I nuclei della base, funzioni

 

Sono rappresentati dal nucleo caudato, putamen e globus pallidus. Due nuclei nel mesencefalo sono strettamente associati a queste strutture: la substantia nigra e il nucleo subtalamico. Il nucleo caudato e il putamen sono conosciuti insieme come neostriato (parte del nucleo, o corpo, striato).I nuclei della base sono deputati al controllo dell'attivita' motoria dell'organismo, in quanto, permettono la perfetta esecuzione dell'atto motorio. Pero', le modalita' d'azione dei nuclei della base sono alquanto diverse dalla modalita' d'azione del cervelletto.

Hanno una funzione modulatoria sul movimento, con quel meccanismo generale in quanto facilitano i movimenti che si intendono compiere ma, nello stesso tempo, inibiscono tutti quei momenti che possono interferire in modo negativo sull'esecuzione dell'atto motorio. Quindi, funzione facilitante in un senso, ma modulata da funzione inibente. I nuclei alla base ricevono segnali esclusivamente dalla corteccia, quindi, non sono segnali che provengono ne' dal tronco dell'encefalo, ne' dal midollo spinale. E mentre il cervelletto riceve segnali esclusivamente dalle aree motorie,  i nuclei della base ricevono segnali diretti da tutto il mantello corticale, aree motorie, sensitive, cognitive, aree connesse con l'emozione e cosi' via.  La corteccia temporale, l'area acustica primaria, e l'area visiva primaria, quindi, sono gli unici due dromi corticali che non inviano segnali ai nuclei della base. Il cervelletto invece riceve influenze corticali in maniera indirette, esclusivamente indirette, attraverso i nuclei pontini,  attraverso la via cortico-ponto-cerebellare;  nel caso dei nuclei della base le influenze corticali sono dirette, verso i nuclei della base, che poi attraverso dei nuclei specifici del talamo, diverse da quelle del cervelletto riproiettano alle aree corticali motorie. Non vi sono proiezioni a carico dei motoneuroni superiori del tronco dell'encefalo.

Il caudato, il putamen , e il globo pallido.

Alcuni autori indicano con il termine nucleo lenticolare l'insieme del putamen e del globo pallido.Invece, molto piu' importante e' la conoscenza del nucleo striato che e' costituito dal nucleo caudato piu' il putamen. Perche' si chiama striato ? Perche' il nucleo caudato ed il putamen sono tra di loro connessi con delle fibre grigie intersecate con fasci di sostanza bianca che danno origine al corpo striato. Il caudato,  il talamo, il caudato, il putamen costituisco il nucleo striato; il globo pallido, viene distinguiamo un segmento esterno ed un segmento interno. Questa e' la componente telencefalica. Il nucleo sub-talamico di Lewis e' sito sotto il talamo, e la substanza nigra che e' una struttura mesencefalica,  costituita dalla parte piu' scura, che si chiama parte compatta, e da una parte reticolata. La parte compatta contiene neuroni dopaminergici; c'e' un complesso molecolare che comprende anche la dopamina che si chiama neuromelanina, che appunto da' la caratteristica di colore nero alla parte cosiddetta compatta.

In realta', noi possiamo comprendere, dal punto di vista funzionale, nei nuclei della base anche componenti talamiche, e sono quei nuclei ventro-anteriore e ventro-laterale soprattutto e anche centro mediano.

Questi nuclei ventrale anteriore e ventrale laterale sono nuclei di proiezione verso la corteccia e, quindi, fanno parte dei circuiti fra corteccia e i nuclei alla base. Quindi, dal punto di vista funzionale possiamo indicare questi nuclei come componenti funzionali dei nuclei alla base. La neurochirurgia prevede degli interventi neurochirurgici per la terapia del morbo di Parkinson che come sapete esprime un tipo di patologia legata al talamo, ai nuclei della base, in cui gli interventi si fanno a livello del talamo, influenzando, appunto, le vie di connessione tra corteccia e talamo, tra corteccia e una base e da una base a corteccia.

