大脳基底核回路
大脳基底核は、脳内の構造の集合的なグループです。これらには、線条体 (被殻と尾状核からなる)、淡蒼球、黒質、視床下核が含まれます。大脳基底核は、他の構造とともに、随意運動機能に不可欠な回路の一部です。大脳基底核の主な機能は、大脳皮質からの投射を統合し、視床を介して運動皮質に情報を投射することであると以前は考えられていた。新しい研究は、大脳基底核が、皮質領域から始まり、大脳基底核を横断し、前頭葉の特定の領域で終わる平行なリエントラントの皮質-皮質下回路の構成要素のグループとしてモデル化できることを示しています。これらの領域は運動機能だけでなく、眼球運動領域、前頭前野、連合領域、および大脳辺縁系の領域も制御すると考えられています。これらの回路を理解することで、大脳基底核障害の理解に画期的な進歩がもたらされました。
ダイレクトパス
すべての回路の中で、運動回路は運動障害における重要性から最も研究されています。運動回路の直接的なルートは、大脳皮質から被殻への投射が、淡蒼球の内節 (GPi、GP 内側とも呼ばれる) または黒質、網状部 (SNr) に直接移動し、その後、腹側前核（VA）から視床腹側外側核（VL）、そして脳幹まで。この経路を通じて、大脳基底核は、上位運動ニューロンを駆動する視床ニューロンを脱抑制することによって自発的な運動を開始することができます。このプロセスは、線条体からSNc上のドーパミン受容体D1に分泌されるドーパミンによって調節されます。ドーパミンは直接経路で線条体ニューロンを興奮させます。線条体からのドーパミンの適切な放出は、視床ニューロンの活動の増加に必要な大脳基底核の出力を抑制するために不可欠です。視床核におけるこの活動は、随意運動に不可欠な部分です。
間接パス
運動回路の間接的なルートは、皮質から被殻に伝わり、淡蒼球（GPe）の外節を通過し、視床下核（STN）を通過して視床および脳幹に間接的に到達すると考えられています。淡蒼球の内節（GPi）。間接パスは移動の終了を担当します。間接経路は、他の GPi ニューロンと SNr ニューロンへの興奮性入力を同時に増加させることで、不要な動きを抑制します。直接経路と同様に、間接経路も線条体ドーパミンによって調節されます。 D2 ドーパミン受容体は、間接経路を介した伝達を阻害します。 D2 受容体は、間接的な抑制経路を通じて線条体ニューロンを阻害します。間接経路に対するドーパミンのこの抑制効果は、大脳基底核の出力を低下させ、運動ニューロンの脱抑制をもたらすという点で、直接経路に対する興奮効果と同じ機能を果たします。
関連する障害
運動低下障害
運動低下障害は、運動能力が制限されていると言われる運動障害です。これは一般に、大脳基底核の出力が正常よりも高く、視床皮質運動ニューロンの阻害を引き起こすことに起因すると考えられています。
パーキンソン病
パーキンソン病の基本的な運動症状である筋肉の固縮、安静時振戦、運動の開始と実行の遅延は、大脳基底核の運動野、特に被殻のドーパミン作動性活動が徐々に低下することによる低下に起因すると考えられています。黒質の緻密部からの神経支配。その他の運動障害や、自律神経機能障害、認知障害、歩行・平衡感覚障害などのパーキンソン病に共通する非運動機能は、脳幹下部から始まり中脳、扁桃体、視床、脳幹に至る広範な進行性の病理学的変化によって生じると考えられています。最後は大脳皮質まで上がります。
多動性障害
多動性障害は、制御不能な運動能力の増加を特徴とする運動障害です。それらは、大脳基底核の出力の減少によって引き起こされ、その結果視床皮質の機能が増加し、その結果、不要な動きを止めることができなくなります。
ハンチントン病
ハンチントン病は、行動、認知の欠陥、および制御できない急速でぎくしゃくした動きを引き起こす遺伝性疾患です。 ハンチントン病は、染色体 4p に位置する遺伝子の拡張された CAG リピートからなる欠損によって引き起こされます。ハンチントン病患者の大脳基底核では、ミトコンドリア経路である複合体 II-III の活性が低下していることが証明されています。このような欠損は、大脳基底核の変性と関連していることがよくあります。 GPe に投射する線条体ニューロンのこの変性は、間接経路の脱抑制、STN の抑制の増加、したがって大脳基底核の産生の減少をもたらします。神経変性は最終的に 10 ～ 20 年以内に死につながります。
ジストニア
ジストニアは、不随意運動と意図的な運動の遅延を特徴とする多動性運動障害です。代謝異常、血管異常、構造異常などのジストニアの原因はわかっていますが、原因が特定できないジストニア患者も依然として存在します。ジストニアは、運動亢進性障害として、またはパーキンソン病などの運動低下性障害の副作用として発生することがあります。最近まで、ジストニアは被殻と GPi の間の直接経路の極度の機能不全によって引き起こされる可能性が高いと考えられていました。ここでもまた、この機能不全が視床への大脳基底核の出力の減少をもたらし、その結果、運動前野および運動皮質への視床投射の脱抑制が増加すると仮定された。 。しかし、より新しいマウスモデルでは、小脳の機能不全がジストニアにおいて同様に重要な役割を果たしている可能性があることが示されています。 。
