皮层-基底神经节环路功能性连接与PD运动防治的神经可塑性机制研究进展

帕金森病(Parkinson's Disease,PD)是一种以运动功能障碍为主要临床症状的神经退行性疾病,皮层-基底神经节环路功能性连接异常是PD运动障碍发生发展的病理基础。运动疗法防治PD的神经可塑性机制可能与该环路的结构与功能重塑有关。本文拟以皮层-基底神经节环路为切入点,分别从皮层-基底神经节环路功能性连接与运动调控、皮层-基底神经节环路功能性连接异常与PD、皮层-基底神经节环路功能性连接重塑与PD运动防治三方面对该领域的相关研究进行综述。     

纹状体中等多棘神经元侧抑制效应与基底神经节运动功能调控

中等多棘神经元(medium spiny neurons,MSNs)是纹状体的主要投射神经元,其细胞膜上表达的不同类型多巴胺(dopamine,DA)受体,分别参与基底神经节直接与间接两条运动神经通路功能的调节。近年来发现,纹状体相邻MSNs之间还存在突触连接,这种突触结构对直接或间接通路的电活动产生侧抑制效应(lateral inhibition),并通过其前馈作用进一步调节基底神经节信息输出核团的兴奋性。因此,纹状体MSNs的侧抑制效应对运动的精确调节具有重要意义。本文拟从纹状体神经元构筑与侧抑制突触效应、纹状体MSNs侧抑制突触效应参与基底神经节调控的生理学机制、MSNs侧抑制效应异常与帕金森病(Parkinson's disease,PD)等方面对纹状体MSNs侧抑制效应与基底神经节功能调控的机制进行综述。     

帕金森病基底神经节神经递质失衡的研究进展

帕金森病(Parkinson's disease,PD)是一种老年神经系统退变性疾病,主要病理改变是中脑黑质致密部多巴胺能神经元渐进性变性死亡,从而引起基底神经节的功能失调。近年的研究显示,多巴胺能神经元的丢失并不是帕金森病发病的唯一因素,基底神经节中其它神经递质,包括谷氨酸、γ-氨基丁酸、乙酰胆碱等,在帕金森病的发病中也有重要的作用。在疾病发生发展过程中,神经递质的合成、分泌发生紊乱,基底神经节网络调控功能失调,导致了以运动系统症状为主的临床表现。本文就帕金森病状态下基底神经节中主要神经递质失衡的研究进展作一综述。     

反应抑制的额叶-基底神经节模型

额叶-基底神经节模型构成运动控制网络,其网络主要由额下回、辅助运动区、初级运动皮层、初级躯体感觉皮层及基底神经节亚区组成,是调节反应抑制能力的主要网络。目前,评测反应抑制能力的范式主要包括Go/No-Go与Stop-signal范式。多项研究发现,这两种实验范式在进行抑制任务时额叶及基底神经节亚区存在不同的激活,提示其抑制机制可能有所不同。其中,Go/No-Go任务是否由超直接通路调控抑制过程还有待探讨,Stop-signal任务则可能需要间接通路、超直接通路实现对抑制过程的调控。运动控制网络与感觉运动网络、默认模式网络之间的交互作用可能在治疗反应抑制缺陷与其他脑功能疾病中发挥调节作用。     

腺苷A2A受体参与基底神经节间接通路运动调节的研究进展

运动功能是在神经系统的调控下完成的,皮层及基底神经节在运动功能调节中发挥信息整合及指令发放的作用,其中纹状体是基底神经节中接受传入信息的主要核团。腺苷A2A受体(adenosine A2A receptor, A2AR)在纹状体中高度表达,并在纹状体中整合多巴胺、谷氨酸和大麻素信号,参与间接通路运动抑制的信息编码。该文阐述了腺苷A2AR与多巴胺D2受体、代谢型谷氨酸mGlu5受体以及大麻素CB1受体的交互作用,探讨腺苷表达异常在神经疾病,如帕金森病、酒精成瘾等产生的作用,以及靶向干预腺苷改善相关疾病运动功能的机制,并对A2AR在间接通路运动调控及相关运动障碍中的研究进行总结,为后期运动功能中枢靶向干预提供理论参考。     

D2DR在纹状体突触可塑性及运动障碍中枢调控中的作用

多巴胺Ⅱ型受体在大脑基底神经节纹状体区域表达丰富,可反馈性调节突触前多巴胺合成并介导细胞信号转导。纹状体神经元突触可塑性受多巴胺Ⅱ型受体介导的cAMP/PKA和PLC信号通路调节,也是自主运动控制的神经基础。在运动性疲劳及以帕金森病为代表的运动功能障碍的中枢疾病中,多巴胺Ⅱ型受体通过平衡基底神经节直接通路和间接通路发挥重要作用。本文对多巴胺Ⅱ型受体在纹状体神经元突触可塑性和运动功能障碍中枢调控中的作用进行综述,为相关疾病的靶向干预和治疗提供理论基础。     

