Fyziologie středního mozku, bazálních ganglií a thalamu doc. MUDr. Miloslav Franěk, Ph.D. Ústav normální, patologické a klinické fyziologie
Střední mozek 2 cm úsek kmene mezi pontem a diencefalon tektum, tegmentum, crura cerebri
zprostředkování některých reflexů (zornicový, startle reflex, vzpřimovací) ascendentní a descendentní dráhy substantia nigra (dopamin) [6] nucleus ruber (regulace svalového tonu) [7] Souhrn funkcí
Coliculi inferiores - sluch mají centrální jádro a vnější kůru aferentace z periferie do jádra cestou lemniscus lateralis binaurální aferentace laminární tonotopické uspořádání nízké frekvence - dorzolaterální část vysoké frekvence ventromediální část mediátory glutamát, GABA aferentace z centra - kůra je aferentovaná ze sluchové mozkové kůry (částečně v ní dochází k integraci ascendentních a descendentních informací)
Coliculi superiores - zrak starší struktury zrakového systému jejich funkce nesouvisí s viděním aferentace z optického traktu retinotopické uspořádání V centrální oblasti převládá projekce z ipsilaterálního oka Na periferii z kontralaterálního oka mediátory cholinergní, GABA význam pro řízení rychlých cílených pohybů
Tegmentum - jádra
Jádra okohybných nervů III. a IV. nerv zornicový reflex sfinkter (parasympatikus z III) a dilatátor (sympatikus) přímá i konsenzuální Edinger-Westphalovo jádro (nc. oculomotorius acessorius, nc. parasympathicus n. oculomotorii) aferentní část: porucha při osvitu zdravého oka budou obě reakce normální, při osvitu nemocného oka nebude fotoreakce výbavná ani na zdravém oku eferentní část: porucha- při osvitu zdravého oka nebude fotoreakce postiženého oka, při osvitu postiženého oka nebude fotoreakce tohoto oka, ale bude nepřímá fotoreakce zdravého oka 1.5 až 8 mm, světlo úměrné 2. mocnině průměru, změna tedy asi 30násobek
Nucleus ruber alternativní dráha pro přenos korových signálů do míchy extrapyramidové dráhy Tractus corticorubralis Tractus rubrospinalis somatotopická organizace podobná jako v motorické kůře, ale mnohem hrubší při poškození kortikospinální dráhy jsou diskrétní pohyby zachovány, ale pohyby rukou a hlavně prstů jsou výrazně zhoršené gama klička
Substantia nigra pars compacta a pars reticularis pars compacta obsahuje melanin a je důležitým zdrojem dopaminu (nigro-striatová projekce): regulace aktivity BG dopamin: motivované cílené chování, systém trest-odměna
Co aktivuje dopaminergní neurony? odměňující příjemné podněty (sladké) při učení a tvorbě podmíněných reflexů reagují na podmíněný podnět,predikují odměnu, jestliže se odměna nedostaví, jejich aktivita se snižuje pod klidovou hodnotu téměř nereagují na podněty, které predikují averzivní situaci nové podněty vyvolávající orientační reakci (habituace) význam pro kognici ncl. accumbens: septum
Periaqueduktální šeď mesencefalon
Funkční organizace PAG aktivující bolest aferentace efekt stimulace ventrolaterální hluboká somatická a viscerální NTS, mícha, bez somatotopie hypotenze, bradykardie laterální povrchová bolest (kůže) mícha, jádra V.n., somatotopie hypertenze, tachykardie typ analgezie opioidní neopioidní (5-HT, NA) chování freezing fight or flight
Bazální ganglia
Funkce BG souhrn komplex jader koncového a středního mozku klíčový význam v integraci motorických funkcí spolu s mozečkem spojení mezi senzorickým a motorickým systémem emoce, kognitivní funkce
Funkční členění Nucleus caudatus Putamen Globus pallidus striatum nucleus lentiformis Struktury středního mozku Substantia nigra Nucleus subthalamicus (Luysi) Amygdala, Nucleus accumbens
Spoje BG
Motorické funkce BG vývojově starší pallidum řídí svalové napětí mladší striatum řídí komplexní vzorce pohybové aktivity výběr nejvhodnějších sekvencí pohybu řídí směr a amplitudu volních pohybů neurony striata jsou aktivní před započetím pohybu programování pohybů rozhoduje o tom, které chování bude prováděno a které potlačeno chování je vyjádřeno pohyby a ty jsou důsledkem činnosti motivačních, emočních a paměťových center
AP v bazálních gangliích
Okruhy bazálních ganglií kaudátový okruh - kognitivní funkce putamenový okruh exekutivní funkce
Kaudátový okruh vstupy: z asociačních oblastí mozkové kůry (prefrontální, parieto-occipito-temporální) integrace senzorických a motorických informací nucleus caudatus globus pallidus internal ventroanteriorní a ventrolaterální talamus výstupy: prefrontální, premotorická a suplementární motorická kůra
