Basala ganglier och cerebellum

Detta inlägg behandlar följande kursmål:

• Redogöra för lillhjärnans, thalamus och basala gangliernas anatomi och funktion samt deras samverkan med andra strukturer i CNS och deras roll i motorisk kontroll

---

Basala ganglier

Grupp av djupa kärnor i cerebrum som är associerade med cortex cerebri och många olika funktioner, exempelvis kontroll av rörelse och emotioner.

• Striatum (Neostriatum)
  • Putamen
  • Nucleus caudatus
• Globus pallidus
  • Pars externa (GPe)
  • Pars interna (GPi)
• Substantia nigra, innehåller dopaminproducerande nervceller.
  • Pars reticulata (SNpr)
  • Pars compacta (SNpc)
• Nucleus subthalamicus

Den huvudsakliga funktionen hos basala ganglier är att hålla våra rörelser under kontroll. Detta gör dem genom hämmande reglering av aktivitet hos motoriska thalamus. Vid initiering av viljemässig rörelse avbryter de basala ganglierna sin hämning av thalamus, vilket tillåter rörelsen att ske.

De basala ganglierna reglerar rörelse på två olika sätt:

• Direkta vägen, faciliterar initiering av viljemässig rörelse.
  1. Vid initiering av rörelse skickar motorcortex stimulerande signaler till striatum
  2. Striatum skickar inhiberande signaler till GPi, vilket motverkar dess toniskt inhiberande signalering till VA/VL i thalamus
  3. VA/VL ökar sin stimulerande signalering till motorcortex, vilket amplifierar aktivitet som kommer att driva muskelkontraktion
• Indirekta vägen, motverkar ofrivillig rörelse.
  1. Motorcortex skickar stimulerande signaler till striatum, som sedan skickar inhiberande signaler till GPe
  2. GPe minskar sin toniskt hämmande signalering till nc. subthalamicus
  3. Nc. subthalamicus ökar sin stimulerande signalering till GPi, vilket ökar dess hämmande signalering till VA/VL i thalamus
  4. VA/VL i thalamus minskar sin signalering till motorcortex, vilket minskar aktivitet som driver muskelkontraktion

SKRIV OM OVAN

Dopamin, signalsubstans som produceras i substantia nigra pars compacta och verkar på neuron med metabotropa dopaminreceptorer som utgår från striatum. Dopamin har en faciliterande effekt för frivillig rörelse eftersom det påverkar både den direkta och indirekta vägen med motsatt effekt, eftersom det finns två typer av dopaminreceptorer som utgår från striatum:

• D1-receptor, stimulerar den direkta vägen (exciterande effekt på neuron)
• D2-receptor, hämmar den indirekta vägen (hämmande effekt på neuron)

Vid intag av droger som kokain eller ecstasy utsöndras stora mängder dopamin i hjärnan. Detta leder till att den direkta vägen stimuleras kraftigt, medan den indirekta vägen hämmas. Därmed får personen förbättrad kontroll över viljemässig rörelse, till exempel dans, medan de får försämrad kontroll över ofrivillig rörelse, till exempel tandgnisslande.

Patologi

Parkinsons sjukdom, hypokinetisk sjukdom som orsakas av degeneration i substantia nigra, vilket minskar mängden dopamin som utsöndras. Därmed stimuleras den indirekta vägen, medan den direkta vägen hämmas, vilket leder till ökad tonisk inhibering från GPi till thalamus och därmed minskad stimulerande signalering till motorcortex. Till följd får man svårigheter att initiera och avsluta frivillig rörelse, vilket ger svårigheter att byta rörelsemönster, samt att undertrycka ofrivilliga rörelser, vilket leder till tremor.

L-dopa

Huntingtons sjukdom, hyperkinetisk sjukdom som orsakas av degeneration av D2-receptorer. Därmed hämmas den indirekta vägen, vilket leder till minskad tonisk inhibering från GPi till thalamus och därmed ökad stimulerande signalering till motorcortex. Detta leder till svårigheter att undertrycka ofrivilliga rörelser.

Cerebellum

Del av hjärnan med flera funktioner:

• koordinerar pågående rörelse
• koordinerar pågående sekventiella kognitiva processer
• upprätthåller hållning utifrån sensorisk feedback, till exempel balans
• motorisk inlärning, till exempel cykling

Cortex cerebelli delas in i tre funktionella zoner:

• Spinocerebellum, inkluderar vermis och pars intermedia (mellan vermis och varje hemisfär). Ansvarar för koordination av armar och ben. Tar emot information från ryggmärgen.
• Cerebrocerebellum, inkluderar lateral del av varje hemisfär. Ansvarar för koordination av finmotorik och är involverad i motorisk inlärning. Tar emot information från cerebrum, bearbetar den och skickar sedan tillbaka informationen.
• Vestibulocerebellum, inkluderar flocculus och nodulus. Ansvarar för balans genom kontroll av muskler i ryggen och nacken. Tar emot information från innerörat.

