Basala ganglier
Striatum utgör den huvudsakliga ingångsstationen (input nucleus) i de basala ganglierna. Det är en subkortikal struktur som ligger djupt inne i storhjärnan (telencephalon), under hjärnbarken (cortex cerebri). Anatomiskt består striatum av nucleus caudatus och putamen. Putamen tar emot signaler från hjärnbarken och skickar dem vidare till andra delar av de basala ganglierna, där signalerna bearbetas för att reglera och finjustera viljestyrda rörelser. Striatum har även betydelse för bland annat inlärning, motivation och målinriktat beteende. Tillsammans med globus pallidus bildar nucleus caudatus och putamen det anatomiska området corpus striatum, även kallat den strimmiga kroppen.
Det är till striatum som de flesta nervsignaler från hjärnbarken (cortex cerebri) först skickas för att bearbetas innan informationen förs vidare genom de basala gangliernas olika nervkretsar. Signalerna tas huvudsakligen emot av medium spiny neurons (MSN), som delas in i D1-MSN och D2-MSN beroende på vilka dopaminreceptorer de uttrycker. I den direkta banan frisätter D1-MSN den hämmande signalsubstansen GABA till globus pallidus internus (GPi). Detta minskar GPi:s toniska hämning av thalamus, vilket leder till att thalamus skickar fler excitatoriska (glutamaterga) signaler till motorcortex. Resultatet blir en ökad aktivering av motorcortex och ett underlättande av viljestyrda rörelser.
I den indirekta banan frisätter D2-MSN GABA till globus pallidus externus (GPe). Detta leder via nucleus subthalamicus (STN) till en ökad aktivitet i GPi, som då förstärker sin hämning av thalamus. Resultatet blir att oönskade eller konkurrerande rörelser dämpas, vilket bidrar till att rörelserna blir mer precisa och välkontrollerade. Exempel på oönskade rörelser kan vara ofrivilliga eller felaktiga muskelaktiveringar som skulle kunna störa den avsedda rörelsen.
Nucleus caudatus tar emot excitatoriska glutamatsignaler och har kopplingar till flera områden i hjärnbarken, bland annat prefrontala cortex och somatosensoriska cortex. Dess centrala uppgift är att bidra till initiering och reglering av viljestyrda rörelser, men den deltar även i beslutsfattande, inlärning, arbetsminne, uppmärksamhet och målinriktade beteenden. Nucleus caudatus tar samtidigt emot dopaminsignaler från substantia nigra pars compacta (SNc), vilka reglerar aktiviteten hos medium spiny neurons (MSN), som utgör den dominerande nervcellstypen i nucleus caudatus. Dessa neuron använder GABA som signalsubstans och delas huvudsakligen in i D1-MSN, som främst ingår i den direkta banan, och D2-MSN, som främst ingår i den indirekta banan.
Efter att informationen har bearbetats skickar nucleus caudatus inhibitoriska GABA-signaler vidare, främst till globus pallidus internus (GPi), globus pallidus externus (GPe) och substantia nigra pars reticulata (SNr). Genom dessa kopplingar reglerar nucleus caudatus aktiviteten i de basala gangliernas nätverk och påverkar vilka signaler som når thalamus. Thalamus för sedan informationen vidare till hjärnbarken, där den bidrar till planering, initiering och finjustering av viljestyrda rörelser samt andra kognitiva funktioner.
Globus pallidus internus (GPi) fungerar tillsammans med substantia nigra pars reticulata (SNr) som den huvudsakliga utgångsstationen (output nucleus) i de basala ganglierna. GPi skickar kontinuerligt inhibitoriska GABA-signaler till thalamus och reglerar därmed hur mycket information som förs vidare till hjärnbarken. När den direkta banan aktiveras hämmas GPi av striatum, vilket minskar GPi hämning av thalamus. Thalamus kan då skicka fler excitatoriska glutamatsignaler till motoriska områden i hjärnbarken, vilket underlättar initiering och utförande av önskade rörelser.
Globus pallidus fungerar därför som ett viktigt regleringscentrum som avgör vilka motoriska signaler som ska förstärkas och vilka som ska hämmas. Genom samspelet mellan den direkta och den indirekta banan säkerställs att rörelser blir precisa, välkoordinerade och anpassade till situationen. Utöver motorisk kontroll deltar globus pallidus även i de basala gangliernas kretsar för kognition, motivation och emotion, eftersom dessa nätverk använder liknande principer för informationsbearbetning.