Funzione dei  nuclei della base

Vi fanno parte dei nuclei di ingresso: sono quei nuclei che ricevono le afferenze dalla corteccia, ma non soltanto dalla corteccia. I nuclei di ingresso sono il caudato

e il putamen, cioe' tutte le afferenze che non sono soltanto corticali, si portano allo striato, quindi alla via d' ingresso. La via d'uscita e' rappresentata dal globo pallido interno e' la parte reticolata della substantia nigra.  Le vie d'uscita sono rappresentate dunque dalla parte reticolata della substantia nigra e segmento interno del globo pallido. Infatti, parte reticulata della substantia nigra e segmento interno del pallido sono costituite da tipi di cellule che hanno la stessa funzione quindi hanno una morfologia citologia uguale, molto simile.  Sono importanti anche le connessioni tra nuclei internucleari.  Quindi, lo striato riceve, trasmette il segnale al globo pallido interno, che a sua volta trasmettera' il segnale al talamo, che a su volta trasmettera' il segnale dove ? Alla corteccia.

Pero', vedete, che lo striato, e vedete che questa via che connette lo striato col globo pallido interno, questi neuroni, sono neuroni gabaergici, quindi che hanno come fattore chimico il GABA, oppure, la sostanza T. Lo striato non da segnali solo al globo pallido interno, ma invia segnali anche al  globo pallido esterno, che non e' la via d'uscita; fa parte di un circuito intra-nucleare. Il globo pallido esterno invia segnali a sua volta al globo pallido interno e alla sostanza nigra reticulata. Anche qui abbiamo gaba e gaba, quindi una via inibitoria. Quindi, il globo pallido interno riceve segnali oltre che dallo striato, anche dal globo pallido esterno e dal nucleo subtalamico; in questo caso, il neurotrasmettitore e' il glutammato, perche'  questa via e' eccitativa. Il globo pallido esterno, invia a sua volta segnali, vedete le connessioni, tra globo pallido esterno e nucleo subtalamico,  in maniera bidirezionale ed in effetti sono molto chiare, e il globo pallido esterno invia segnali anche alla sostanza nigra reticulata, cioe', alla via d'uscita.

Funzioni dei nuclei della base.

L'ipotesi funzionale e' che il circuito motorio attraverso i n. della base serva a facilitare l'inizio e lo svolgimento dei movimenti volontari. Si pensa che alla base dell'ipocinesia vi possa essere un'aumentata inibizione del talamo da parte dei n. della base, viceversa la diminuzione dell'attivita' efferente dei n. della base porta all'ipercinesia. La malattia di Parkinson riprodurrebbe la prima condizione: infatti i suoi sintomi comprendono lentezza dei movimenti (bradicinesia), difficolta' a iniziare i movimenti volontari (acinesia), aumento del tono muscolare (rigidita') e tremore delle mani e della mandibola piu' evidenti a riposo. La base organica della malattia di Parkinson e' una degenerazione degli input che dalla substantia nigra vanno allo striato. Questi input usano la dopammina quale neurotrasmettitore, che generalmente facilita il circuito motorio diretto attivando le cellule del putamen. Lo scopo principale della maggior parte delle terapie della malattia di Parkinson e' quello di aumentare i livelli di dopammina che viene rilasciata al nucleo caudato e al putamen. Infatti il nucleo subtalamico, ovviamente riceve segnali dal globo pallido esterno ma invia segnali anche al globo pallido interno e alla sostanza nigra reticolata. Ma il nucleo subtalamico riceve anche segnali dalla corteccia frontale e dalla sostanza nigra, quindi, afferenze oltre che dal globo pallido esterno anche dalla corteccia frontale e dalla sostanza nigra. Per quanto riguarda, invece, la componente della sostanza nigra, la corteccia invia segnali: il putamen e il caudato ricevono segnali dal mantello corticale, ma anche dalla parte compatta della substantia nigra; la  via  nigro striatale e' una via dopaminergica: se questa via  non e' funzionante provoca appunto  il morbo di Parkinson.  E' alterata la via dopaminergica poiche' contiene i neuroni dopaminergici che proiettano allo striato e, quindi, possiamo chiamare via nigro-striatale. In sintesi il caudato e il putamen  inviano segnali al globo pallido segmento interno, che a sua volta proietta al talamo e, quindi, alla corteccia portale. E' chiara questa via che e' inibitoria, quest'altra via inibitoria, questa via e' eccitatoria. Il caudato e il putamen inviano pure segnali alla parte reticolata della substantia nigra che oltre -che proiettare a livello del complesso talamico, proietta anche a livello del collicolo superiore e, quindi, questa via per cosa e' stata interessata? Nella vista, nei movimenti oculari che poi sono correlati con il processo della visione, siamo d'accordo. Infatti, controlla soprattutto i movimenti saccamici.
Ricordiamo soltanto che lo striato e il caudato e putamen contiene dei neuroni spinosi e dei neuroni aspinosi. I neuroni aspinosi, qui non sono indicati, sono interneuroni di norma colinergici. I neuroni spinosi a taglia media o a taglia anche piu' grande  proiettano al globo pallido, sia porzione esterna sia porzione interna, quindi, la via di uscita, proiettera' pure alla parte reticolata della sostanza nera che e' la seconda via di uscita.