ヘミバリズム
半球症は、体の片側が制御不能な動きを引き起こす多動性運動障害です。これは通常、視床下の視床下核（STN）の損傷によって引き起こされます。淡蒼球の内節（GPi）はSTNと視床突起の間の回路のリンクであるため、淡蒼球形成によるGPiの局所的な脳細胞の破壊は片側弾道症の有効な治療法であることが証明されている。
その他の大脳基底核疾患
以下の疾患は、通常、大脳基底核が関与するものですが、運動低下性または運動亢進性のいずれかに明確に分類できません。
トゥレット症候群/強迫性障害
トゥレット症候群は、行動チックおよび運動チック、OCD、および注意欠陥多動性障害 (ADHD) を特徴とする障害です。このため、大脳辺縁系、連合回路、および大脳基底核の運動回路に関わる病状の可能性が高いと一般に考えられています。トゥレット症候群や OCD などの症候群は、大脳基底核回路の非運動ループの機能不全によって引き起こされることが認識されて以来、もともと運動障害を治療するために開発された治療法に基づいて、これらの障害に対する新しい治療法が開発されています。
シデナム舞踏病
シデナム舞踏病は、主に顔、手、足に影響を与える、急速で協調性のないぎくしゃくした動きを特徴とする症状です。これは、大脳基底核の線条体の細胞を破壊する、グループ A β 溶血性連鎖球菌による感染後に起こる自己免疫反応の結果です。
石灰化
生理的な頭蓋内石灰化は約 0.3 ～ 1.5% の人に発生します。 ファール病は、主に大脳基底核における異常なカルシウム沈着を特徴とする、まれな遺伝優性の遺伝性神経疾患です。
パンダ
PANDAS は、急速に発症する強迫性障害 (OCD) またはチック障害を持つ小児のサブグループが存在し、これらの症状はグループ A ベータ溶血性連鎖球菌 (GABHS) 感染によって引き起こされるという仮説です。感染症とこれらの疾患との関連性は、GABHS 感染に対する最初の自己免疫反応によって大脳基底核の機能を破壊する抗体が生成され、症状の悪化につながるという考えが提唱されています。この自己免疫反応が広範囲の精神神経症状を引き起こす可能性があることが示唆されています。
治療研究
遺伝子治療
大脳基底核障害の多くは、局所領域の機能不全が原因です。このため、遺伝子治療は神経変性疾患に有用であると考えられます。遺伝子治療では、病気の表現型が新しい遺伝物質に置き換えられます。このプロセスはまだ初期段階にありますが、初期の結果は有望です。この治療法の例としては、体内でドーパミンに変換できるチロシンヒドロキシラーゼを発現するように遺伝子組み換えされた細胞の移植が考えられます。大脳基底核におけるドーパミンレベルの増加は、パーキンソン病の影響を相殺する可能性があります。
病変/切除
病変とは、治療目的で使用される特定領域の神経細胞の意図的な破壊です。これは危険に思えますが、運動障害のある患者では大幅な改善が達成されています。正確なプロセスには、通常、GPi の感覚運動領域の片側の損傷が含まれます。このプロセスは淡蒼球切除術と呼ばれます。運動障害の影響を軽減するための淡蒼球切除の成功は、GPi の異常なニューロン活動を遮断することからもたらされる可能性があると考えられています。このアブレーション技術は、回路の欠陥部分を単に除去するものとみなすことができます。回路の損傷した部分が取り除かれると、回路の健全な部分は正常に機能し続けることができます。
脳深部刺激
脳深部刺激中、定位手術を使用して電極が脳の感覚運動野に挿入されます。これらの電極は、移植領域に高周波刺激を与えます。対称的な結果を得るには、また、オフ期間の強度と期間を減らし、オン期間の期間を長くするために、両側移植が必要です。脳深部刺激移植に使用される最も効果的な構造は、内部淡蒼球 (GPi) と視床下核 (STN) です。これは、上位運動ニューロン回路のニューロン活動を直接変更するよりも、視床皮質核に対する大脳基底核の影響を変更する方が安全で効果的であるためです。脳深部刺激は、アブレーションなどの他の治療法よりも複雑なプロセスです。 STN 脳深部刺激の利点は、遠心性神経の活性化と視床皮質経路内を伝播する GPi の放電パターンの調節によるものであるという証拠があります。刺激プロトコルをカスタマイズできるため、大脳基底核回路の活動を変化させることができるため、この治療法にはさまざまな混乱が生じます。
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