Роль холинергической системы стриатума в регуляции двигательного поведения
Основной возбудительный вход на холинергические интернейроны стриатума идет от глутаматергических нейронов парафасцикулярного ядра таламуса. Таламическая регуляция холинергических нейронов включает еще непрямой тормоз- ный компонент, обеспечиваемый аксональными коллатералями ГАМК-ергических шипиковых нейронов среднего размера, которые тоже иннервируются нейронами парафасцикулярного ядра (Zackheim, Abercrombie, 2005).
Показано, что введение ГАМКА антагониста бикукуллина в парафасцикулярное ядро, растормаживая его активность, значительно уменьшает концентрацию ацетилхолина (АЦХ) в диализате у интактных животных. Наоборот, при торможении парафасцикулярного ядра осуществляется прямое возбудительное влияние на выделение АЦХ. В отличие от данных, полученных на интактных животных, у животных с предварительным односторонним повреждением ДА нигростриатных путей введение бикукулли- на (селективного ГАМКА антагониста) в парафасцикулярное ядро значительно усиливало выделение АЦХ, независимо от одновременной блокады стриатных ГАМКА-рецепторов. Эти результаты свидетельствуют о качественных изменениях в тормозной таламической регуляции уровня АЦХ в стриатуме при недостатке в нем ДА. Такие изменения в холинергической передаче стриатума вызывают серьезные последствия для интегративной деятельности базальных ганглиев (Zackheim, Abercrombie, 2005). Не менее важным в организации двигательного поведения и его расстройств играет взаимодействие на уровне стриатума ДА и АЦХ. В опытах in vivo с использованием микродиализа введение агониста D2-рецепторов, квин- пирола, вызывало не только увеличение внеклеточной концентрации ДА в стриа- туме (на 26%), но и увеличение АЦХ (на 15%) (DeBoer et al., 1992). Известно, что холинергическая активность стриатума регулируется через D1- и D2-рецепторы (Civellietal, 1993). D2-рецепторы тормозят выделение стриатного АЦХ (Stoofe- tal, 1992), тогда как Dl-рецепторы усиливают его (Imperato et al., 1993). Имеется точка зрения, что регуляция АЦХ передачи в стриатуме осуществляется через D1-рецепторы, находящиеся в стриатуме и за его пределами (Abercrombie, DeBoer, 1997). Эта регуляция представляется в следующем виде (Abercrombie, DeBoer, 1997). Стимуляция D1-рецепторов черной субстанции, локализованных на тер- миналях ГАМК-ергических стрианигральных волокон, вызывает высвобождение ГАМК. В свою очередь торможение ГАМК-ергических ниграталамических проекционных нейронов приводит к растормаживанию таламокортикальной активности и усилению глютаматергических входов на стриатных холинэргических нейронах. В пользу высказанной точки зрения свидетельствует то, что высвобождение ДА в области сомато-дендритных синапсов усиливает таламокортикальную активность (Timmerman, Abercrombie, 1996), а введение антагониста NMDA-рецепторов (MK 801) в ходе обратного диализа в стриатуме ослабляет усиленное выделение АЦХ, вызванного системным введением агониста D1-рецепторов, CY 208-243 (Damsma et al., 1991).Таким образом, основными звеньями системы регуляции моторного поведения являются сенсомоторная кора, мозжечок, красное ядро и стриатум. Показано, что активность нейронов моторной коры коррелирует с разными параметрами движения, включая скорость, силу, направление, движения в суставах, конечное положение конечности. Микростимуляция моторной коры может вызывать сложные движения. Показано участие моторной коры в контроле позы и в обучении новой позе. Мозжечок играет существенную роль в моторном программировании. Латеральный мозжечок получает информацию о плане движения от ассоциативных областей коры и формирует программу движения, которая через зубчатые ядра и ядра таламуса передается на премоторную и моторную кору, где формируется нисходящая моторная программа, копия которой через нижнюю оливу поступает в промежуточную и медиальную области мозжечка, где она сравнивается с афферентной информацией. Считается, что мозжечок формирует внутреннюю модель тела и объектов окружающей среды, которая используется в процессе обучения.
