Gânglios basais

Os gânglios da base ( bg ) ou núcleos basais são um grupo de núcleos subcorticais encontrados nos cérebros dos vertebrados. Em humanos e outros primatas, existem diferenças, principalmente na divisão do globus pallidus em regiões externas e internas e na divisão do estriado. Posicionados na base do cérebro anterior e no topo do mesencéfalo, eles têm fortes conexões com o córtex cerebral, tálamo, tronco cerebral e outras áreas cerebrais. Os gânglios da base estão associados a uma variedade de funções, incluindo a regulação dos movimentos motores voluntários, aprendizado processual, formação de hábitos, aprendizado condicional, movimentos oculares, cognição e emoção.

Os principais componentes funcionais dos gânglios da base incluem o estriado, consistindo no estriado dorsal (núcleo caudado e putâmen) e o estriado ventral (núcleo accumbens e tubercle olfativo), o globus pallidus, o ventral pallidum, a substancial nigra e o núcleo subtalâmico. Cada um desses componentes possui estruturas anatômicas e neuroquímicas internas complexas. O maior componente, o estriado (dorsal e ventral), recebe informações de várias áreas do cérebro, mas envia apenas a saída para outros componentes dos gânglios da base. O globus pallidus recebe entrada do estriado e envia saída inibitória para várias áreas relacionadas ao motor. A substância nigra é a fonte da entrada estriatal da dopamina neurotransmissor, que desempenha um papel importante na função dos gânglios da base. O núcleo subtalâmico recebe principalmente a entrada do estriado e do córtex cerebral e projeta -se ao globus pallidus.

Pensa -se que os gânglios da base desempenhem um papel fundamental na seleção de ações, ajudando na escolha de comportamentos a serem executados. Mais especificamente, eles regulam as áreas corticais motoras e pré -motoras, facilitando movimentos voluntários suaves. Estudos experimentais mostram que os gânglios da base exercem uma influência inibitória em vários sistemas motores e que uma liberação dessa inibição permite que um sistema motor se torne ativo. A troca de comportamento " Isso ocorre dentro dos gânglios da base é influenciado por sinais de muitas partes do cérebro, incluindo o córtex pré -frontal, que desempenha um papel fundamental nas funções executivas. Também foi levantada a hipótese de que os gânglios da base não são apenas responsáveis pela seleção de ações motoras, mas também pela seleção de mais ações cognitivas. Modelos computacionais de seleção de ação nos gânglios da base incorporam isso.

Os gânglios da base são de grande importância para a função e o comportamento normais do cérebro. Sua disfunção resulta em uma ampla gama de condições neurológicas, incluindo distúrbios de controle e movimento de comportamento, bem como déficits cognitivos semelhantes aos que resultam de danos ao córtex pré -frontal. Os do comportamento incluem síndrome de Tourette, transtorno obsessivo -compulsivo e dependência. Os distúrbios do movimento incluem, principalmente a doença de Parkinson, que envolve a degeneração das células produtoras de dopamina na substância nigra; A doença de Huntington, que envolve principalmente danos ao estriado; distonia; e mais raramente hemiballismus. Os gânglios da base possuem um setor límbico cujos componentes recebem nomes distintos: o núcleo accumbens, pallidum ventral e área tegmentar ventral (VTA). Há evidências consideráveis de que essa parte límbica desempenha um papel central na aprendizagem de recompensa, bem como na cognição e no funcionamento do lobo frontal, através da via mesolímbica do VTA ao núcleo accumbens que usa a dopamina neurotransmissor e a via mesocortical. Pensa -se que vários medicamentos altamente viciantes, incluindo cocaína, anfetamina e nicotina, funcionam aumentando a eficácia desse sinal de dopamina. Há também evidências que implicava superatividade da projeção dopaminérgica do VTA na esquizofrenia.

Em termos do desenvolvimento do sistema nervoso em humanos, o sistema nervoso central é frequentemente classificado com base nas três vesículas cerebrais primitivas originais: essas vesículas primárias se formam no desenvolvimento normal do tubo neural do embrião e incluem inicialmente o Prosencephalon, Mesencefalon e Rhombencefalon, na orientação rostral a caudal (da cabeça à cauda). Mais tarde, no desenvolvimento, cada seção se transforma em componentes menores. Durante o desenvolvimento, as células que migram tangencialmente para formar os gânglios da base são direcionadas pelas eminências ganglionares laterais e mediais. A tabela a seguir demonstra essa classificação de desenvolvimento e a traça às estruturas anatômicas encontradas nos gânglios da base. As estruturas relevantes para os gânglios da base são mostradas em negrito .