I nuclei della base non hanno esclusivamente funzioni motorie  ma anche in funzioni cognitive, affettive, comportamentali, e nella regressione dell'umore. Nel morbo di Parkinson, in cui i disturbi piu' evidenti sono i disturbi della mobilita' di tipo ipocinetico, per esempio, nel tempo si instaura una patologia dell'umore che e' la depressione. Ma, il soggetto affetto da morbo di Parkinson, nel tempo diventa depresso, non per la malattia come tale, nel senso che si instaura una depressione reattiva, ma perche' il soggetto presenta compromomissione dei centri serotoninergici di cui fa parte l'umore. Inoltre se un individuoavra' una patologia  non ipo ma ipercinetica, il soggetto, nel tempo puo' andare incontro anche a disturbi della personalita'. Un esempio tipico di disturbo della personalita'e' la schizofrenia. Ed infatti, sono interessati i circuiti, interessati alla schizofrenia, perche' dal punto di vista neuro chimico sono disturbi tipicamente legati ai circuiti dopaminergici. Questi due disturbi dell'umore o della personalita', che nel tempo si accompagnano ai disturbi dei movimenti, non sono conseguenza della patologia come tale, ma perche' sono compromessi i circuiti interessati o all'umore o alla personalita' dell'individuo.
In ogni caso, il putamen e' implicato principalmente nel controllo motorio e nei movimenti appresi. Il caudato, invece, e, quindi, un altro circuito, infatti, tra poco vedremo, che il primo circuito in cui e' interessato il putamen viene chiamato circuito putaminale, perche' il putamen riceve l'input e trasmette poi di nuovo alla corteccia, e' implicato nel controllo motorio.
Il caudato, inoltre, ha inoltre diversi circuiti, per esempio, e' interessato nel controllo dei movimenti oculari, soprattutto nel controllo dei movimenti saccatici. In questo caso i segnali proverranno sempre dalla corteccia, ma da un'area diversa della precedente ed in modo particolare provengono dai campi oculari orbitali, cioe' da quelle aree deputate al controllo dei movimenti oculari e, poi ci sono altri circuito, anzi direi altri due circuiti caudatali interessati al controllo motorio su base cognitiva, significa,  quei movimenti che necessitano di un'esperienza precedente. Quindi non appresi, ma ovviamente che sono legate a funzioni cognitive, legate ad un evento che nasce in seguito ad una esperienza precedente. Poi abbiamo la parte ventrale dello striato; ha funzione prettamente limite, infatti, riceve segnali soprattutto dal sistema limbico ed emette segnali al sistema limbico. Vediamo qual e' il ruolo dei nuclei alla base per quanto riguarda il controllo motorio. Le aree che giungono allo striato, globo pallido sono diverse, anche se il meccanismo e' quello di facilitare le funzioni cognitive, ma le risposte saranno diverse. Hanno un ruolo nella preparazione, nella pianificazione e nell'apprendimento motorio. Inoltre, hanno capacita' di inibire i movimenti volontari, infatti, se viene meno questa inibizione i movimenti involontari  nasce il tremore. Vi e' alterazione dell'inizio dei movimenti volontari lenti, per cui i soggetti affetti da tempo di morbo di Parkinson hanno disturbi della motilita' e non soltanto tremori ma anche ipocinesia.
Se c'e' un danno, dunque, le lesioni dei nuclei della base provocano l'insorgenza di tre caratteristici disturbi: tremore, che e' un movimento involontario e altri movimenti involontari in altre patologie, che non sono quelle del morbo di Parkinson; alterazione della postura e del tono muscolare: si puo' avere o ipotonia o rigidita', a secondo il tipo di patologia, repertorio motorio ridotto e lentezza dei movimenti senza, pero', che sia paralisi, va bene ? Se voi vedete un soggetto affetto da Parkinson il primo segno che ha e' il tremore, poi quando il soggetto vuole iniziare un movimento, l'inizio e' molto difficoltoso e poi quindi, si muove lentamente, quindi lentezza dei movimenti.

