中央中核-束旁核復(fù)合體研究進展

中央中核-束旁核復(fù)合體研究進展

中央核橫截面組（cm-pf）是丘腦板內(nèi)核組的重要組成部分。與該殼和基底核之間有豐富的纖維連接，但研究人員很少。但是隨著深部腦刺激術(shù)作為運動障礙性疾病和頑固性疼痛等功能性神經(jīng)疾病的治療方法被人們接受,CM-Pf復(fù)合體作為有效靶點,而重新受到研究者們的關(guān)注,在基礎(chǔ)、臨床應(yīng)用等多方面被廣泛研究。一、cm-pf產(chǎn)物CM-Pf復(fù)合體位于丘腦內(nèi)髓板內(nèi),由中央中核(centromediannucleus,CM)和束旁核(parafascicularnucleus,Pf)兩者組成,是板內(nèi)核群的重要組成部分。Jones,將板內(nèi)核群分成前后兩群。前群包括菱形核(rhomboidnucleus,Rh)、中央內(nèi)側(cè)核(centralmedialnucleus,CeM)、中央旁核(paracentralnucleus,Pc)和中央外側(cè)核(centrallateralnucleus,CL);后群包括CM和Pf。CM在人和靈長類動物發(fā)育良好,為板內(nèi)核群中最大者,而低等哺乳動物的CM僅具雛形,對于大鼠,其Pf相當(dāng)于人的中央中核。CM位于丘腦的中1/3處,在背內(nèi)側(cè)核后部的腹外側(cè)和腹后核的內(nèi)上方,其內(nèi)側(cè)與Pf相互交錯。Pf位于背內(nèi)側(cè)核后份的腹側(cè)和CM的內(nèi)側(cè),它被韁核腳間束所穿過,將其分成內(nèi)、外側(cè)兩部。其內(nèi)側(cè)與導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)前部相接。由于CM內(nèi)側(cè)與Pf無明顯分界線,故學(xué)者們常將這兩個核合稱CM-Pf復(fù)合體。CM-Pf復(fù)合體在立體定向功能性神經(jīng)外科中的靶點中心坐標(biāo)值為,CM核:X=9.0mm,Y=-8.0mm,Z=3.0mm;Pf核:X=5.0mm,Y=-10.0mm,Z=1.0mm。二、cm-pf組神經(jīng)纖維連接1.馬克思主義神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)CM-Pf復(fù)合體接受脊髓丘腦束和三叉丘系的神經(jīng)纖維。在大腦皮層向CM-Pf復(fù)合體的傳入纖維中,CM主要接受運動皮層(Brodman4區(qū))的投射,而Pf主要接受額葉前皮層的投射。CM-Pf復(fù)合體也接受基底神經(jīng)核和丘腦內(nèi)其他核團的纖維投射。Tsumori等、發(fā)現(xiàn)大鼠Pf的腹外側(cè)部不僅接受黑質(zhì)網(wǎng)狀部(substantianigraparsreticulata,SNr)的纖維投射還接受丘腦網(wǎng)狀核(reticularthalamicnucleus,RT)的纖維投射。Sidibe等在猴腦內(nèi)也發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)網(wǎng)狀部向Pf核有大量的神經(jīng)纖維投射。大鼠的Pf還接受黑質(zhì)外側(cè)部的纖維投射。對靈長類動物的研究顯示與人的蒼白球內(nèi)側(cè)部(globuspallidus,parsintema,Gpi)是同功異質(zhì)體的腳內(nèi)核向CM-Pf復(fù)合體發(fā)出相當(dāng)多的纖維投射。此纖維是通過紋狀體的Nauta-Mehler環(huán)的一部分。Krout發(fā)現(xiàn)大鼠的Pf核接受臂旁核的神經(jīng)纖維投射。Pf核也接受來自導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)核團的纖維投射,而后者與疼痛發(fā)生過程的阿片樣調(diào)節(jié)有關(guān)。