Udział jąder podstawy w powstawaniu reakcji emocjonalnych.pdf

Artykuł poglądowy/ Review article

Udział jąder podstawy w regulacji funkcji emocjonalnych

The involvement of the basal ganglia structures in regulation

of emotional functions

Ilona Laskowska 1 , Marcin Ciesielski 1 , Edward Jacek Gorzelańczyk 1,2,3

1 Pracownia Neuropsychologii i Psychofizjologii, Instytut Psychologii, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy

2 Regionalny Zespół Opieki Paliatywnej – Dom Sue Ryder w Bydgoszczy

3 Szpital dla Nerwowo i Psychicznie Chorych im. dr. Józefa Bednarza w Świeciu

Neuropsychiatria i Neuropsychologia 2008; 3, 3–4: 107–115

Adres do korespondencji:

Ilona Laskowska

Pracownia Neuropsychologii i Psychofizjologii

Instytut Psychologii, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego

ul. Leopolda Staffa 1, 85-867 Bydgoszcz

dr hab. Edward Jacek Gorzelańczyk, prof. UKW

Regionalny Zespół Opieki Paliatywnej – Dom Sue Ryder

w Bydgoszczy

Dział Badań Naukowych

ul. Roentgena 3, 85-796 Bydgoszcz

tel./faks +48 52 329 00 95, +48 52 348 56 42

e-mail: medsystem@medsystem.com.pl

Streszczenie

Jądra podstawy odpowiadają za kontrolę aktywności ru-

chowej. Stosunkowo niewielka część literatury uwzględ-

nia ich rolę w procesach emocjonalnych i poznawczych.

W artykule opisano znaczenie jąder podstawy w proce-

sach emocjonalnych. Wyróżnia się pięć obwodów koro-

wo-podstawnych: ruchowy, okoruchowy, przedczołowy

grzbietowo-boczny, oczodołowo-czołowy oraz limbicz-

ny. Przy uszkodzeniach struktur wchodzących w skład

trzech ostatnich pętli obserwuje się zaburzenia emocjo-

nalne, takie jak depresja, mania, lęk i apatia. Lewostron-

ne uszkodzenie gałki bladej jest czynnikiem ryzyka

wystąpienia depresji w chorobie Parkinsona, a nadmier-

na aktywność jądra ogoniastego towarzyszy zaburze-

niom obsesyjno-kompulsyjnym. Dysfunkcje pętli

oczodołowo-czołowej często prowadzą do zmian osobo-

wościowych, takich jak: rozhamowanie, wesołkowatość

nieadekwatna do sytuacji, sztywność zachowania, trud-

ności w okazywaniu emocji, skrajny introwertyzm. Pę-

tle oczodołowo-czołowa i limbiczna odgrywają ważną

rolę w depresji. Jądra podstawy uczestniczą również

w rozpoznawaniu ekspresji emocji oraz w percepcji mi-

miki, a prążkowie stanowi istotną część układu nagro-

dy i motywacji.

Abstract

The basal ganglia are involved in motor control.

However, recent studies have focused on the role of basal

ganglia in emotional and cognitive processes. In the

present paper we review studies on basal ganglia and

emotions. There are five basal ganglia-frontocortical

circuits: motor, oculomotor, dorsolateral prefrontal,

lateral orbitofrontal and limbic. Dysfunctions of the last

three circuits are associated with emotional impairments

such as depression, mania, anxiety, and apathy. Lesion

of left globus pallidus leads to depression in Parkinson’s

disease patients. Moreover, hyperactivity of the caudate

nucleus is linked with the emergence of obsessive-

compulsive disorders. Dysfunction of the lateral

orbitofrontal circuit gives rise to personality changes

marked by loss of control, inappropriate jesting,

inflexible behavior, difficulties in expression of emotions

and extreme introversion. The lateral orbitofrontal and

limbic circuits play an important role in depression. The

basal ganglia are involved in expression and perception

of emotions. The striatum is likely to take part in reward

processes and motivated behaviour.