Circuiti

Andiamo nei particolari. Il primo circuito interessato e' il putamen, per quanto e' il putamen, si chiama circuito putaminale; e' coinvolto in funzioni tipicamente motorie, in particolare nell'esecuzione di schemi motori appresi.  Controlla il putamen , la pre-azione, la direzione, l'ampiezza e la velocita' del movimento. Controlla dunque tutti questi parametri, ma ripeto, non e' responsabile della preparazione di questi movimenti, dell'esecuzione.

Cervelletto e nuclei alla base non sono indispensabili alla produzione dell'atto motorio, ma il cervelletto e' un perfetto esecutore dell'atto motorio. Quindi, permettera' una buona esecuzione dell'atto motorio, un'adeguata direzione, ampiezza e velocita' del movimento, soprattutto nei movimenti lenti.

Circuito caudatale, in cui e' interessato il caudato.
In realta' sono due circuiti, un circuito riceve il segnale soprattutto dalla corteccia pre-frontale e l'altro dalla corteccia orbito - frontale. In ogni caso questo circuito caudatale, sempre nel controllo dei movimenti, ha un ruolo rilevante nei processi cognitivi, sempre correlati con il movimento. Cerchiamo di chiarire. Se avviene un movimento appreso, avviene un movimento cognitivo. Dicevo, quei movimenti nei quali per raggiungere un determinato obiettivo, vengono messi in atto strategie motorie, utilizzando sia informazioni sensitive, sia informazioni memorizzate, derivate da una esperienza precedente. Quindi, non e' un movimento appreso ma e' un movimento correlato con la funzione cognitiva. Poi abbiamo un circuito sempre in cui e' interessato il caudato, pero' riceve, come dicevo, segnali soprattutto dalla corteccia, dal campo oculare frontale, quindi, non dalle aree motorie e, quindi, e' implicato nel controllo dei movimenti oculari saccarici, quelli piu' veloci, che hanno bisogno di un bel controllo.
Un altro circuito si chiama circuito trans-striatale ventrale in quanto ha come sede lo striato ventrale che riceve questi segnali e questo ha un ruolo, soprattutto, nel controllo delle famiglie di tipo comportamentale, quindi, ha un ruolo nella ideazione e nella spinta emotiva per attuare meccanismi che modificano l'atteggiamento comportamentale.
I nuclei alla base sono interessati nella memoria non dichiarativa ma in quella procedurale. La dichiarativa e' quella che noi utilizziamo per il linguaggio per scrivere, quindi, il ricordo di fatti, di nozioni, di eventi. Perche' si chiama dichiarativa? Perche' utilizza il linguaggio per esprimere ricordi. Poi abbiamo la memoria non dichiarativa, che non viene , quindi, espressa dal linguaggio, ma viene, ovviamente, di norma espressa con il movimento.
Infatti il nucleo striato e' interessato dal controllo delle procedure motorie, capacita', strategie motorie correlate, appunto, alle funzione cognitive. E c'e' un'altra funzione, che qui non e' indicata, i nuclei alla base intervengono anche nello sguardo, ne parleremo quando discuteremo del linguaggio.

