วิถีประสาทสั่งการขาลงและการควบคุมโดยเซลล์ประสาทสั่งการส่วนบน

เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบน (upper motor neurons) คือเซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์และก้านสมองที่มีแอกซอนทอดลงมาเพื่อสั่งการและปรับวงจรไขสันหลังและก้านสมองที่ควบคุมกล้ามเนื้อ ผ่านวิถีประสาทขาลง ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือวิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล (corticospinal tract) เซลล์ประสาทเหล่านี้จะเปลี่ยนเป้าหมายการเคลื่อนไหวให้เป็นรูปแบบกิจกรรมในเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่างและวงจรปฏิกิริยาสะท้อน

Definition

เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบน (upper motor neurons) คือเซลล์ประสาทในสมองส่วนคอร์เทกซ์และก้านสมองที่ก่อให้เกิดวิถีประสาทขาลงซึ่งควบคุมการเคลื่อนไหว แอกซอนของเซลล์เหล่านี้มีอิทธิพลต่อเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่างและอินเตอร์นิวรอนในก้านสมองและไขสันหลัง แทนที่จะไปเลี้ยงกล้ามเนื้อโดยตรง

Scope

บทความนี้ครอบคลุมวิถีประสาทสั่งการขาลง ความแตกต่างระหว่างเซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนและส่วนล่าง บทบาทของระบบวิถีประสาทด้านข้างและด้านใน และวิธีการที่ระบบคอร์เทกซ์และก้านสมองสั่งการและปรับผลลัพธ์ของไขสันหลัง บทความนี้เป็นบทความสรีรวิทยาเชิงการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิกหรือการวินิจฉัย

Core questions

• อะไรคือสิ่งที่แยกเซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนออกจากเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่าง?
• วิถีประสาทขาลงที่สำคัญมีอะไรบ้าง และแต่ละวิถีมีส่วนช่วยอย่างไร?
• วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัลสนับสนุนการเคลื่อนไหวที่ละเอียดและแยกส่วนได้อย่างไร?
• ระบบขาลงปรับปฏิกิริยาสะท้อนไขสันหลังและการทรงตัวได้อย่างไร?

Key concepts

• เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนเทียบกับส่วนล่าง
• วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล (พีระมิดัล)
• ระบบขาลงด้านข้างเทียบกับด้านใน
• วิถีประสาทเรติคูโลสไปนัล, เวสติบูโลสไปนัล, รูโบรสไปนัล, เทคโทสไปนัล
• การเชื่อมต่อคอร์ติโคโมโตนิวรอนและการใช้มืออย่างคล่องแคล่ว
• การปรับปฏิกิริยาสะท้อนไขสันหลังโดยสัญญาณขาลง

Key theories

ระบบขาลงด้านข้างและด้านใน

วิถีประสาทขาลงถูกจัดระเบียบออกเป็นระบบด้านข้าง (โดยเฉพาะวิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล) ซึ่งควบคุมกล้ามเนื้อส่วนปลายสำหรับการเคลื่อนไหวที่ละเอียดและแยกส่วน และระบบด้านใน (เรติคูโลสไปนัล, เวสติบูโลสไปนัล, เทคโทสไปนัล) ซึ่งควบคุมกล้ามเนื้อแกนกลางและส่วนต้นสำหรับการทรงตัวและการเคลื่อนไหวแบบหยาบ

การควบคุมความคล่องแคล่วโดยคอร์ติโคโมโตนิวรอน

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มไพรเมต การเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างคอร์ติโคโมโตนิวรอนจากคอร์เทกซ์สั่งการไปยังเซลล์ประสาทสั่งการไขสันหลังมีความสัมพันธ์กับความสามารถในการเคลื่อนไหวนิ้วมือที่เป็นอิสระและทักษะความคล่องแคล่วในการใช้มือ

