ปมประสาทฐาน: กายวิภาคและวงจร

ปมประสาทฐาน (basal ganglia) คือกลุ่มของนิวเคลียสสสารสีเทาใต้เปลือกสมองที่เชื่อมต่อกันในสมองส่วนหน้าและสมองส่วนกลาง ซึ่งมีความสำคัญต่อการควบคุมการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจ การเรียนรู้จากนิสัย และการเลือกการกระทำ ประกอบด้วย สไตรอาตัม (striatum) (นิวเคลียสคอเดตและพูทาเมน), โกลบัส พัลลิดัส (globus pallidus), ซับทาลามิก นิวเคลียส (subthalamic nucleus) และซับสแตนเชีย ไนกรา (substantia nigra) ซึ่งทั้งหมดนี้ทำงานร่วมกันเป็นวงจรคู่ขนานกับเปลือกสมองและทาลามัส

Definition

ปมประสาทฐานคือชุดของนิวเคลียสสสารสีเทาที่อยู่ลึก ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสไตรอาตัม, โกลบัส พัลลิดัส, ซับทาลามิก นิวเคลียส และซับสแตนเชีย ไนกรา ซึ่งมีส่วนร่วมในวงจรคอร์ติโค-ใต้เปลือกสมองที่ควบคุมการเลือกและการปรับการเคลื่อนไหวและพฤติกรรมที่เกี่ยวข้อง

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงนิวเคลียสที่เป็นส่วนประกอบของปมประสาทฐาน การเชื่อมต่อภายในผ่านวิถีทางตรงและทางอ้อม และการจัดระเบียบเป็นวงจรคู่ขนานคอร์ติโค-ปมประสาทฐาน-ทาลามัส-คอร์ติโค (cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loops) โดยถือว่าปมประสาทฐานเป็นโครงสร้างทางกายวิภาคและวงจร ไม่ใช่ภาวะทางคลินิก และไม่มีคำแนะนำในการรักษา

Core questions

• นิวเคลียสใดบ้างที่ประกอบเป็นปมประสาทฐาน และเชื่อมต่อกันอย่างไร?
• วิถีทางตรงและทางอ้อมปรับการส่งออกของเปลือกสมองได้อย่างไร?
• วงจรคู่ขนานของปมประสาทฐานแยกการทำงานด้านการเคลื่อนไหว การเชื่อมโยง และลิมบิกออกจากกันได้อย่างไร?

Key concepts

• สไตรอาตัม (นิวเคลียสคอเดตและพูทาเมน)
• โกลบัส พัลลิดัส (ส่วนในและส่วนนอก)
• ซับทาลามิก นิวเคลียส
• ซับสแตนเชีย ไนกรา
• วิถีทางตรงและทางอ้อม
• วงจรคู่ขนานคอร์ติโค-ปมประสาทฐาน-ทาลามัส-คอร์ติโค

Mechanisms

ข้อมูลนำเข้าจากเปลือกสมองจะส่งไปยังสไตรอาตัม ซึ่งจะส่งต่อไปยังนิวเคลียสส่งออก (โกลบัส พัลลิดัสส่วนในและซับสแตนเชีย ไนกรา พาร์ส เรติคูลาตา) ผ่านสองเส้นทาง วิถีทางตรงจะอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนไหวโดยการยับยั้งนิวเคลียสส่งออกเหล่านี้ ทำให้ทาลามัสหลุดพ้นจากการยับยั้ง ในขณะที่วิถีทางอ้อม ซึ่งผ่านโกลบัส พัลลิดัสส่วนนอกและซับทาลามิก นิวเคลียส จะมีผลตรงกันข้ามคือการยับยั้ง (alexander-1990) สัญญาณเหล่านี้จะไหลผ่านวงจรคู่ขนานหลายวงจรที่แยกการทำงานออกจากกัน ซึ่งเชื่อมโยงพื้นที่เปลือกสมองที่แตกต่างกัน บริเวณปมประสาทฐาน และนิวเคลียสทาลามัส ก่อนที่จะกลับไปยังเปลือกสมอง ดังนั้นการประมวลผลด้านการเคลื่อนไหว การเคลื่อนไหวของตา สมองส่วนหน้า และลิมบิกจึงยังคงแยกจากกันเป็นส่วนใหญ่ (alexander-1986) การศึกษาในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชั้นสูงโดยการทำรอยโรคและการกระตุ้นได้ชี้แจงว่าความผิดปกติภายในวงจรเหล่านี้สัมพันธ์กับความผิดปกติของการเคลื่อนไหวอย่างไร (delong-1990)