Os gânglios da base formam um componente fundamental do cérebro. Em contraste com a camada cortical que alinha a superfície do cérebro anterior, os gânglios da base são uma coleção de massas distintas de substância cinzenta situadas profundamente no cérebro, não muito longe da junção do tálamo. Eles mentem para o lado e cercam o tálamo. Como a maioria das partes do cérebro, os gânglios da base consistem em lados esquerdo e direito que são imagens de espelho virtual umas das outras.

Em termos de anatomia, os gânglios da base são divididos em quatro estruturas distintas, dependendo de quão superiores ou rostrais são (em outras palavras, dependendo de quão perto da cabeça eles são): dois deles, o estriado e o pallidum, são relativamente grandes; Os outros dois, a substância nigra e o núcleo subtalâmico, são menores. Na ilustração à direita, duas seções coronais do cérebro humano mostram a localização dos componentes dos gânglios da base. De notar, e não visto nesta seção, o núcleo subtalâmico e a substância nigra estão mais adiante (posteriormente) no cérebro do que o estriado e o pallidum.

O estriado é uma estrutura subcortical geralmente dividida no estriado dorsal e no estriado ventral, embora uma classificação lateral medial tenha sido sugerida como mais relevante comportamentalmente e esteja sendo mais amplamente utilizada.

O estriado é composto principalmente por neurônios espinhosos médios. Esses neurônios GABAérgicos se projetam para o globus externo (lateral) pallidus e o globus interno (medial) pallidus, bem como a substância nigra pars reticulata. As projeções para o globus pallidus e substância nigra são principalmente dopaminérgicas, embora sejam expressas enkefalina, dinorfina e substância p. O estriado também contém interneurônios que são classificados em neurônios nitrérgicos (devido ao uso de óxido nítrico como neurotransmissor), tonicamente ativo (ou seja, liberando constantemente os neurotransmissores, a menos que inibidos), os neurônios colinérgicos que expressam parvalbumina e os neurônios da calnceira. O estriado dorsal recebe entradas glutamatérgicas significativas do córtex, bem como as entradas dopaminérgicas da substância Nigra Pars Compacta. O estriado dorsal é geralmente considerado envolvido em atividades sensório -motoras. O estriado ventral recebe entradas glutamatérgicas das áreas límbicas, bem como as entradas dopaminérgicas do VTA, através da via mesolímbica. Acredita -se que o estriado ventral desempenhe um papel na recompensa e em outras funções límbicas. O estriado dorsal é dividido no caudado e no putâmen pela cápsula interna, enquanto o estriado ventral é composto pelo núcleo accumbens e pelo tubérculo olfativo. O caudado possui três regiões primárias de conectividade, com a cabeça do caudado demonstrando conectividade ao córtex pré -frontal, córtex cingulado e amígdala. O corpo e a cauda mostram diferenciação entre o aro dorsolateral e o caudado ventral, projetando -se às regiões sensório -motoras e límbicas do estriado, respectivamente. As fibras estriatopallidal conectam o estriado ao pallidus.

O pallidum consiste em uma grande estrutura chamada globus pallidus (" globo pálido ") junto com uma extensão ventral menor chamada Pallidum ventral. O globus pallidus aparece como uma massa neural única, mas pode ser dividida em duas partes funcionalmente distintas, o globus pallidus interno (GPI) e o globus pallidus externo (GPE). Ambos os segmentos contêm principalmente neurônios GABAérgicos, que, portanto, têm efeitos inibitórios em seus alvos. Os dois segmentos participam de circuitos neurais distintos. O GPE recebe entrada principalmente do estriado e projeta -se ao núcleo subtalâmico. O GPI recebe sinais do estriado através do " Direct " e " indiretos " Caminhos. Os neurônios pálidos operam usando um princípio de desinibição. Esses neurônios disparam a altas taxas constantes na ausência de entrada e sinais do estriado fazem com que eles pausem ou reduzam sua taxa de disparo. Como os próprios neurônios palidais têm efeitos inibitórios em seus alvos, o efeito líquido da entrada estriatal no pallidum é uma redução da inibição tônica exercida por células palidais em seus alvos (desinibição) com um aumento da taxa de disparo nos alvos.

A substância nigra é uma porção de substância cinzenta do mesencéfalo dos gânglios da base que possui duas partes - o pars compacta (SNC) e o pars reticulata (SNR). O SNR geralmente trabalha em uníssono com o GPI, e o complexo SNR-GPI inibe o tálamo. No entanto, a substância Nigra Pars Compacta (SNC) produz a dopamina neurotransmissor, que é muito significativa na manutenção do equilíbrio na via estriatal. A parte do circuito abaixo explica o papel e as conexões de circuito de cada um dos componentes dos gânglios da base.

O núcleo subtalâmico é uma porção de substância cinzenta diencefálica dos gânglios da base e a única parte dos gânglios que produz um neurotransmissor excitatório, Glutamate. O papel do núcleo subtalâmico é estimular o complexo SNR-GPI e faz parte da via indireta. O núcleo subtalâmico recebe entrada inibitória da parte externa do globus pallidus e envia entrada excitatória para o GPI.