多巴胺释放对纹状体神经元信息编码的影响

运动功能是在神经系统直接或间接调控下协调完成的,基底神经节对于运动功能的执行起至关重要作用,其中纹状体在基底神经节处于中心地位,接受多巴胺能神经元的投射,通过直接、间接通路参与运动的调控。多巴胺能神经元中多巴胺的释放以活性区介导的快速突触传递的方式进行。活性区由Bassoon、RIM和ELKS三种支架蛋白组成,其中RIM蛋白对多巴胺释放起调节作用。纹状体不同类型的神经元电活动随着多巴胺释放含量的变化出现适应性变化。当纹状体去多巴胺支配时,中等多棘神经元和快放电中间神经元放电频率显著增加;当纹状体多巴胺耗竭时,大胆碱能中间神经元出现pause-rebound编码模式。本文对多巴胺运动控制的分子机制展开讨论,并对其在运动疲劳中枢机制中的研究进行综述,为纹状体神经元靶向干预提供理论依据和新思路。     

运动过程的网络逻辑——从离子通道到动物行为

为了揭示神经网络在脊椎动物运动中所行使的内在功能,作者开发了七鳃鳗这种低等脊椎动物模型。在这套系统中,不仅可以了解到运动模式生成网络以及激活此网络的命令系统,同时还可以在运动中研究方向控制系统和变向控制系统。七鳃鳗的神经系统有较少的神经元,而且运动行为中的不同运动模式可以由分离的神经系统所引发。模式生成神经网络包括同侧的谷氨酸能中间神经元和对侧的抑制性甘氨酸能中间神经元。网络中的突触连接、细胞膜特性和神经递质都也已经被鉴定。运动是由脑干区域的网状脊髓神经元所引起,而这些神经元又是被问脑和中脑分离的一些运动命令神经元群所控制。因此,运动行为最初是由这两个“运动核心”所启动。而这两个运动核心被基底神经节调控,基底神经节即时地做出判断是否允许下游的运动程序启动。在静止情况下基底神经节的输出核团维持对下游不同运动核心的抑制作用,反之则去除抑制活化运动核心。纹状体和苍白球被认为是这个运动抉择系统的主要部件。根据“霍奇金一贺胥黎”模型神经元开发了这套网络模型,不同的细胞具有各自相应的不同亚型的钠、钾、钙离子通道和钙依赖的钾通道。每个模型神经元拥有86个不同区域模块以及其对应的生物学功能,例如频率控制、超极化等等。然后根据已有实验证据,利用突触将不同的模型神经元相连。而系统中的10000个神经元大致和生物学网络上的细胞数量相当。突触数量为760000。突触类型有AMPA、NMDA、glycine型。有了这样大规模的模型,不仅可以模拟肌节与肌节之间的神经网络,还可以模拟到由基底神经节开始的行为起始部分。此外,这些网络模拟还被用于一个神经机械学模型来模拟包含有推进和方向控制部分的真实运动。     

底丘脑核:从环路、功能到深部脑刺激治疗帕金森病的靶点

底丘脑核(subthalamic nucleus,STN)是基底神经节(basal ganglia)环路中唯一的兴奋性谷氨酸能核团,不仅是经典间接通路中的关键节点,而且接受皮层的直接投射从而构成超直接通路(hyperdirect pathway),甚至被认为是驱动整个基底神经节活动的起搏器。STN由于其在基底神经节环路功能中的重要地位而成为临床上神经外科深部脑刺激(deep brain stimulation,DBS)治疗帕金森病(Parkinson’s disease,PD)的首选靶区之一。尽管STN-DBS可显著改善PD运动障碍,但其发挥效应的神经机制至今不明。本文简要综述了STN的传入、传出联系及它们在基底神经节环路中的功能,特别讨论了STN-DBS改善PD运动障碍机制的假说和最新研究进展。我们认为,对STN-DBS作用机制的认识不仅有助于临床PD治疗策略的发展,也有助于对基底神经节环路功能的深入理解。     

