vrátily do počátečního bodu kortexu. Tento „paralelní“ pohled neodpovídá pozorovatelné anatomii. Jak bylo opakovaně prokázáno, kortikostriátové spojení se neřídí Kempovým a Powellovým modelem (1970). Kromě komprese existuje spletitost subsystémů (např. okulometrová složka spletitá s frontální). Thalamo-kortikální spojení se neřídí jednoduchými pravidly a obvykle má několik kortikálních cílů (viz kortikostriátové spojení). Jiný model, model Albina et al. (1989) (později přiznal, že byl příliš zjednodušený) vybral dvě kritéria: inhibiční/excitační charakter spojení a použitý mediátor.
Novější modely staví subthalamické jádro do privilegované pozice kvůli tomu, že je excitační, když striatum, pallidum a nigra mají inhibiční mediátory. K „přímé dráze“ (cortex-striatum-medialpallidonigro-thalamo-kortikální)(5-okruh) se postavila „nepřímá dráha“ (cortex-striatum-laterální pallidum-subthalamické jádro-medialpallidonigral-thalamo-kortikální) (6-okruh).
Zvláště složitý systém bazálních ganglií vybízí k rafinovanějším systémovým analýzám, se systémy a subsystémy.
Rozlišení mezi výstupními subsystémy a subsystémy regulátorů přesně neodpovídá rozlišení mezi jádrem a regulátory uvedenému výše. Jedna část jádra, boční pallidum, je skutečně součástí jádra a regulátorem. Nevysílá axony do thalamu a odtud do kortexu. Všechny jeho eferentní axony se místo toho vracejí dovnitř systému bazálních ganglií. S jeho hlavním cílem subthalamickým jádrem tvoří společně zvláštní subsystém, se dvěma vysokofrekvenčními autonomními kardiostimulátory, jedním inhibičním (GABA) a jedním excitačním (glutamátem). Subhalamické jádro posílá axony do jiného regulátoru: komplexu pedunculo-pontinu (také excitačního, glutamatergického). Tento a centrální komplex jsou prvky dalších bazálních ganglií regulujících subsystémy. Existuje mnoho argumentů proti tomu, aby se stejným způsobem zacházelo s „nepřímým obvodem“ zahrnujícím obvod regulátoru a výstupní obvody. Ty neposílají axony (tudíž žádné regulační zprávy) do striatum, bočního pallida nebo subthalamického jádra. Navíc u primátů neexistuje jeden „přímý“, ale dva výstupní subsystémy. Počínaje striatum tvoří každý 3-cestu do mozkové kůry. První výstupní cesta ze striatum má své první relé v mediálním pallidu (GABAegic, inhibitory). To posílá axony (opět GABAergní a inhibiční) do určité části thalamu, nucleus ventralis oralis VO (viz „lidský thalamus“). VO posílá své axony do přídavného motoru, dorzálního premotoru a motorické kůry (s glutamátem jako mediátorem). Druhý výstupní subsystém sleduje přesně stejný vzor, ale tentokrát začíná z nigra reticulata. Nigrální axon jde do nucleus ventralis anterior VA. Tento VA (ne přesně odpovídající populárnímu jádru) posílá axony do frontální kůry a do očních oblastí (glutamatergic). Oddělení obou subsystémů odpovídající diferencovanému kortikálnímu rozdělení by mělo být vždy rozlišeno.
Nové údaje týkající se morfologie a fyziologie systému bazálních ganglií vyvolávají problémy. Skutečnost, že pallidonigralová množina (jak je definována výše) je vysokofrekvenční kardiostimulátor (1) vysílající inhibiční signály (2) přijímající při nízké frekvenci, ale v případně velkém množství, zprávy z striatu, které jsou také inhibiční, by měly změnit způsob uvažování.
Takzvaný „nepřímý obvod“ ve skutečnosti zachytí část regulační množiny v podstatě lateropalidálně-subthalamického systému.
Některé axony z laterálního paldia jdou do striatumu (Sato et al.2000). Především, mnoho z nich jde do dalších elementů bazálních ganglií: mediálního paldia, nigra reticulata a subthalamického jádra. Aktivita mediálního paldia je tak ovlivněna aferencemi z laterálního paldia a ze subthalamického jádra (Smith, Y., Wichmann, T.,DeLong, M.R. 1994). Totéž platí pro nigra reticulata (Smith, Y., Hazrati, L-N, Parent, A. 1990).
Mimo jiné způsoby nahlížení do systému bazálních ganglií, které indikuje morfologie a fyziologie, vyvolávají problémy. Pallidonigrální množina (jak je definována výše) je vysokofrekvenční kardiostimulátor (1) vysílající inhibiční signály (2) přijímající v nízké frekvenci, ale případně ve velkém množství zprávy ze striatu, které jsou také inhibiční. Adakvátní striatální obrazce by tak mohly desinhibicí vyřezat vhodný vzorec signálů (zprávu) do thalamu a odtud do mozkové kůry.
Teoretické nástroje, které nejsou všechny nejnovější, umožňují objektivní systémovou analýzu opírající se o grafové teoretické a systémové koncepty Ty lze nalézt v fundamentální neuromorfologii. Bude brán v úvahu pouze jeden bod. V řízených grafech nebo digrafech je spojení, grafová teoretická vazba (oblouk) nebo segment mezi dvěma prvky (dále jen „krabice“) orientována jedním směrem (1-cesta). Dvě spojení jsou nezbytná k vytvoření 2-obvodu, který v teorii systému obvykle odpovídá jednomu spojení s regulační zpětnou vazbou.
Olszewski, J. a Baxter, D. (1954, 2d ed 1982) Cytoarchitektura lidského mozkového kmene. Karger. Basilej.