Lai等發(fā)現(xiàn)大鼠的Pf外側(cè)部的背側(cè)2/3還接受前庭內(nèi)側(cè)核的纖維投射,而此處的Pf神經(jīng)元又向紋狀體的背外側(cè)部發(fā)出神經(jīng)纖維,從而可以推測Pf參與前庭內(nèi)側(cè)核輸出信息的處理。最近,Cavalcante等發(fā)現(xiàn)狨猴的Pf還接受視網(wǎng)膜的神經(jīng)纖維投射。板內(nèi)核群的其他傳入纖維來源于中腦和腦干的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、小腦、上丘、頂蓋前區(qū)和藍斑等。2.cm-pf復(fù)合布的結(jié)構(gòu)CM-Pf復(fù)合體的傳出纖維投射到紋狀體、大腦皮層、扣帶冋前部和其他的丘腦核團等。Vercelli等研究發(fā)現(xiàn)大鼠的Pf向紋狀體的纖維投射最密,其次是額葉,最后是扣帶回,均嚴(yán)格地向同側(cè)投射,且Pf內(nèi)側(cè)的多數(shù)神經(jīng)元投射到上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè),反之亦然。板內(nèi)核群向紋狀體的纖維投射有相當(dāng)數(shù)量的重疊,然而CM-Pf復(fù)合體的纖維傾向于更多地投射到紋狀體的特異性部分,CM核投射到殼核,Pf核投射到尾狀核。CM-Pf復(fù)合體,尤其是Pf核也發(fā)出纖維投射到底丘腦核。Marini等研究發(fā)現(xiàn)大鼠的Pf的下行纖維可投射到外側(cè)膝狀體核、丘腦網(wǎng)狀核、底丘腦核、未定帶、黑質(zhì)、紅核、導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、上丘、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、中縫核、腦橋核、三叉神經(jīng)復(fù)合體、脊髓的腹側(cè)角等多個運動和感覺核團。這提示CM-Pf復(fù)合體可能具有對運動和感覺信息整合的功能。最近Tande等又發(fā)現(xiàn)靈長類的Pf有向內(nèi)、外側(cè)蒼白球,黑質(zhì)和底丘腦核發(fā)出的纖維投射,提示Pf能夠?qū)⒏杏X運動信息傳回基底神經(jīng)三、cm-pf組的神經(jīng)電生理1.電刺激對cm-pf基因表達的影響Luys第一個把“中央中體”描述為一個處理軀體感覺輸入的獨立核團”。1960年,Mehler等對猴的研究發(fā)現(xiàn),中央外側(cè)核內(nèi)有高密度的脊髓丘腦束纖維末梢,CM-Pf復(fù)合體內(nèi)有密度相對較低的脊髓丘腦束纖維末梢。1962年,Albe-Fessard等又發(fā)現(xiàn)貓的CM處神經(jīng)元對有害刺激敏感,接著又發(fā)現(xiàn)Pf處神經(jīng)元也有此特性。接下來,研究者們確定了丘腦板內(nèi)核群內(nèi)疼痛敏感神經(jīng)元的數(shù)量。貓的Pf、CL和Pc核內(nèi)72%的細胞對有害刺激敏感。大鼠板內(nèi)核群內(nèi)58%的細胞對疼痛刺激敏感。對于人.Ishijima等在內(nèi)側(cè)丘腦毀損術(shù)前,記錄到CM-Pf復(fù)合體內(nèi)25%的細胞對傷害性針刺敏感,但大多數(shù)神經(jīng)元對熱刺激不敏感。1983年,Durinian等對貓的研究發(fā)現(xiàn)電針刺激引起的外周傷害性刺激對束旁核復(fù)合體(parafascicularcomplex,PFC)的自發(fā)和誘發(fā)電活動產(chǎn)生影響。且有學(xué)者認為Pf內(nèi)存在對傷害性刺激有不同反應(yīng)的三類神經(jīng)元:第一類為刺激時產(chǎn)生反應(yīng)神經(jīng)元,第二類神經(jīng)元對傷害性刺激的反應(yīng)表現(xiàn)為神經(jīng)沖動發(fā)放進行性下降,被稱為刺激后產(chǎn)生反應(yīng)神經(jīng)元,第三類為無反應(yīng)神經(jīng)元Bushnell等發(fā)現(xiàn)猴子CL、CM、Pf和中央背側(cè)核(mediodorsalnucleus,MD)內(nèi)的疼痛敏感神經(jīng)元受感覺缺失和注意的調(diào)節(jié)Gura等將貓的牙髓受刺激后的板內(nèi)核群(CM、CL、Pf、MD)神經(jīng)元的反應(yīng)與特異性感覺接替核一腹后內(nèi)側(cè)核(ventralposteriomedialnucleus,VPM)的反應(yīng)進行比較后發(fā)現(xiàn),VPM內(nèi)神經(jīng)元對外周低閾值纖維受到的刺激更敏感,面板內(nèi)核群則對高閾值纖維受到的刺激更敏感。