Key words: basal ganglia, frontocortical circuits,

emotional deficits

Słowa kluczowe: jądra podstawy, obwody korowo-pod-

stawne, deficyty emocjonalne

Neuropsychiatria i Neuropsychologia 2008

107

Ilona Laskowska, Marcin Ciesielski, Edward Jacek Gorzelańczyk

W skład jąder podstawy ( ganglia basales )

wchodzi kilka połączonych ze sobą anatomicz-

nie i funkcjonalnie podkorowych skupisk istoty

szarej, którym tradycyjnie przypisywano udział

w kontroli aktywności ruchowej (Groenewegen

2003). Są to: prążkowie ( striatum ) przedzielone

przez torebkę wewnętrzną ( capsula interna ) na ją-

dro ogoniaste ( nucleus caudatus ) i skorupę ( puta-

men ), gałka blada składająca się z części bocznej

(zewnętrznej) ( globus pallidus pars externalis

– GPe) i przyśrodkowej (wewnętrznej) ( globus

pallidus pars internalis – GPi), jądro niskowzgó-

rzowe ( nucleus subthalamicus – STN), zaliczane

do międzymózgowia, oraz znajdująca się w śród-

mózgowiu istota czarna ( substantia nigra ), zbu-

dowana z położonej przyśrodkowo części zbitej

( substantia nigra pars compacta – SNpc) i bocznie

części siatkowatej ( substantia nigra pars reticula-

ta – SNpr). Gałka blada oddzielona jest od bocz-

nie położonej skorupy i wraz z nią nosi nazwę

jądro soczewkowate ( nucleus lentiformis ). Prążko-

wie i skorupa tworzą wspólnie ciało prążkowa-

ne ( corpus striatum ), określane niekiedy jako

prążkowie. Prążkowie dzieli się też na część

grzbietową ( striatum dorsalis ) i brzuszną ( striatum

ventralis ) (Groenewegen 2003). W przedniej czę-

ści prążkowia brzusznego znajduje się jądro pół-

leżące ( nucleus accumbens ), które składa się z jądra

półleżącego prążkowia ( nucleus accumbens striati )

oraz jądra półleżącego przegrody ( nucleus accum-

bens septi ). Jądro półleżące przegrody funkcjonal-

nie związane z prążkowiem jest anatomicznie

zaliczane do układu limbicznego, a nie do jąder

podstawy (Morgane i wsp. 2005).

Jądra podstawne są często zaliczane do ukła-

du pozapiramidowego, choć nazwa ta nie ma

uzasadnienia neurobiologicznego. Wcześniej sto-

sowany podział, który nie uwzględniał powią-

zań funkcjonalnych, do jąder podkorowych

zaliczał skupiska istoty szarej znajdujące się

w obu półkulach mózgu, takie jak: jądro ogo-

niaste ( nucleus caudatus ), skorupa ( putamen ), gał-

ka blada ( globus pallidus ), ciało migdałowate

( amygdala ), przedmurze ( claustrum ) (Moryś

i Narkiewicz 2003).

Obecnie prążkowie brzuszne zalicza się do ją-

der podstawy. Przyjęto, że jądra podstawy (po-

za prążkowiem brzusznym) kontrolują ruchy

mięśni szkieletowych, zwłaszcza ruchy zautoma-

tyzowane, uczenie się i realizację wyuczonych

sekwencji ruchów, zapoczątkowanie ruchu,

utrzymywanie postawy ciała, koordynację ru-

chów szybkich naprzemiennych oraz ruchów

mięśni zewnętrznych gałki ocznej (Alexander

1986; Groenewegen 2003). Kontrolę motoryki

mięśni szkieletowych wiąże się z pętlami moto-

ryczną (ang. motor circuit ) i okoruchową (ang.

oculomotor circuit ). Pętla przedczołowa grzbieto-

wo-boczna, pętla oczodołowo-czołowa i pętla

przedniej części zakrętu obręczy są związane

z kontrolą czynności poznawczych i emocji.

Pętla ruchowa (ang. motor circuit ) odpowie-

dzialna jest za automatyczną aktywność rucho-

wą związaną z utrzymywaniem postawy oraz

odruchami, jak również za regulację napięcia

mięśniowego (Groenewegen 2003). Odgrywa

istotną rolą w rozpoczynaniu i płynnym wy-

konaniu czynności ruchowej mięśni szkieleto-

wych, zwłaszcza przy ruchach zależnych od woli.

Zaburzenia czynności tej pętli mogą powodo-

wać sztywność mięśniową, bradykinezę, akine-

zę i hipokinezę (w zespołach parkinsonowskich)

bądź niekontrolowane ruchy kończyn (np. plą-

sawica Huntingtona, balizm).