Putamenový okruh vstupy: z premotorické kůry, suplementární motorické kůry a somatosenzorické kůry putamen globus pallidus internal ventoanteriorní a ventrolaterální jádra talamu výstupy: primární motorická kůra, premotorická kůra, suplementární motorická kůra
Okruhy - shrnutí
Spoje bazálních ganglií +glu Globus pall. ext. - GABA Subtalamické jádro - GABA +glu Mozková kůra +glu Striatum - GABA Globus pall. Int./SN PR - GABA Talamus dopamin SN PC
3 fáze volních pohybů 1. Motivace a plány asociační oblasti mozkové kůry 2. Motorický plán suplementární motorická a premotorická kůra Výběr svalů, které budou aktivovány Odhad síly kontrakce V jakém pořadí se zapojí jednotlivé svaly 3. Pokyn k provedení primární motorická kůra descendentní dráhy vedoucí k motoneuronům míchy Plánování a provedení je kontrolováno bazálními ganglii a mozečkem
Emoce Mediální Motivace PF kůra Orbitální Kognitivní funkce PF kůra Dorsolat. PF kůra Premotor. Nucleus caudatus Thalamus Plánování pohybů Provedení pohybů kůra Motorická kůra Putamen Pallidum Mícha
Poruchy bazálních ganglií experimentální léze málo projevů, onemocnění u člověka výrazné hyperkinetické projevy: chorea (putamen, NC), atetóza (GP), balismus (ncl. subthalamicus) hypokinetické projevy: akinesie, bradykinesie Huntingtonova nemoc, Parkinsonova nemoc
Galén (100) Thalamus
Úvod přepojovací stanice ascendentních aferentních drah do mozkové kůry, součást BG i LS oboustranné vztahy s kůrou i s podkorovými strukturami (RF, BG, kmen, mozeček, hypothalamus, mícha) brána vědomí integrační centrum motoriky, senzoriky a autonomních funkcí anatomické rozdělení thalamu je tvořeno lamelou bílé hmoty lamina medullaris interna (písmeno Y) anatomicky 3 základní skupiny jader - mediální, laterální a přední skupinu jader
Thalamická jádra
Funkční dělení jader 1. specifická a) somatosenzorická b) motorická jádra mají somatotopické uspořádání c) u specifických senzorických jader je rovněž topická organizace přepojovaných informací v CGL je retinotopická organizace neuronů v CGM je tonotopická organizace neuronů 2. nespecifická 3. asociační
Specifická motorická jádra Nucleus ventralis anterior (VA) dostává aferentaci z globus pallidus a zprostředkuje projekci do premotorického kortexu (area 6) Nucleus ventralis lateralis (VL) aferentace z mozečku (ncl. dentatus ) a BG (globus pallidus) výstup: primární motorická kůra (area 4)
Specifická somatosenzorická j. Ventrobazální komplex Nucleus ventralis posterolateralis (VPL) vstup: tractus spinothalamicus (hrubé kožní čití, bolest a čití chladu a tepla z trupu a končetin ) a cestou lemniscus medialis (diskriminační kožní čití, tlak a vibrace z trupu a končetin) výstup: primární somatosenzorická kůra (arey 3,1,2) Nucleus ventralis posteromedialis (VPM) vstup: tractus trigeminothalamicus (čití z oblasti hlavy), a pro chuťové informace, které přijímá z nucleus solitarius výstup: primární somatosenzorická kůra (arey 3,1,2)
Specifická senzorická jádra Zadní skupina jader Nucleus corporis geniculati lateralis aferentace z retiny cestou tractus opticus a má reciproční spojení s primární zrakovou kůrou (area 17) Nucleus corporis geniculati medialis podkorové jádro sluchové dráhy, aferentace cestou lemniscus lateralis a z colliculi inferiores axony neuronů CGM projikují do primárních sluchové kůry (Heschlovy závity, area 41 a 42) a do colliculi inferiores
Nespecifická jádra I vstupy: z retikulární formace mozkového kmene, jiných jader thalamu a z jader předního části limbického systému výstupy: do všech korových oblastí difúzně podílejí se na aktivaci mozkové kůry tonus, úroveň bdělosti, směrování pozornosti, (EEG)
Nespecifická jádra II jsou součástí retikulární formace: nucleus reticularis nucleus intralaminaris nucleus medianus nucleus parafascicularis aferentace z RF mozkového kmene a jiných thalamických jader, integrují aktivitu jader thalamu projikují do striata (nucleus caudatus a putamen) a do limbické kůry (uvědomování si podnětů bez jejich specifické kvality, ale silně spojené s emotivní odpovědí, zvláště bolest)
Asociační jádra integrují rozmanité somatosenzorické a senzorické informace a výsledné impulsy předávají asociačním oblastem mozkové kůry nuclei pulvinares nucleus lateralis dorsalis nucleus lateralis posterior mají reciproční spoje s parieto-temporo-occipitální kůrou nuclei anteriores funkčně součást LS mají reciproční spoje s corpora mamillaria a s gyrus cinguli (limbický systém)