研究者對電刺激腦內(nèi)其他核團對CM-Pf復(fù)合體傷害感受反應(yīng)的影響也進行了研究。既往有報道低強度刺激(0.1～0.2mA)小腦外側(cè)核,抑制刺激時產(chǎn)生反應(yīng)神經(jīng)元自發(fā)性和傷害誘發(fā)放電,而高強度刺激(0.4～0.6mA)可使其兩種放電都增強;刺激小腦外側(cè)核對刺激后產(chǎn)生反應(yīng)神經(jīng)元的自發(fā)性和傷害誘導(dǎo)放電產(chǎn)生強度依賴性抑制,從而推測小腦外側(cè)核對Pf核的傷害誘導(dǎo)反應(yīng)有調(diào)節(jié)作用。刺激中縫背核也可以降低Pf神經(jīng)元對傷害性刺激的反應(yīng)。2.類神經(jīng)元活動的調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)pf對循環(huán)入射線溫度的作用刺激尾狀核、黑質(zhì)和軀體感覺皮層均可引起CM-Pf復(fù)合體神經(jīng)元出現(xiàn)短暫的興奮性突觸后電位,之后出現(xiàn)持續(xù)性的抑制性突觸后電位。隨后發(fā)現(xiàn)刺激大鼠Pf可引起底丘腦產(chǎn)生具有兩個興奮時相的復(fù)雜反應(yīng),且第一個興奮反應(yīng)不受蒼白球或內(nèi)囊毀損的影響,被認為是單突觸驅(qū)動的;向Pf內(nèi)微量注射其興奮性物質(zhì)卡巴膽堿可引起底丘腦持續(xù)的放電頻率增加,從而說明束旁核對底丘腦神經(jīng)元有激活作用。此后,對Pf與底丘腦間的功能關(guān)系進行更深人的研究,發(fā)現(xiàn)向Pf內(nèi)微量注射卡巴膽堿可提高同側(cè)底丘腦核神經(jīng)元放電率119%,注射其抑制性物質(zhì)毒蠅蕈淳可降低放電率91%,而對側(cè)丘腦出現(xiàn)相反的現(xiàn)象,注射卡巴膽堿放電率降低了49%,注射毒蠅蕈淳放電率升高了47%;興奮毒性毀損Pf使同側(cè)和對側(cè)底丘腦神經(jīng)元放電分別降低69%和34%.從而推測Pfa在通過底丘腦核調(diào)節(jié)雙側(cè)基底神經(jīng)核方面起重要作用。之后,又發(fā)現(xiàn)電刺激大鼠Pf可引起蒼白球出現(xiàn)具有2.3ms穩(wěn)定潛伏期的單峰興奮性反應(yīng),卡巴膽堿對Pf的興奮性刺激可使蒼白球的放電頻率提高142%,而毀損Pf則可使蒼白球的放電頻率下降,且毀損也具有Pf興奮性輸入的底丘腦后,Pf的這種興奮作用仍然存在,但效果發(fā)生降低。這些發(fā)現(xiàn)說明Pf向蒼白球有興奮性輸入,且束旁核對蒼白球的直接興奮性作用可間接地被底丘腦加強=Matsumoto等對猴的研究發(fā)現(xiàn)CM和Pf核的大部分神經(jīng)元對行為性任務(wù)中出現(xiàn)的視覺(53%)、聽覺的嘟嘟聲(61%)或咔嗒聲(91%)刺激有反應(yīng);且CM和Pf核的很多神經(jīng)元對任務(wù)環(huán)境外出現(xiàn)的不可預(yù)料的聽覺、視覺或軀體感覺刺激有反應(yīng);這些神經(jīng)元可分成兩類:一類具有短潛伏期的易化反應(yīng)(short-latencyfacilitatoryresponses,SLF神經(jīng)元,主要位于Pf核),另一類具有長潛伏期的易化反應(yīng)(long-latencyfacilitatoryresponses,LLF神經(jīng)元,主要位于CM核);但這兩類神經(jīng)元只對開始兒次的警覺刺激,如意外的鼓掌聲和噪音,發(fā)生反應(yīng),相同的刺激漸漸的對它們