Pętla okoruchowa (ang. oculomotor circuit )

uczestniczy w kontroli skokowych ruchów gałek

ocznych (Alexander 1986). Eferentne połączenia

do wzgórka górnego ( superior colliculus – Sc) z ko-

rowych obszarów mózgu i jąder podkorowych,

zwłaszcza istoty czarnej siatkowatej, umożliwia-

ją kontrolę szybkich ruchów gałek ocznych

poprzez hamowanie ruchów zakłócających wy-

konanie zadania (Hikosaka 2000). Przypuszczal-

nie neurony brzuszno-bocznej części istoty czarnej

oraz jądra ogoniastego odgrywają istotną rolę

w ruchach mięśni zewnętrznych gałek ocznych,

kontrolowanych zarówno przez neurony, w któ-

rych zapamiętane są informacje dotyczące wcześ-

niej wykonywanych ruchów (ang. memory-guided

saccades ), jak i neurony reagujące na aktualnie do-

cierające bodźce wzrokowe (ang. visually-guided

saccades ). Przy uszkodzeniu pętli okoruchowej mo-

że dochodzić do zaburzeń fiksacji wzroku (Ale-

xander 1986), zaniedbywania stronnego

i deficytów uwagi, obserwowanych podczas wy-

konywania szybkich ruchów ukierunkowanych

na bodźce (Hikosaka 2000). Okoruchowe defi-

cyty wywołane uszkodzeniami jąder podstawy

(np. choroba Parkinsona, choroba Huntingtona)

mogą wywoływać zaburzenia ruchów skokowych,

zależnych od wcześniej zapamiętanych informa-

cji dotyczących ruchu. Ponadto chorzy ci mają

trudności z intencjonalnym hamowaniem ruchów

gałek ocznych, wywoływanych działaniem bodź-

ców wzrokowych.

Pętla przedczołowa grzbietowo-boczna (ang.

dorsolateral prefrontal circuit ) jest odpowiedzialna

za wybór celów, planowanie, programowanie se-

kwencji czynności psychicznych i zachowań, prze-

łączanie między zadaniami, pamięć roboczą

werbalną i przestrzenną, samokontrolę oraz me-

tapoznanie (Royall i wsp. 2002). Zaburzenia

108

Neuropsychiatria i Neuropsychologia 2008

Udział jąder podstawy w regulacji funkcji emocjonalnych

funkcji tej pętli mogą prowadzić do nieprawidło-

wej kolejności zachowań językowych i zmniejsze-

nia fluencji słownej (DeLong i Wichmann 2007).

Pętla oczodołowo-czołowa (ang. lateral orbito-

frontal circuit ) bierze udział w zapoczątkowaniu

motywowanych nagrodą zachowań społecznych

oraz hamowaniu zachowań mogących skutkować

karą (Royall i wsp. 2002). Uszkodzenie tego

obwodu może powodować: rozhamowanie zacho-

wań, zmiany w osobowości, brak kontroli i labil-

ność emocjonalną, drażliwość oraz wesołkowatość

(DeLong i Wichmann 2007), wystąpienie zacho-

wań perseweracyjnych, utrudniających właściwy

odbiór informacji z otoczenia i przystosowanie się

do konkretnej sytuacji (Royall i wsp. 2002).

Pętla przedniej części zakrętu obręczy (pętla

limbiczna – anterior cingulate circuit ) odgrywa ro-

lę w kontroli zachowania i korekcji błędów, a jej

uszkodzenie prowadzi do apatii i braku spon-

taniczności. Obniżonemu nastrojowi towarzy-

szy osłabienie afektu i adynamia ruchowa

(Royall i wsp. 2002).

Schemat połączeń jąder podstawy z korą móz-

gu świadczy o podobieństwie regulacji funkcji

motorycznych i emocjonalnych (Alexander

i wsp. 1990). Do każdego z obwodów docho-

dzą informacje z wielu obszarów kory mózgu

(tab. 1.). W prążkowiu informacje przetwarza-

ne przez obwody częściowo na siebie zachodzą.

W gałce bladej i w istocie czarnej, a następnie

we wzgórzu informacje z różnych obwodów

zbiegają się. Ze wzgórza informacje docierają

do ograniczonych obszarów kory mózgu, które

kontrolują funkcje motoryczne, emocjonalne

i poznawcze. Taka organizacja funkcjonalna

umożliwia dobór czynności ruchowych i psy-

chicznych zależnie od napływających informa-

cji ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego

(Morgane i wsp. 2005).

