基底节的功能解剖是怎样的？基底节又是如何协助大脑控制运动的？
健康
2024-10-30 12:02
湖北
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“脑是中枢神经系统中的重要组成部分，同时也是负责调控身体大部分高级功能的器官，包括感觉、运动、思维、语言、情绪和意识等。”大脑：是脑的主要部分，负责高级认知功能，如记忆、决策、语言和感觉处理。小脑：位于大脑后下方，负责协调运动和平衡，确保动作的精确和流畅。脑干：连接大脑和脊髓，调控许多基本的生命活动，如呼吸、心跳、睡眠觉醒周期等，并且传递大脑与身体之间的神经信号。大脑由两个几乎对称的半球组成，称为大脑半球，在这些半球的深处是基底神经节。大脑最外层区域代表大脑皮质，由数十亿个神经元胞体构成灰质。位于最内层的是连接这些胞体的轴突构成大脑的白质。内囊是一条重要的白质纤维束，就像一条高速公路，允许信号，也就是信息，往返于大脑皮层两端。在内囊的两侧，我们可以看到构成基底神经节的皮质下灰质区域。基底节区对于向运动皮层提供反馈机制以启动和控制随意运动非常重要。例如，你想把你的名字写在一张纸上，就依赖于基底节区。在这个过程中，首先你需要使用你的前额叶皮层来计划运动，然后向运动皮层和基底神经节发送信号，基底神经节帮助运动皮层准备并启动行动。然后你的手臂可以固定好，这样你就可以开始写字了。然后，基底神经节确保你的手的动作像计划的那样精确和执行，在这样做的同时，他们也保持你的姿势。除此之外，基底神经节还可以帮助你学习新的运动技能，比如骑自行车。基底神经节是一组核团，包括尾状核、壳核、苍白球外侧部和苍白球内侧部。这些核团与中枢神经系统的其他部分（如大脑皮层、丘脑和脑干）之间有着高度复杂的连接。但是，与基底神经节关系最为密切的两个重要结构是中脑的黑质和间脑的丘脑底核。
首先是尾状核，它的形状像字母“C”。尾状核可以分为三个部分：头部、体部和尾部。它沿着大脑的侧脑室（位于其内侧）延伸，并环绕丘脑。在大脑横切面上，可以看到尾状核前部（尾状核头）形成了侧脑室前角的侧壁。在冠状切面上，沿侧脑室体部壁可见尾状核中部（尾状核体）。尾状核后部（尾状核尾部）围绕丘脑后端弯曲，并跟随侧脑室的下角，形成其顶部。壳核和苍白球内侧、苍白球外侧有时统称为豆状核。这是一个楔形的核团，宽的一端朝向外侧。在大脑的横切面和冠状切面上，我们可以看到内囊位于豆状核的内侧，并将其与尾状核和丘脑分开。豆状核的外侧是外囊。薄层白质垂直穿过豆状核，将其分成三部分。首先，最内侧的位置是苍白球，它由于含有更多的有髓神经纤维而呈现较浅的颜色。苍白球进一步被一层白质分隔为内侧苍白球，位于内囊的外侧，以及外侧苍白球，位于壳核的内侧。壳核位于豆状核的最外侧，颜色较深。位于苍白球外侧和外囊内侧。壳核和尾状核也被称为纹状体。这两个核除了前面尾状核头部与壳核相连的地方，其余的地方都被内囊分开。在这个连接点之上，这些核之间的灰质桥穿过内囊，使其具有条纹状外观，因此被称为纹状体。
这些小的灰质桥也被称为“灰质桥束”，它们通过内囊连接脑核，使得这些结构能够相互通信。
在神经解剖学中，这种灰质连接有助于协调与运动控制、学习和其他认知功能相关的神经活动。让我们换个话题，讨论与基底神经节密切相关的其他核团。在中脑的腹侧，位于被盖区和大脑脚之间，有一个深色的区域，称为黑质。该区域含有储存颗粒的细胞，细胞质中充满了一种叫做神经黑素的色素，使该区域呈现出较深的颜色。黑质是一个含有大量多巴胺能神经元的结构，其主要功能与运动控制、奖励机制以及某些神经系统疾病（如帕金森病）相关。黑质可以分为两个部分：黑质致密部（SNpc）和黑质网状部（SNpr）。SNpc包含多巴胺能神经元，这些神经元的轴突投射到纹状体，形成黑质-纹状体通路，在这里释放多巴胺。SNpc在运动控制、学习和情感调节中发挥着重要作用，而SNpr主要参与运动的调节和控制。两者共同在基底神经节的功能中起到关键作用。然后是底丘脑，它是间脑的一部分，位于丘脑的腹侧，外侧是下丘脑，内侧是内囊。底丘脑包含底丘脑核STN），它在基底神经节的运动调节中起着辅助作用。 STN主要接收来自外侧苍白球的传入纤维，并将传出纤维投射到内侧苍白球。这种连接在调控运动的精确性和协调性中具有重要作用。