Clinical relevance

ความรู้เกี่ยวกับวงจรของปมประสาทฐานเป็นพื้นฐานที่แพทย์และนักวิจัยใช้ทำความเข้าใจและระบุตำแหน่งของสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว และตีความภาพถ่ายการทำงาน บทความนี้อธิบายกายวิภาคและตรรกะของวงจรเพื่อการอ้างอิง ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ปมประสาทฐานเคยถูกมองว่าเป็นศูนย์กลางการถ่ายทอดสัญญาณการเคลื่อนไหวที่ไม่แตกต่างกันมากนัก แต่ผลงานในช่วงทศวรรษ 1980 ได้ปรับเปลี่ยนมุมมองใหม่ โดยมองว่าเป็นชุดของวงจรคู่ขนานที่แยกการทำงานออกจากกัน การสังเคราะห์ข้อมูลของ Alexander, DeLong และ Strick ในปี 1986 (alexander-1986) และคำอธิบายสถาปัตยกรรมภายในของปมประสาทฐานในเวลาต่อมา (alexander-1990) ได้สร้างแบบจำลองวงจรขึ้นมา ในขณะที่การศึกษาในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชั้นสูงของ DeLong (delong-1990) ได้เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงวงจรเฉพาะกับการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติ ซึ่งเป็นรากฐานของกรอบแนวคิดวิถีทางตรง/ทางอ้อมในปัจจุบัน

Debates

วงจรคู่ขนานมีการแยกส่วนอย่างเคร่งครัดเพียงใด?

แบบจำลองคลาสสิกถือว่าวงจรการเคลื่อนไหว การเชื่อมโยง และลิมบิกแยกจากกันเป็นส่วนใหญ่ แต่หลักฐานที่แสดงถึงจุดบรรจบและการสื่อสารข้ามช่องทางได้กระตุ้นให้เกิดการอภิปรายอย่างต่อเนื่องว่าวงจรเหล่านี้มีความเป็นอิสระเพียงใด

Key figures

• Garrett Alexander
• Mahlon DeLong
• Peter Strick
• Michael Crutcher

Seminal works

• alexander-1986
• alexander-1990
• delong-1990

Frequently asked questions

โครงสร้างใดบ้างที่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของปมประสาทฐาน?

โดยทั่วไปแล้วจะอธิบายว่าเป็นสไตรอาตัม (นิวเคลียสคอเดตและพูทาเมน), โกลบัส พัลลิดัส, ซับทาลามิก นิวเคลียส และซับสแตนเชีย ไนกรา โดยที่ซับทาลามิก นิวเคลียสและซับสแตนเชีย ไนกราอยู่นอกเทเลนเซฟาลอน แต่มีบทบาทสำคัญในการทำงาน

ความแตกต่างระหว่างวิถีทางตรงและทางอ้อมคืออะไร?

วิถีทางตรงมักจะอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนไหวโดยการลดการยับยั้งของทาลามัส ในขณะที่วิถีทางอ้อม ซึ่งผ่านโกลบัส พัลลิดัสส่วนนอกและซับทาลามิก นิวเคลียส มักจะยับยั้งการเคลื่อนไหว ความสมดุลของทั้งสองวิถีทางนี้เป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ของปมประสาทฐาน