纹状体A2AR/D2DR拮抗效应在运动功能调节中的研究进展

纹状体是运动调控的关键组成部分,对机体运动控制发挥重要作用。腺苷A2A受体(adenosine A2A receptor, A2AR)与多巴胺D2受体(dopamine D2 receptor, D2DR)在纹状体投射到苍白球的神经元中高度共表达,形成的A2AR/D2DR异聚体具有拮抗效应,共同调节纹状体接收到的谷氨酸能和多巴胺能投射,通过改变纹状体神经元的活性,控制投射向下级核团的GABA能输出,调节基底神经节直接通路和间接通路的平衡,最终对运动产生影响。A2AR/D2DR在细胞水平以及行为水平上的拮抗效应,为其在运动疲劳和帕金森病的运动功能改善上提供了新的靶点。该文将对A2AR/D2DR拮抗效应在运动功能调节中的研究进行综述,为后期研究运动的中枢干预靶点提供新的可能性。     

自主性神经效应器功能的调控有四个水平

自主性神经效应器(neuroeffector)功能的调控分四个水平:(1)脑;(2)脊髓;(3)自主性神经节;(4)神经效应器接点。在脑内存在与心血管调控、体温调节、消化管运动和分泌以及视觉功能等有关的特殊区域。在这些中枢中,根据感觉传入和来自高级中枢的调制作用对自主性传出进行整合.脑特殊区域的传出神经元,至少与交感和盆腔副交感的自主性功能有关的神经元,与脊髓内的节前自主神经元形成突触联系。这些突触联系对脊髓反射的调控部位,可能还接受来自脊髓其它节段和高级中枢的传入冲动进行调制,但     

STN-GPe神经通路在BG振荡作用中的研究进展

基底神经节(basal ganglia,BG)是椎体外系的组成部分,对运动具有重要的调控作用。BG振荡活动的变化与行为状态的改变有着密切联系。近年来,大量的解剖学、生理学和计算机神经模拟研究证实丘脑底核(subthalamic nucleus,STN)和苍白球外侧部(external globus pallidus,GPe)之间存在相互的纤维联系,STN-GPe神经通路对生理和帕金森(Parkinson disease,PD)状态下BG振荡活动的产生、维持和发展都具有关键作用。本文以STN、GPe电活动特征为切入点,阐明STN-GPe神经通路在BG振荡活动中所扮演的角色。     

条件性运动学习的神经基础

人和动物形成多样的、快速可变的刺激－反应联合关系的过程被称为条件性运动学习。条件性运动学习使得人和动物具有很强的适应优势。损毁或行为电生理研究表明：运动前区背外侧部、基底神经节以及前额叶皮层腹侧部在条件性运动学习中起至关重要的作用;海马在条件性运动学习中也起着一定的作用;而杏仁核等一些结构在条件性运动学习中不起作用。     

鸣禽前脑X区结构功能的研究进展

鸣禽鸣唱与人类说话一样,都是在教习和听觉反馈下形成的感知运动学习过程。鸣禽鸣唱的发育和成熟巩固依赖于发声通路和前端脑通路组成的鸣唱系统的完整。前端脑通路中的X区在鸣唱学习记忆中扮演着重要角色。本文就X区的形态组织结构、在鸣唱发育与成熟巩固中的作用、突触可塑性的研究进展进行了综述,并且将X区与哺乳动物基底神经节的学习记忆功能做了比较。     

运动对骨骼肌基因表达的表观遗传调控作用

DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控是表观遗传调控的3种重要方式,其在基因表达调控中发挥着关键作用。适当运动有益于身心健康。骨骼肌作为运动的主体组织,运动可以提高其代谢能力,改善其线粒体生物学功能,调控肌纤维类型转化,增加骨骼肌力量。近年来越来越多的研究表明,表观遗传调控在机体适应运动过程中发挥着重要作用,DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控等表观遗传调控方式通过调控骨骼肌基因表达来改变骨骼肌代谢能力、线粒体生物学功能和肌纤维类型,从而适应运动变化。本文对近年来运动对骨骼肌基因DNA甲基化、组蛋白修饰和相应miRNA表达调控等3种表观遗传调控方式的研究现状进行了综述,以期为进一步研究运动改善机体机能和健康提供参考。     

初级运动皮层与帕金森病

初级运动皮层(primary motor cortex,M1),在精细运动执行中起非常重要的作用,同时在皮质-基底神经节-丘脑-皮质神经通路中也发挥重要的作用.本文结合当前研究进展,围绕M1区神经元构筑、突触投射及多巴胺受体分布及帕金森病(Parkinson's disease,PD)后神经元电生理学变化等方面阐述M1...     

