Fyziologie středního mozku, bazálních ganglií a thalamu

1. Fyziologie středního mozku, bazálních ganglií a thalamu MUDr. Miloslav Franěk, Ph.D. doc. RNDr. Anna Yamamotová, CSc. Ústav normální, patologické a klinické fyziologie

2. Střední mozek • 2 cm úsek kmene mezi pontem a diencefalon • tektum, tegmentum, crura cerebri

3. Souhrn funkcí • zprostředkování některých reflexů (zornicový, startle reflex, vzpřimovací) • ascendentní a descendentní dráhy • substantia nigra (dopamin) • nucleus ruber (regulace svalového tonu)

4. 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)

5. 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

6. Lamina quadrigemina • lamina quadrigemina – je centrem úlekové reakce

7. Tegmentum - jádra

8. Jádra okohybných nervů • III. a IV. nerv – zornicový reflex • sfinkter (parasympatikus z III) a dilatátor (sympatikus) • přímá i konsenzuální • Edinger-Westphalovo jádro • 1.5 až 8 mm, světlo úměrné 2. mocnině průměru, změna tedy asi 30násobek

9. 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

10. 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

11. 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 kongici • ncl. accumbens: septum

12. Bazální ganglia

13. 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

14. striatum nucleus lentiformis Funkční členění Nucleus caudatus Putamen Globus pallidus Struktury středního mozku Substantia nigra Nucleus subthalamicus (Luysi) Amygdala, Nucleus accumbens

15. 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

16. Okruhy bazálních ganglií • kaudátový okruh - kognitivní funkce • putamenový okruh – exekutivní funkce

17. 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

18. Putamenový okruh • vstupy: z premotorické kůry, suplementární motorické kůry asomatosenzorické kůry • putamen • globus pallidus internal • ventoanteriorní a ventrolaterální jádra talamu • výstupy: primární motorická kůra, premotorickákůra, suplementární motorická kůra

19. Spoje bazálních ganglií Mozková kůra +glu +glu - GABA dopamin Globus pall. ext. SNPC Striatum - GABA - GABA +glu Subtalamické jádro Globus pall. Int./SNPR - GABA Talamus

20. 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

21. Huntingtonova nemoc

22. Parkinsonova nemoc

23. Thalamus

24. 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

25. Thalamická jádra

26. Funkční dělení jader • specifická a) somatosenzorická b) motorickájádra • mají somatotopické uspořádání c) u specifických senzorických jader je rovněž topická organizace přepojovaných informací • v CGL je retinotopická organizace neuronů • vCGM je tonotopická organizace neuronů 2. nespecifická 3. asociační

27. 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)

28. 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)

29. 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

30. Nespecifická jádra I • vstupy: z retikulární formace mozkového kmene, jiných jader thalamu a z jader předního limbického mozku • výstupy: do všech korových oblastí – difúzně • podílejí se na aktivaci mozkové kůry – tonus, úroveň bdělosti, směrování pozornosti, (EEG)

31. 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)

32. 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)