Согласно «вычислительной гипотезе обучения», существует три вида обучения - обучение «с учителем», т.е. по обратной связи (supervised learning), обучение по подкреплению (reinforcementlearning) и обучение по ассоциации (unsupervised learning). Мозжечок играет существенную роль в обучении по обратной связи, оценивая текущую ошибку движения, тогда как функция базальных ганглиев связана, в основном, с выбором реакции для достижения максимума подкрепления (reinforcement learning). Моторная кора, согласно этой гипотезе, вовлечена в обучение по ассоциации. Показано, однако, что мозжечок, базальные ганглии и моторная кора вовлечены «в обучение с учителем» (supervised learning) в ситуации обучения произвольному контролю положения центра тяжести по зрительной обратной связи.Базальные ганглии являются частью экстрапирамидной системы мозга, участвующей в моторном контроле. Центральной структурой базальных ганглиев является стриатум, состоящий из 3 ядер. Прилежащее ядро, или nucleusaccumbens, относят к вентральному стриатуму. Nucleus caudatus, или хвостатое ядро, и рutamen, или скорлупа, относятся к структурам дорзального стриатума и составляют неостриа- тум. 95% всех нейронов дорзального стриатума - это средние звездчатые ГАМК- ергические нейроны. Остальные 5% - это интернейроны. Нехватка интернейронов в дорзальном стриатуме компенсируется специальным строением аксонов и дендритов средних звездчатых нейронов стриатума, что позволяет им участвовать в функционировании локальной сети.
Нейрональные системы головного мозга млекопитающих можно разделить на две категории: иерархические нейросетевые синаптические системы и паракрин- ные неспецифические, или диффузные несинаптические нейромодуляторные системы. К нейросетевым синаптическим системам относятся системы с ионотропными рецепторами: ГАМК, глутамат и никотиновая ацетилхолиновая; а к диффузным несинаптическим нейромодуляторным системам относятся системы с метаботропными рецепторами: норадреналин, дофамин, серотонин, мускариновая ацетилхолино- вая и нейропептиды.
Звездчатые нейроны неостриатума получают возбуждающую глутаматергическую синаптическую информацию через AMPA, каинатные и NMDA -рецепторы, локализованные на дендритном дереве средних звездчатых нейронов, практически из всех областей неокортекса. Сами звездчатые нейроны - ГАМК-ер- гические, то есть используют ГАМК как передающий информацию медиатор. Средние звездчатые нейроны хвостатого ядра и скорлупы морфологически идентичны, но отличаются нейрохимически. Одна популяция этих нейронов содержит ГАМК, динорфин и вещество P как котрансмиттеры и преимущественно экспрессирует Dl-рецепторы. Эти нейроны посылают аксоны во внутренний паллидум (ГПв) и в ретикулярную часть черной субстаниции (ЧСрч). Они дают начало прямому пути, который, тормозя интернейроны локальной сети таламуса, активируют нейроны таламокортикального входов. Вторая популяция средних звездчатых нейронов содержит ГАМК и энкефалин как котрансмиттер и преимущественно экспрессирует D2-рецепторы. Эти нейроны проецируются к внешнему паллидуму (ГПвне), дают начало непрямому пути и тормозят нейроны таламокортикального входа. В том случае, когда непрямой ГАМК-ергический путь оканчивается на нейронах ретикулярного ядра таламуса, ингибирование этих нейронов вызывает пачечную активность и осцилляции в таламо-кортикальных нейронах (burst neurons). Причиной этой реакции является то, что в нейронах ретикулярного ядра таламуса (РЯТ) и соматосенсорной коры локализованы два потенциал-зависимых канала: Ih-канал и низкопороговый Са2+-канал T-типа (ICa2+T), активируемые гиперполяризацией.Известно, что ДА-нейроны среднего мозга объединены в три группы клеток: А8, А9 и А10. Терминали этих групп нейронов формируют проекции, которые образуют нигростриатную и мезокортиколимбическую ДА-ергические системы мозга. Нигростриатная система формируется в основном нейронами группы А9, тела которых расположены в компактной части черной субстанции. Терминали аксонов этих нейронов заканчиваются в области хвостатого ядра или неостриатума.