现在我们已经讨论了主要的基底核，让我们看看它们是如何协同工作来帮助运动皮层控制运动的。为了相互传递信息，基底核的神经元使用不同的神经递质。它们释放兴奋性神经递质，例如谷氨酸，或抑制性神经递质，例如γ-氨基丁酸（GABA）。这种兴奋性和抑制性的平衡对于基底核在运动控制、学习和其他神经功能中的正常运作至关重要。通过调节这些神经递质的释放，基底核能够协调运动和调整行为反应。基底神经节与下运动神经元没有直接的连接，因此无法直接控制肌肉。然而，它们通过丘脑影响运动皮层。基本上，信息通过纹状体进入基底神经节，然后通过内侧苍白球（GPi）离开，该部分对丘脑有输出。 GPi向丘脑发出抑制信号，从而调节传递到运动皮层的信息。通过这种方式，基底神经节能够影响运动的计划、启动和协调，进而间接地影响肌肉活动。信息流可以遵循两种不同的路径：直接路径和间接路径。直接通路的正常连接导致运动皮质的兴奋，而间接通路的正常连接导致运动皮质的抑制。要记住哪个通路产生哪个效应，只要回忆一下间接通路抑制运动皮层。现在为了更好地理解它们是如何发挥作用的，让我们一步一步地深入研究这两种通路。直接通路从黑质致密部开始，其中包含投射到纹状体的神经元。直接通路主要促进运动的启动和执行，帮助身体进行自愿运动。这条通路在运动计划和协调中起着关键作用，同时也与奖励和愉悦感相关联。这些神经元通过其轴突释放多巴胺，随后多巴胺与位于纹状体神经元上的D1受体结合。具有D1受体的神经元直接投射到内侧苍白球（GPi），并通过释放γ-氨基丁酸（GABA）来抑制内侧苍白球的活动。通过促进D1受体神经元的活跃，直接通路在调节运动的启动和执行中起到至关重要的作用。它有助于增强自愿运动的能力，同时调节运动的流畅性和协调性。 正常情况下，GPi投射到丘脑释放GABA，从而抑制丘脑，阻止其释放谷氨酸和刺激运动皮质。这种抑制机制在运动控制中非常重要。它帮助调节运动的流畅性和协调性，防止过度或不必要的运动。通过调节丘脑的兴奋性，基底神经节能够实现精细的运动控制和调节。然而，由于GPi被纹状体抑制，丘脑随后被解除抑制，并可刺激运动皮质，从而协助启动和执行所需的随意运动。这种解除抑制的机制是基底神经节在调节运动中发挥关键作用的一个重要方面。通过协调和调节这些神经通路，基底神经节确保自愿运动的顺利进行，同时在执行精细运动和反应时的灵活性方面起到了重要的作用。在激活直接途径的同时，信息也通过间接途径传递。间接途径也开始于SNpc的神经元投射到纹状体，在那里他们释放多巴胺。
间接通路的激活主要起到抑制运动的作用，有助于过滤掉不必要或过度的运动信号。通过与直接通路的相互作用，基底神经节能够精确调节运动，确保运动的顺畅性与协调性。这种双向调节机制是运动控制的重要组成部分，帮助实现复杂的运动任务。这次，多巴胺与位于外侧苍白球（GPe）神经元上的D2受体结合。被激活后，这些神经元释放γ-氨基丁酸（GABA），从而抑制外侧苍白球的活动。通过抑制外侧苍白球，间接通路能够有效调节运动信号的传递，确保运动的精细控制。这个过程有助于防止过度的运动表现，使基底神经节能够更好地协调和调节复杂的运动模式。正常情况下，GPe投射到丘脑底核并释放GABA来抑制它。这可防止STN释放谷氨酸盐并刺激GPi。但是，由于GPe已经被间接途径抑制，STN挣脱并开始释放谷氨酸来刺激GPi。这种兴奋导致GPi释放更多的GABA，从而抑制丘脑，导致运动皮质的抑制。这种抑制过程通过间接通路起到了重要的调节作用。虽然直接通路促进了运动，但间接通路通过抑制丘脑来防止过度或不必要的运动。这种复杂的平衡机制确保了基底神经节在运动控制中的精细调节，帮助协调身体的运动活动。虽然间接通路似乎想破坏直接通路，但它实际上帮助了运动皮层，在产生随意运动的同时，抑制了不必要的肌肉收缩。--本文完--
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