Cerebellum ansluter sig till resten av centrala nervsystemet via tre pedunklar:

• Superiora pedunkeln (brachium conjunctivum), efferent information från cerebellum till cerebrum och hjärnstammen.
• Mediala pedunkeln (brachium pontis), afferent information från pons till cerebellum.
• Inferiora pedunkeln, bidirektionell anslutning mellan cerebellum och medulla oblongata–ryggmärgen, men gäller främst afferent information från ryggmärgen till cerebellum.

Djupa kärnor i cerebellum (medialt till lateralt):

1. Nucleus fastigii
2. Nucleus globosus
3. Nucleus emboliformis
4. Nucleus dentatus

Projektionsneuron, kallas den celltyp som förekommer i de djupa cerebellära kärnorna.

MINNESREGEL
”Fastän globen är en boll med tänder”
”Don’t Eat Greasy Food”

Histologi

Cortex i cerebellum består av tre lager (inifrån och ut):

1. Granulalager (Lamina granulosum), innehåller rikligt med granuleceller och interneuron, huvudsakligen golgiceller. Detta lager tar emot mekanosensorik och proprioception från ryggmärgen, signaler från balanskärnor och kärnor för motorik i hjärnstammen samt signaler från kärnor i pons.
2. Purkinjecellager (Lamina ganglionare), tunt skikt som innehåller cellkroppar från purkinjeceller.
3. Molekylärlager (Lamina moleculare), innehåller dendritträd från purkinjeceller som penetreras av parallella fibrer. Dessutom innehåller detta lager två typer av inhibitoriska interneuron: stellatceller och basketceller. Dessa synapsar med dendriter från purkinjeceller.

Det finns olika typer av celler i cerebellum:

• Purkinjecell, toniskt aktiv inhibitoriskt neuron med stort dendritträd som sträcker sig till molekylärlagret, men breder endast ut sig i ett plan, vinkelrätt mot parallella fibrer.
• Granulecell (cerebellär), tar emot excitatorisk input från mossfibrer och projicerar sitt axon upp till molekylärlagret där det delar sig som ett T, som sedan kallas parallella fibrer. Dessa bildar excitatoriska synapser med purkinjecellernas dendriter.
• Golgicell, tar emot signaler från parallella fiber och ger tillbaka inhibitorisk feedback till den granulecell som de tillhör.
• Basketcell, befinner sig i molekylärlagret och förser purkinjeceller med inhibitorisk input, via synaps med initialt segment av dess axon.
• Stellatcell, analog funktion till basketcell, men ger inhibitorisk input via synaps med purkinjecellens dendriter.

Information till cerebellum (input) förmedlas av två typer av fiber:

• Mossfiber, förmedlar information från cortex cerebri via kärnor i pons och från vestibulära kärnor i pons och medulla oblongata, till granuleceller i cortex cerebelli samt djupa cerebellära kärnor.
• Klätterfiber, förmedlar information från nuclei olivares inferiores till purkinjeceller i cortex cerebri samt djupa cerebellära kärnor. Får sitt namn från att de klättrar längs purkinjecellernas dendriter.

Kretsar

Inflöde från	Via pedunkel	Till zon
Ryggmärg	Inferiora	Spinocerebellum
Vestibulära kärnor	Inferiora	Vestibulocerebellum
Kärnor i pons	Mediala	Cerebrocerebellum

Cerebellum behandlar endast ipsilateral information, därför måste det ske en överkorsning när informationen förmedlas mellan cerebellum och cerebrum.

Cerebellum aktiverar inte nedre motorneuron direkt, utan dess utsignal riktas mot kretsar som tillhör övre motorneuron, exempelvis genom att interagera med kärnor i thalamus.

Utflöde från	Genom kärna	Till
Cerebrocerebellum	Dentatus	Premotorcortex (motorisk planering)
Spinocerebellum	Fastigii, globosus och emboliformis	Motor cortex och hjärnstam (utföra rörelser)
Vestibulocerebellum	Vestibulära kärnor	Nedre motorneuron i ryggmärg och hjärnstam (balans och vestibulo-okulär reglering)

Plasticitet

Inlärning i cerebellum sker på motsatt sätt jämfört med i cortex cerebri, där synapser mellan neuroner som aktiveras med hög frekvens stärks. Eftersom purkinjecellen är inhibitorisk används istället försvagning av synapser, vilket ger en förstärkt motorsignal.

Long-Term Depression (LTD), minskad synapsvikt mellan purkinjeceller och parallella fibrer, vilket stärker kopplingen mellan djupa cerebellära kärnor och övre motorneuron. Sker när lågfrekvent stimulering av klätterfibrer kombineras med aktivering av parallella fibrer.

Patologi

Ataxi, koordinationsstörning orsakad av en skada i cerebellum eller intilliggande områden. Till exempel tremor eller oförmåga att utföra snabba, repetitiva rörelser.