Mechanisms

เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนในคอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิและบริเวณที่เกี่ยวข้อง ร่วมกับนิวเคลียสในก้านสมอง ก่อให้เกิดวิถีประสาทขาลงที่มีอิทธิพลต่อวงจรไขสันหลัง วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัล ซึ่งเป็นวิถีประสาทด้านข้างหลัก จะส่งไปยังอินเตอร์นิวรอน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มไพรเมต จะส่งโดยตรงไปยังเซลล์ประสาทสั่งการที่ควบคุมกล้ามเนื้อส่วนปลาย ซึ่งสนับสนุนการเคลื่อนไหวที่ละเอียดและมีทักษะ ไฟเบอร์ส่วนใหญ่จะไขว้กันในเมดัลลา วิถีประสาทด้านใน ซึ่งรวมถึงวิถีประสาทเรติคูโลสไปนัล (reticulospinal) และเวสติบูโลสไปนัล (vestibulospinal) จะควบคุมกล้ามเนื้อแกนกลางและส่วนต้นเพื่อการทรงตัว การรักษาสมดุล และการเคลื่อนไหวแบบหยาบ ระบบขาลงไม่ได้เพียงแค่กระตุ้นกล้ามเนื้อเท่านั้น แต่ยังปรับความตื่นตัวของวงจรปฏิกิริยาสะท้อนไขสันหลังและอินเตอร์นิวรอน โดยปรับอัตราขยายของปฏิกิริยาสะท้อนและประสานงานกับการสั่งการโดยสมัครใจ

Clinical relevance

ความแตกต่างระหว่างเซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนและส่วนล่างเป็นรากฐานสำคัญของประสาทวิทยาทางคลินิก เนื่องจากความเสียหายต่อวิถีประสาทขาลงจะทำให้เกิดรูปแบบของอาการที่แตกต่างจากความเสียหายของเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่างอย่างชัดเจน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาพื้นฐานเพื่อการศึกษาและไม่ใช่เครื่องมือสำหรับการวินิจฉัยหรือการจัดการผู้ป่วยรายบุคคล

Evidence & guidelines

การจัดระเบียบและหน้าที่ของวิถีประสาทสั่งการขาลงเป็นความรู้ทางสรีรวิทยาที่เป็นที่ยอมรับ ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นในบทความทบทวนหลักและตำราประสาทวิทยามาตรฐาน บทความนี้สรุปฉันทามติเหล่านั้นมากกว่าที่จะเป็นแนวทางทางคลินิก

History

การศึกษาเกี่ยวกับวิถีประสาทพีระมิดัล (pyramidal tract) และคอร์เทกซ์สั่งการในศตวรรษที่สิบเก้าและยี่สิบได้สร้างแนวคิดของการควบคุมการเคลื่อนไหวแบบขาลง จากนั้นงานวิจัยเปรียบเทียบและในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มไพรเมตได้ชี้แจงบทบาทพิเศษของการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างคอร์เทกซ์และเซลล์ประสาทสั่งการ (corticomotoneuronal connections) ในความคล่องแคล่ว และแยกแยะระบบขาลงด้านข้างออกจากด้านใน ซึ่งเป็นกรอบแนวคิดที่สรุปไว้ในที่นี้

Debates

วิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัลมีความเชี่ยวชาญในการใช้มืออย่างคล่องแคล่วในแต่ละสปีชีส์มากน้อยเพียงใด?

ระดับของการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างคอร์ติโคโมโตนิวรอนและความเชื่อมโยงกับการเคลื่อนไหวนิ้วมือที่เป็นอิสระนั้นแตกต่างกันไปในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มไพรเมตและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ และการตีความเชิงเปรียบเทียบของบทบาทของวิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัลยังคงเป็นหัวข้อที่ถกเถียงกัน

Key figures

• Roger Lemon
• Volker Dietz
• Charles Sherrington

Seminal works

• lemon-2008
• kandel-2021

Frequently asked questions

เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนเชื่อมต่อโดยตรงกับกล้ามเนื้อหรือไม่?

ไม่ เซลล์ประสาทสั่งการส่วนบนมีอิทธิพลต่อเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่างและอินเตอร์นิวรอนในก้านสมองและไขสันหลัง โดยเซลล์ประสาทสั่งการส่วนล่างเป็นเซลล์ที่ส่งไปยังกล้ามเนื้อ

เหตุใดวิถีประสาทคอร์ติโคสไปนัลจึงมีความสำคัญต่อการเคลื่อนไหวที่ละเอียด?

เนื่องจาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลุ่มไพรเมต วิถีประสาทนี้มีการเชื่อมต่อโดยตรงกับเซลล์ประสาทสั่งการที่ควบคุมกล้ามเนื้อส่วนปลาย ทำให้สามารถเคลื่อนไหวนิ้วมือที่เป็นอิสระและทักษะความคล่องแคล่วในการใช้มือได้