Мез- окортиколимбическая ДА-ергическая система в большей своей части формируется телами нейронов А10. Аксоны мезокортиколимбической ДА-системы оканчиваются в вентральной части стриатума - прилежащем ядре, обонятельных бугорках, центральном и базолатеральном ядрах миндалевидного комплекса, перегородке, гиппокампе, префронтальной, передней цингулярной, энторинальной, периформ- ной корковых областях и в глубоких слоях фронтальной коры.Нигростриатная ДА-система модулирует активность синаптических входов и выходов звездчатых нейронов дорзального стриатума через индукцию внутриклеточных сигналов (вторичные посредники и процессы фосфорилирования и дефосфорилирования) ДА-рецепторами и контролем активности ГАМК и глутаматерги- ческих ионотропных рецепторов средних звездчатых нейронов, которые в свою очередь активируют таламокортикальные сети и регулируют моторное поведение животных и человека. Мезокортиколимбическая ДА-система формирует эмоциональные и мотивационные состояния, участвующие в процессах подкрепления. Одной из ключевых структур мезокортиколимбической ДА-системы является прилежащее ядро (nucleusaccumbens), которое относят к вентральному стриатуму. Прилежащее ядро состоит из двух групп клеток: сердцевина - (core) и оболочка - (shell). В эмоционально положительных реакциях и в подкреплении участвуют обе части этого ядра. Кроме того, предполагается, что сердцевина прилежащего ядра совместно с неостриатумом участвует в реализации и контроле целенаправленного поведения. Оболочка прилежащего ядра, получая иннервацию от ДА клеточных групп А10, ассоциирована с лимбической системой. Сердцевина прилежащего ядра получает глутаматергический вход из префронтальной коры (следующая ключевая структура реакции подкрепления), таламуса, гиппокампа и амигдалы. У крыс описаны прямые и непрямые проекции из сердцевины прилежащего ядра в ретикулярную часть черного вещества и вентральный паллидум. В ретикулярную часть черного вещества и в бледный шар идут проекции из дорзального стриатума.
Таким образом, ДА-систе- ма вентрального стриатума (мезокортиколимбическая) взаимодействует с ДА-сис- темой дорзального стриатума (нигростриатная) на уровне ретикулярной части черного вещества и вентрального паллидума и регулирует таламокортикальные сети через ГАМК-ергическую систему. Необходимо добавить, что это взаимодействие контролируется префронтальной корой. Это и может быть структурной основой для реализации целенаправленного мотивированного моторного поведения, в частности - с выбором правильной реакции для получения подкрепления.Предполагается, что топографические отношения между корой головного мозга и стриатумом обеспечивают базу для изоляции функционально различных сетей в базальных ганглиях. Эти циркулирующие сети включают соматомоторные, глазодвигательные, познавательные и лимбические связи. Внутри каждой сети предполагается наличие подсети, причем таким образом, чтобы у первичной моторной коры и премоторной коры были неидентичные связи со структурами базальных ганглиев. Аналогично, дорзолатеральные и орбитолатеральные сети обладают особыми соединительными паттернами. Мы полагаем, что наличие параллельных разделенных сетей позволяет также понять механизм стереотипного поведения, такого как стереотипия круговых движений, челночных движений, жевания, лизания и тому подобное. К такому роду стереотипии можно отнести и реакцию самостимуляции, которая возникает в определенных условиях, при активации префронтальной коры и прилежащего ядра, структуры вентрального стриатума.
Хотя топография и соматотопия подразумевают определенную степень параллельной организации, существуют также конвергенция и дивергенция в кортико- стриатных проекциях. Большие дендритные области средних звездчатых нейронов позволяют им получать вход от смежных проекций, которые приходят из различных областей коры. Входы больше чем от одной корковой области перекрываются, и вход от одиночной корковой области проецируется дивергентно к многочисленным зонам стриатума. Эта сходящаяся и расходящаяся организация служит анатомической основой для интеграции и преобразования информации от нескольких областей коры головного мозга, в том числе и при условнорефлекторном обучении. Эти дивергентые и конвергентные связи могут интегрировать разные представительства в коре мозга, в том числе и представительства условного и безусловного раздражителей.
4.
Еще по теме Роль холинергической системы стриатума в регуляции двигательного поведения:
- Регуляция моторного поведения
- Структурная организация моторного контроля
- Роль холинергической системы стриатума в регуляции двигательного поведения
- Заключение
- Заключение