Circuito putaminale. I segnali provengono dall'area motoria supplementare, soprattutto. I segnali vengono portati al putamen, quindi, alla sostanza grigia, al globo pallido interno che e' la via d'uscita e la substantia nigra parte reticolata quindi, talamo e di nuovo area motoria supplementare. Questo e' un circuito putaminale dei movimenti appresi. Un secondo circuito, invece, e' il circuito interessato ai movimenti oculari, vedete, campi visivi frontali, in questo caso l'input avviene dai campi visivi frontali, area 8; fa parte di questi campi visivi frontali. I segnali raggiungeranno non il putamen ma il caudato, poi sempre la via d'uscita, globo pallido interno, substantia nigra parte reticulata, quindi talamo, pero' vedete sono gruppi talamici diversi: questo e' in ventro-laterale porzione orale, questo invece e' il ventrale anteriore, questo il mediano. E allora, vedete, ritorna di nuovo a livello della corteccia ai campi caudali quindi, questa via e' correlata con il controllo dei movimenti. Poi abbiamo due vie che sono interessate nel controllo dei movimenti su base cognitiva. Infatti, ricevono segnali dalla corteccia pre-frontale dorso laterale, caudato,sempre le vie d'uscita, talamo, quindi, di nuovo, la corteccia pre-frontale dorso laterale. Questi due circuiti sono correlati con i movimenti, correlati a fenomeni di tipo cognitivo.
L'ultimo circuito connesso con le emozioni e con il controllo degli atti motori correlati con le emozioni e' correlato con il nucleo accubens. In questo caso il segnale raggiunge lo striato ventrale e, una parte dello striato ventrale si chiama nucleo accubens e, questo nucleo accubens, fa parte di un circuito correlato con le gratificazioni, con tutto cio' che da piacere, piacere correlato con fatti positivi, piacere che potrebbe essere legato con eventi negativi. Questi circuiti sono alla base della dipendenza, della tolleranza, quindi eventi tipici di soggetto che abusa di droghe. Tolleranza, significa, che nel tempo ci si abitua ad un determinato dosaggio di droga e, quindi, il soggetto deve avere un aumento della dose corrente. Dipendenza,  significa, che  il soggetto e' dipendente, quindi, sente la necessita' continuamente di introdurre la sostanza. Puo' essere una sostanza utile, quale il cibo; se io trovo gratificazione con il cibo,pero' posso avere un effetto negativo che e'  l'obesita'. Se noi prendiamo, invece, non so le droghe, la cocaina, l'eroina, voi pensate a queste droghe, ma direi anche all'alcool ed anche alle droghe minori, come la cannabis, con modalita' diverse, il soggetto ottiene una gratificazione e di conseguenza una collegata dipendenza a questi circuiti. Ecco, perche' l'atto mentale organizza gli atti motori correlati con tutti questi stimoli che hanno dato origine ad un processo di gratificazione, di piacere. Quali sono? Potrebbe essere lo shopping, potrebbe essere il gioco d'azzardo e cosi' via.  Un circuito di gratificazione, cioe' un circuito in cui e' interessato il nucleo Accumbens comprende una via che afferisce a questo nucleo  che origina dal mesencefalo aria ventrale del mesencefalo, che proietta questo nucleo accumbens. Negli animali inferiori, questa via e' fondamentale, questo circuito, per cui il soggetto ottiene una gratificazione. Nell'uomo sono correlati con altri aspetti emozionali, il piacere puo' essere correlato con l'emozione. I processi di gratificazione  sono correlati con giro cingolato anteriore, striato ventrale, sempre le vie di uscita sono rappresentatre dal  talamo e di nuovo, ovviamente, la corteccia. Per esempio, questa e' appunto la via del circuito limbico, pero', vedete, che i segnali non partono soltanto dal giro cingolato, ma anche dalla corteccia orbito - frontale , dall'amigdala. Quindi come vedete sono differenti dalla precedente che ho detto. Era una semplificazione di una via, mi spiego, la via e' piu' complessa. Poi si porta allo striato ventrale, al pallido porzione reticolata tra nucleo dorsale mediano e quindi, di nuovo cervello. Questa e' la via che dicevo un momento fa, questo e' il nucleo Akubes, fa parte dello striato ventrale che riceve segnali dalla corteccia cingolata, cioe' l'emozione.
Abbiamo due circuiti operativi, un circuito primario eccitante ed un circuito secondario inibente.