Vários modelos de circuitos e funções dos gânglios da base foram propostos, no entanto, houve questões sobre as divisões estritas das vias diretas e indiretas, sua possível sobreposição e regulação. O modelo de circuito evoluiu desde o primeiro modelo proposto na década de 1990 por DeLong no modelo de processamento paralelo , no qual o córtex e a substância nigra pars compacta projetam no estriado dorsal, dando origem a um indireto e excitação inibidor Caminho direto.

• A via indireta inibitória envolveu a inibição do globus pallidus externus, permitindo a desinibição do globus pallidus internus (através do STN) permitindo-lhe inibir o tálamo.
• A via direta ou excitatória envolveu a desinibição do tálamo através da inibição do GPi/SNr. No entanto, a velocidade da via direta não seria concordante com a via indireta neste modelo levando a problemas com ele. Para superar isso, um caminho hiperdireto onde o córtex envia projeções glutamatergicas através do núcleo subtálamo empolgante a GPe inibitória sob o modelo surround central, bem como uma via indirecta mais curta foram propostas.

Geralmente, o circuito dos gânglios da base é dividido em cinco vias: um límbico, dois associativos (pré -frontais), um oculomotor e uma via motor. (As vias motoras e oculomotoras às vezes são agrupadas em uma via motor.) As cinco vias gerais são organizadas da seguinte forma:

• O loop motor envolvendo projeções da área motora suplementar, área pré-motor arcuate, córtex motor e córtex somatossensorial para o putâmen, que projeta no GPi ventrolateral e SNr caudolateral que projeta no córtex através do ventralis lateralis pars medialis e ventralis lateralis pars oralis.
• O laço oculomotor envolveu projeções dos campos do olho frontal, o córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC), e o córtex parietal posterior no caudato, no GPi dorsal caudal e SNr ventrolateral, finalmente voltando para o córtex através do ventralis lateral anterior pars magnocelularis (VAmc).
• A primeira via cognitiva/associativa propõe uma via do DLPFC, no caudato dorsolateral, seguida de uma projeção no GPi dorsal lateral, e SNr rostral antes de projetar para o VAmc lateral e pars medial magnocellularis.
• A segunda via cognitiva/associativa proposta é um circuito que projeta a partir do córtex orbitofrontal lateral, do giro temporal e do córtex cingulado anterior no caudato ventromedial, seguido por uma projeção no GPi posteriormedial e SNr rostrolateral antes de entrar no córtex através do VAmc medial e magnocelularis medial.
• O circuito límbico envolvendo as projeções do ACC, hippocampus, córtex entorhinal e ínsula no striatum ventral, então no GPi rostrodorsal, palidez ventral e SNr rostrodorsal, seguido por um loop de volta ao córtex através da parte posteromedial do núcleo dorsal medial. No entanto, foram propostas mais subdivisões de loops, até 20.000.

A via direta, originária do estriado dorsal, inibe o GPI e o SNR, resultando em uma desinibição líquida ou excitação do tálamo. Essa via consiste em neurônios espinhosos médios (MSNs) que expressam o receptor de dopamina D1, o receptor de acetilcolina muscarínico M4 e o receptor de adenosina A1. A via direta foi proposta para facilitar as ações motoras, o momento das ações motoras, o bloqueio da memória de trabalho e as respostas motoras a estímulos específicos.

A via indireta (longa) se origina no estriado dorsal e inibe o GPE, resultando em desinibição do GPI, que é livre para inibir o tálamo. Essa via consiste em MSNs que expressam o receptor de dopamina D2, o receptor de acetilcolina M1 e o receptor de adenosina A2A. Essa via foi proposta para resultar em inibição motora global (inibição de toda a atividade motora) e terminação de respostas. Outra via indireta mais curta foi proposta, que envolve a excitação cortical do núcleo subtalâmico, resultando em excitação direta do GPE e inibição do tálamo. Essa via é proposta para resultar na inibição de programas motores específicos com base na aprendizagem associativa.

Uma combinação dessas vias indiretas, resultando em uma via hiperdirect que resulta na inibição das entradas dos gânglios da base, além de um foco específico, foi proposto como parte da teoria do centro de . Essa via hiperdirecta é proposta para inibir as respostas prematuras ou inibir globalmente os gânglios da base para permitir um controle mais específico de cima para baixo pelo córtex.

As interações dessas vias estão atualmente em debate. Alguns dizem que todos os caminhos antagonizam diretamente um ao outro em um " Push Pull " Moda, enquanto outros apóiam a teoria do centro surround , na qual uma entrada focada no córtex é protegida pela inibição de insumos concorrentes pelo restante das vias indiretas.