苍白球γ-氨基丁酸能神经传递及其与神经系统疾病的关系

苍白球是基底神经节间接环路的重要核团,在机体运动功能调节中发挥重要作用。近年来,苍白球在基底神经节正常及异常功能调节中的重要性已日渐受到重视。然而,目前对苍白球内各种神经递质系统的功能活动了解较少。GABA是苍白球主要的神经递质。采用电生理记录、免疫组织化学及行为测试等实验方法,人们对大鼠苍白球GABA能神经传递系统的受体分布及功能活动有了新的认识。形态学研究揭示,苍白球存在GABAA受体及其苯二氮卓结合位点和GABAB受体。在亚细胞水平,GABAA受体主要位于对称性突触(GABA能突触)的突触后膜,而GABAB受体则位于对称性突触和非对称性突触(兴奋性突触)的突触前膜及突触后膜。功能学研究进一步揭示,激活苍白球突触前膜GABAB自身和异源性受体可分别减少GABA和谷氨酸释放;激活突触后膜GABAB受体,可引起苍白球神经元超极化。除GABAB受体外,激活苍白球GABAA受体苯二氮卓结合位点及阻断GABA重摄取可延长GABA电流持续时间,从而改变苍白球神经元兴奋性。与离体实验结果相一致,激活苍向球GABAB受体和苯二氮卓结合位点及阻断GABA重摄取可引起整体动物旋转行为。苍白球GABA神经递质系统与帕金森病病因学及癫痫发病有关。已证实,苍白球神经元放电频率的降低及簇状放电的产生与帕金森病运动减少及静止性震颤等症状直接相关。此外,电牛理及行为学实验发现,新型抗癫痫药物替加平可调节苍白球神经元功能活动．这为进一步了解苍白球与癫痫发病的关系提供了新的理论及实验依据。     

绿盲蝽中枢神经系统的解剖结构

【目的】阐述绿盲蝽Apolygus lucorum中枢神经系统的组成,辨识各组成部分的神经节解剖结构及其形态,计算中枢神经系统各神经节结构体积大小、解析其空间分布关系以及连接模式。【方法】采用免疫组织化学方法,使用突触蛋白抗体对绿盲蝽中枢神经系统神经髓进行染色标记,利用共聚焦激光扫描显微镜获取中枢神经系统各结构数码图像,使用三维图像分析软件对绿盲蝽中枢神经系统进行分析,并构建三维模型。【结果】绿盲蝽中枢神经系统从前往后分别由脑神经节、咽下神经节、前胸神经节和后部神经节组成。脑、咽下神经节和前胸神经节3个神经节融合在一块,形成脑-咽下神经节-前胸神经节复合体,并通过长的神经连索与后部神经节相连,从外观上看似由2个大的神经节构成,这种神经节愈合形式尚未在昆虫中发现过。前胸神经节与后部神经节分离,二者由长的神经连索连接起来。除前胸神经节由单独的神经原节构成外,其他3个神经节又由多个神经原节融合而成。脑包括前脑、中脑和后脑3部分。咽下神经节包括上颚神经节、下颚神经节和下唇神经节。后部神经节包括中胸、后胸和腹部神经节3部分。【结论】明确了绿盲蝽中枢神经系统的神经节构成,发现了绿盲蝽中枢神经系统各神经节的高度融合特性。该项研究结果为研究绿盲蝽中枢神经系统的发育、重塑和系统演化奠定了形态学基础,为研究中枢神经元形态、分布以及其对昆虫生理和行为的功能调控机制提供了结构框架。     

纹状体神经通路与运动调控

纹状体(striatum)是机体运动中枢的关键组成部分,对机体随意运动、非意识性运动、肌张力、身体姿态、精细运动等调节均发挥重要作用。纹状体功能异常导致运动失调:一类为运动减少,肌张力亢进,如帕金森病;另一类为运动过多,肌张力不足,如舞蹈病。一般认为,纹状体接收大脑运动皮层传来的运动相关信号,经其加工处理后,经丘脑返传回运动皮层,最终由运动皮层发出运动执行信号,经锥体系完成运动。可见,纹状体的运动调控功能有赖于复杂的神经通路系统。本文综述近几年来有关纹状体神经通路与运动调控的研究进展,以期更深入理解纹状体运动调控神经机制及其与临床疾病的关系。     

损毁丘脑腹内侧核对大鼠行为的影响

黑质(SN)-纹状体多巴胺(DA)能神经元系统在调节躯体运动方面起着重要作用;但这一作用的传出神经通路尚无定论。在大鼠,丘脑腹内侧核(VM)是基底神经节的传出投射之一,主要接受SN网状部(SNR的投射纤维。本实验观察电损毁VM后,腹腔注射去水吗啡对大鼠姿势与行为的影响,以探讨SN-纹状体DA能神经元系统与VM在调节躯体运动中的功能联系。1 材料与方法 实验采用Sprague-Dawley系雄性大鼠,体重为200～300g,分为对照组(n=10)和实验组(n=11)。在1％成巴比妥钠麻醉下,将动物固定于立