Skador eller störningar i globus pallidus kan leda till betydande motoriska symtom. Vid Parkinsons sjukdom leder dopaminbrist till ökad aktivitet i GPi, vilket medför en kraftigare hämning av thalamus. Detta bidrar till symtom som bradykinesi (långsamma rörelser), rigiditet och svårigheter att initiera rörelser. Vid andra neurologiska sjukdomar, såsom Huntingtons sjukdom, påverkas i stället den indirekta banan, vilket kan resultera i ofrivilliga och överdrivna rörelser. Globus pallidus är därför en viktig struktur både för normal motorisk funktion och vid flera neurologiska sjukdomstillstånd.
Substantia nigra pars reticulata (SNr) fungerar som en broms som förhindrar att onödiga rörelser släpps fram. Genom dessa kopplingar bidrar SNr till att reglera viljestyrda rörelser och ögonrörelser samt till att undertrycka oönskade rörelser. SNr påverkas indirekt av dopamin från substantia nigra pars compacta (SNc), som reglerar aktiviteten hos D1- och D2-MSN i striatum. På så sätt bidrar SNr även till att rörelser kan utföras på ett mjukt och välkoordinerat sätt.
SNr ligger i mesencephalon (mitthjärnan) och utgör tillsammans med substantia nigra pars compacta (SNc) substantia nigra. SNr består främst av GABA-producerande nervceller och fungerar som en utgångsstation från de basala ganglierna. Den tar främst emot signaler från D1-MSN i striatum och skickar hämmande signaler vidare till bland annat thalamus och colliculus superior. Ansvara för att reglera rörelser och kontroll av ögonrörelser. Substantia nigra pars reticulata (SNr) och de basala ganglierna hjälper till att hålla tillbaka motoriska program som inte ska aktiveras.
Substantia nigra pars compacta (SNc) ligger också i mesencephalon och består av dopaminproducerande nervceller. SNc skickar dopamin till striatum och reglerar aktiviteten hos både D1- och D2-MSN. SNc ansvarar för motivation, inlärning av nya beteenden, att förstärka handlingar som leder till belöning.
Nucleus subthalamicus (STN) är en liten men mycket viktig kärna i de basala ganglierna. Den ligger i diencephalon (mellanhjärnan), under thalamus och ovanför substantia nigra. STN är speciell eftersom den är en av få delar i de basala ganglierna som använder glutamat som signalsubstans. Det innebär att den har en exciterande (stimulerande) funktion och aktiverar framför allt globus pallidus internus (GPi) och substantia nigra pars reticulata (SNr). Genom dessa kopplingar fungerar STN som en bromsmekanism för oönskade rörelser och hjälper hjärnan att kontrollera och finjustera motoriken.
Nucleus accumbens är en del av ventrala striatum och ligger i telencephalon (storhjärnan) där nucleus caudatus och putamen möts. Nucleus accumbens fungerar som en viktig kopplingsstation mellan känslor, motivation, belöning och handlingar. Dess främsta uppgift är att hjälpa hjärnan att avgöra om en handling är värd att utföra och att skapa motivation att uppnå ett mål.
Den tar emot signaler från amygdala, som förmedlar känslor, och hippocampus, som bidrar med minnen och tidigare erfarenheter. Dessutom får nucleus accumbens dopaminsignaler från ventrala tegmentområdet (VTA). Dopamin reglerar aktiviteten hos de medium spiny neurons (MSN) som finns i nucleus accumbens och påverkar motivation, belöning och inlärning. Den består huvudsakligen av GABA-producerande medium spiny neurons (MSN) och skickar signaler vidare till ventrala pallidum. MSN delas in i D1-MSN och D2-MSN. Dessa nervceller bearbetar inkommande information och skickar därefter hämmande GABA-signaler främst till ventrala pallidum. Därifrån förs signalerna vidare till thalamus och tillbaka till prefrontala cortex, där de påverkar planering och genomförande av målinriktade handlingar.
Ventrala pallidum (ventral pallidum, VP) banan börjar med att prefrontala cortex skickar glutamatsignaler till nucleus accumbens i det ventrala striatum. Samtidigt skickar ventrala tegmentområdet (VTA) dopamin till nucleus accumbens, vilket reglerar motivation, belöning och drivkraft. Nucleus accumbens aktiverar därefter ventrala pallidum genom hämmande GABA-signaler.
Ventrala pallidum fungerar som en kopplingsstation som bearbetar information om belöning och motivation. Därefter skickar ventrala pallidum GABA-signaler vidare till framför allt thalamus, som i sin tur skickar glutamatsignaler tillbaka till prefrontala cortex och motoriska områden i hjärnbarken. På detta sätt kopplar ventrala pallidum samman känslor, motivation och belöning med planering och utförande av handlingar.