Os gânglios da base recebem muitos insumos glutamatérgicos aferentes, com fibras eferentes predominantemente GABAérgicas, vias colinérgicas moduladoras, dopamina significativa nas vias originárias da área tegmentar ventral e da substância nigra, além de vários neuropeptídeos. Os neuropeptídeos encontrados nos gânglios da base incluem a substância P, neurocinina A, colecistocinina, neurotensina, neuroquinina B, neuropeptídeo Y, somatostatina, dinorfina, encefalina. Outros neuromoduladores encontrados nos gânglios da base incluem óxido nítrico, monóxido de carbono e feniletilamina.

A conectividade funcional, medida pela co-ativação regional durante estudos funcionais de neuroimagem, é amplamente consistente com os modelos de processamento paralelo da função dos gânglios da base. O putâmen foi geralmente coativado com áreas motoras, como a área motora suplementar, o córtex cingulado anterior e o córtex motor primário, enquanto o caudato e o putâmen rostral foram mais frequentemente coativados com o ACC e DLPFC rostral. O estriado ventral foi significativamente associado à amígdala e ao hipocampo, que embora não tenham sido incluídos nas primeiras formulações de modelos de gânglios da base, tem sido uma adição a modelos mais recentes.

Função intensamente estudada dos gânglios da base é seu papel no controle dos movimentos oculares. O movimento ocular é influenciado por uma extensa rede de regiões cerebrais que converge em uma área do mesencéfalo chamada Superior Colliculus (SC). O SC é uma estrutura em camadas cujas camadas formam mapas retinotópicos bidimensionais do espaço visual. A " Bump " da atividade neural nas camadas profundas do SC impulsiona um movimento ocular direcionado para o ponto correspondente no espaço.

O SC recebe uma forte projeção inibitória dos gânglios da base, originários da substância Nigra pars reticulata (SNR). Os neurônios no SNR geralmente disparam continuamente a altos taxas, mas no início de um movimento ocular eles "pausam", liberando assim o SC da inibição. Os movimentos oculares de todos os tipos estão associados a " pausando " no SNR; No entanto, os neurônios SNR individuais podem estar mais fortemente associados a alguns tipos de movimentos do que outros. Os neurônios em algumas partes do núcleo caudado também mostram atividades relacionadas aos movimentos oculares. Como a grande maioria das células caudadas dispara a taxas muito baixas, essa atividade quase sempre aparece como um aumento na taxa de disparo. Assim, os movimentos oculares começam com a ativação no núcleo caudado, que inibe o SNR através das projeções GABAérgicas diretas, que por sua vez desinibem o SC.

A dopamina extracelular nos gânglios da base tem sido associada a estados motivacionais em roedores, com altos níveis sendo associados ao estado saciado, níveis médios com busca e baixa aversão. Os circuitos dos gânglios da basal límbica são fortemente influenciados pela dopamina extracelular. O aumento da dopamina resulta na inibição do pallidum ventral, núcleo entopeduncular e substância nigra pars reticulata, resultando em desinibição do tálamo. Esse modelo de vias D1 direto e D2 indiretas explicam por que os agonistas seletivos de cada receptor não são gratificantes, pois a atividade em ambas as vias é necessária para a desinibição. A desinibição do tálamo leva à ativação do córtex pré -frontal e do estriado ventral, seletivo para o aumento da atividade de D1, levando à recompensa. Há também evidências de estudos de eletrofisiologia não humana e de primatas humanas de que outras estruturas de gânglios da base, incluindo o globus pallidus internus e o núcleo subtalâmico estão envolvidos no processamento de recompensa.

Dois modelos foram propostos para os gânglios da base, sendo um que as ações são geradas por A " crítico " no estriado ventral e no valor das estimativas, e as ações são realizadas por um "ator"; no estriado dorsal. Outro modelo propõe que os gânglios da base atuam como um mecanismo de seleção, onde as ações são geradas no córtex e são selecionadas com base no contexto pelos gânglios da base. O loop do CBGTC também está envolvido no desconto da recompensa, com o disparo aumentando com uma recompensa inesperada ou maior que o esperado. Uma revisão apoiou a idéia de que o córtex estava envolvido na aprendizagem de ações, independentemente do resultado, enquanto os gânglios da base estava envolvida na seleção de ações apropriadas com base no ensaio associativo baseado em recompensa e na aprendizagem de erros.

O gânglio da base foi proposto para gabar o que entra e o que não entra na memória de trabalho. Uma hipótese propõe que a via direta (GO ou excitatória) permite informações no PFC, onde permanece independente da via, no entanto, outra teoria propõe que, para que as informações permaneçam no PFC, o caminho direto precisa continuar reverberando. A via indireta curta foi proposta para, em um antagonismo direto de push com a via direta, fechar o portão para o PFC. Juntos, esses mecanismos regulam o foco da memória de trabalho.