變得不敏感,這種感覺刺激的習(xí)慣化尤其常見于LLF神經(jīng)元;且這兩類神經(jīng)元的反應(yīng)與感覺刺激是否與獎賞相聯(lián)系無關(guān),而紋狀體的高活躍性神經(jīng)元(tonicallyactiveneurons,TANs)與之相反,在相同情況下優(yōu)先對與獎賞聯(lián)系的刺激起反應(yīng);抑制CM和Pf核的神經(jīng)元活動可以使紋狀體內(nèi)的TANs的間歇和反彈易化反應(yīng)消失;從而假設(shè)CM和Pf核處的神經(jīng)元為紋狀體神經(jīng)元提供有關(guān)行為中的重要感覺事件的信息。四、cm-pf復(fù)合體對大鼠學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)目前,對CM-Pf復(fù)合體功能的研究發(fā)現(xiàn)其具有功能異質(zhì)性,即其參與了腦內(nèi)多種活動的完成,這可能與CM-Pf復(fù)合體的多纖維聯(lián)系有關(guān)。概括起來,CM-Pf復(fù)合體被認為主要具有以下功能:(1)CM-Pf復(fù)合體是內(nèi)側(cè)疼痛系統(tǒng)的一部分,與疼痛的情感、動機尺度發(fā)生有關(guān)。(2)CM-Pf復(fù)合體參與了基底節(jié)環(huán)路組成,對運動有調(diào)控作用。(3)CM-Pf復(fù)合體是網(wǎng)狀皮層丘腦接替核,非特異性丘腦皮層投射系統(tǒng)的一部分,與覺醒有關(guān),參與調(diào)節(jié)大腦皮層興奮性。(4)CM-Pf復(fù)合體在注意定位中起重要作用。對CM-Pf復(fù)合體功能的研究還有其他一些發(fā)現(xiàn)。Guillazo-Blanch等發(fā)現(xiàn)刺激Pf可以提高大鼠的短期(24h)記憶能力,且這種效應(yīng)在刺激Pf的中央?yún)^(qū)域時最明顯,但持續(xù)刺激該核大鼠的記憶能力并不能得到進一步提高,而且也不能提高大鼠的長期(21d)記憶能力。Sos-Hinojosa等發(fā)現(xiàn)刺激大鼠的Pf可以提高短期(24h)記憶能力,而長期(11d)記憶能力無明顯變化。在后續(xù)的研究中乂發(fā)現(xiàn),毀損基底核大細胞部可以損害長期記憶,刺激Pf后部既可以提高短期記憶(24h)能力,也可以提高長期記憶能力,且可以改善毀損基底核大細胞部引起的長期記憶損害,這些結(jié)果說明了Pf與學(xué)習(xí)和記憶的調(diào)節(jié)有關(guān)。CM-Pf復(fù)合體似乎也與動物的逃避反應(yīng)有聯(lián)系。有研究發(fā)現(xiàn)電刺激CM-Pf復(fù)合體的腹側(cè)部可以促進貓的逃跑行為CM-Pf復(fù)合體的病變與一些功能性神經(jīng)疾病也有重要關(guān)系。Orieux等發(fā)現(xiàn)Parkinson病模型大鼠的束旁核內(nèi)投射到底丘腦核的神經(jīng)元代謝較對照組顯著增加,這推測底丘腦神經(jīng)元的過度活躍與束旁核對其興奮性輸入增加有關(guān)。Henderson等將Parkinson病患者的黑質(zhì)、CM-Pf復(fù)合體及鄰近的丘腦核團分別與年齡匹配的正常人的黑質(zhì)、CM-Pf復(fù)合體及鄰近的丘腦核團進行對照研究,發(fā)現(xiàn)實驗組平均70%的黑質(zhì)神經(jīng)元和30%～40%的CM-Pf復(fù)合體神經(jīng)元發(fā)生退化消失,而鄰近的丘腦核團未發(fā)生退化,從而說明CM-Pf復(fù)合體是Parkinson病的另一個非多巴胺能神經(jīng)元退化位點。這些發(fā)現(xiàn)都說明CM-Pf復(fù)合體在Parkinson病的病理生理學(xué)中扮演重要角色。五、cm-pf復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)模型CM-Pf復(fù)合體為丘腦內(nèi)髓板內(nèi)重要結(jié)構(gòu),與大腦皮層和腦內(nèi)大量核團有著神經(jīng)纖維聯(lián)系,參與