Il circuito facilitante a chi faceva capo? Ai nuclei profondi, i nuclei inibenti alla corteccia e, quindi, qui abbiamo anche due circuiti. Un circuito diretto eccitatorio ed un circuito indiretto inibitorio. E' chiaro che se deve facilitare un movimento, deve eventualmente inibire altri movimenti che possono contrastare l'atto motorio. E' ovvio che non c'e' nessun equilibrio tra la componente diretta eccitatoria e la componente indiretta inibitoria. Se ho una prevalenza della componente eccitatoria, cosa avro'? Una ipercinesia. Se invece si ha una prevalenza della componente indiretta, ovviamente avremo una ipocinesia.  Ma di norma ci deve essere equilibrio tra i due sistemi. Io vi prego di fare un po' di attenzione, ragionare sopra. La via diretta e' il solito circuito in cui intervengono quei circuiti che ho menzionato in precedenza.
Andiamo a vedere, invece, questi circuiti funzionanti. Il primo e' quello diretto. Quali sono le componenti : striato, il segmento interno del globo pallido e la parte reticolata della substantia nigra, cioe' la via d'uscita, quindi il talamo, quindi l'area motoria supplementare e l'area motoria temporale. Questa e' la via eccitatoria che e' la via diretta e' quella eccitatoria, se ovviamente lo striato riceve un imput dalla corteccia.
Cerchiamo di ragionare. A e' lo striato, B e' il globo pallido, C e' il talamo, D e' la corteccia. Immaginate che lo striato non riceva segnali dalla corteccia. In questo caso,  quando A (striato) e' a riposo e' perche' non e' eccitato dalla corteccia , B (globo pallido) e' solitamente attivo perche' non e' inibito.  Quindi, C (talamo) come sara'? Se B e' solitamente attivo, B e' inibitorio, C come sara' ? Inibito, quindi, non c'e' scarica a livello talamico e se il talamo non viene eccitato, avremo segnali alla corteccia? No, ed infatti B non viene eccitato. Se pero' arriva un input dalla corteccia che e' sempre attiva sullo striato, quindi, libera glutammato, come fattore chimico,  significa che verra' eccitato.
Per esempio quando il soggetto sta per compiere l'atto motorio, quindi in modo transitorio, quindi se transitoriamente ha eccitato la corteccia, quindi scarica, quindi se scarica lo striato, B come sara'? Sara' inibito, infatti, transitoriamente inibito. Quindi, se io inibisco B, e B quindi, non invia influenza inibitoria a C, C come sara' in questo caso ? Sara' disinibito, quindi sara' eccitato e di conseguenza sara' eccitata anche la corteccia.
I disturbi ipocinetici sono legati ad una iper-attivita' della via indiretta ed una ipo-attivita' della via diretta. Per quale motivo? Perche' deve avere un'influenza eccitante della dopamina sulla zona diretta e la via inibitrice sulla via indiretta. Quindi la via indiretta non e' piu' inibita quindi cosa avremo? Una ipocinesia. Quali sono i segni, ecco, disturbo ipocinetico. Acinesia significa difficolta' ad iniziare un atto motorio. Il soggetto affetto da morbo di Parkinson e' seduto, ha tremore a riposo, vuole camminare, il tremore scompare, pero' ha difficolta' ad  iniziare i movimenti volontari. Una della funzioni tipiche dei nuclei alla base e' quella di iniziare l'atto motorio. Se c'e' una lesione, il soggetto affetto da morbo di Parkinson ha difficolta' ad iniziare l'atto motorio volontario. E quindi, avra' acinesia. Ma i movimenti di questo soggetto saranno dei movimenti lenti, infatti si avra' bradicinesia, significa movimento lento e, poi, abbiamo rigidita' muscolare e , quindi, l'attivazione avra' una resistenza passiva al movimento. Invece, i disturbi ipercinetici sono caratterizzati da eccessiva attivita' motoria. Sono diverse forme di questi movimenti involontari, una si chiama atetosi:movimenti repentini causali, a scatto, senza finalita', movimenti lenti, di contorsione dell'estremita' degli arti. Atetosia, movimenti repentini causali, a scatto, senza finalita' degli arti e della faccia. Un soggetto non ha tremori ma soffre di questi movimenti involontari. Ballismo (deriva dal ballo) movimenti violenti di grande ampiezza dei segmenti prossimali degli arti. Questi sono i tre sintomi che si possono avere. O l'atetosia, o il ballismo.

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