Czynności motoryczne regulowane są przez

aktywność dwóch dróg neuronalnych: bezpośred-

niej i pośredniej (ryc. 1.), które podlegają kon-

troli układu nigrostriatalnego – części zbitej istoty

czarnej (Mandir i Lenz 1998). Prążkowie jest po-

łączone ze wzgórzem drogami przechodzącymi

przez część wewnętrzną gałki bladej i część siat-

kowatą istoty czarnej. Droga bezpośrednia bie-

gnie z prążkowia przez część przyśrodkową gałki

bladej i część siatkowatą istoty czarnej do wzgó-

rza (co powoduje aktywację hamujących neuro-

nów wzgórza i aktywuje korę mózgu) i dalej

do kory mózgu (Morgane i wsp. 2005). Droga

pośrednia z prążkowia przechodzi przez boczną

WZGÓRZE

KORA MÓZGU

ISTOTA CZARNA

(część zbita)

PRĄŻKOWIE

GABA/D1/SP/DYN

GABA/D2/ENK

GABA GABA

GABA

GPi

cAMP ↑

GPe

cAMP ↓

jądro

niskowzgórzowe

Ryc. 1. Ogólny schemat konceptualny połączeń i kontroli funkcji

pętli korowo-podkorowych

część gałki bladej i dociera do jądra niskowgó-

rzowego (hamując przekaźnictwo glutamater-

giczne jądra niskowzgórzowego), skąd aksony

docierają do części przyśrodkowej gałki bladej

i dalej do wzgórza oraz kory mózgu. Regulacja

pobudzenia kory mózgu odbywa się m.in. po-

przez neurony prążkowia (średnie neurony kol-

cowe). Do średnich komórek kolcowych docierają

aksony neuronów glutamatergicznych z kory mó-

zgu (droga korowo-prążkowiowa). Aksony śred-

nich neuronów kolcowych wydzielają kwas

1 Wykazano istnienie trzech typów morfologicznie identycznych średnich komórek kolcowych, które łączą się z GPe, a komórki typ II i III z SNpr,

a typ III także z GPi (Wu i wsp. 2000).

Neuropsychiatria i Neuropsychologia 2008

109

-aminomasłowy i hamują czynność gałki bladej.

Wyróżnia się morfologicznie nierozróżnialne dwie

populacje komórek kolcowych prążkowia 1 :

• komórki z receptorami dla dopaminy D1

zawierające substancje P (SP) i dynorfinę

(DYN) (GABA/D1/SP/DYN), których ak-

sony kończą się w GPi (droga bezpośred-

nia) (Mink 1999);

• komórki z receptorami dla dopaminy D2

zawierające enkefalinę (ENK) (GABA/D2/

ENK), których aksony kończą się w GPe

(droga pośrednia).

Tabela 1. Pięć równoległych pętli podstawno-wzgórzowo-korowych (Mink 1999; Bochenek i Reicher 2006)

Element pętli

Pętle

ruchowa

okoruchowa

przedczołowa

grzbietowo-boczna

oczodołowo-czołowa

limbiczna (przednia część

zakrętu obręczy)

kora mózgu

• pole przedruchowe

• pierwszorzędowa kora

ruchowa

• kora somatosensoryczna

• dodatkowe pole ruchowe

• grzbietowo-boczna kora

przedczołowa

• tylna kora ciemieniowa

• czołowe pole okoruchowe

• tylna kora ciemieniowa

• pole przedruchowe

• kora przedczołowa

grzbietowo-boczna

• górny i dolny zakręt

skroniowy

• przednia część zakrętu obręczy

• boczna kora oczodołowo-

czołowa

• kora hipokampa

• kora śródwęchowa

• górny i dolny zakręt

skroniowy

prążkowie

jądro ogoniaste

skorupa

trzon

głowa

prążkowie brzuszne

część środkowa

część grzbietowo-boczna

część brzuszno-przyśrodkowa

pallidum gałka blada

część wewnętrzna

brzuszno-boczna

grzbietowo-przyśrodkowa

(część tylna)

grzbietowo-przyśrodkowa

(część boczna)

grzbietowo-przyśrodkowa

(część środkowa)

przednio-boczna

istota czarna

część siatkowata

tylno-boczna

brzuszno-boczna

przednio-boczna

przednio-przyśrodkowa

przednio-grzbietowa

brzuszna gałka blada

wzgórze jądro

brzuszno-przednie 1

część wielokomórkowa

(część boczna) 6

część drobnokomórkowa

część wielkokomórkowa

(część przyśrodkowa)

brzuszno-boczne 2

• część przednia (dziobowa) 4

• część przyśrodkowa 5

przednie (grupa)

przyśrodkowo-grzbietowe 3

część przyblaszkowa 7

część drobnokomórkowa

część wielkokomórkowa

część tylno-przyśrodkowa

1 jądro brzuszne przednie ( nucleus ventralis anterior ) = jądro brzuszne przednio-boczne ( nucleus ventralis anteromedialis )

2 jądro brzuszne boczne ( nucleus ventralis lateralis ) = jądro brzuszne pośrednie ( nucleus ventralis intermedius )

3 jądro przyśrodkowe grzbietowe ( nucleus medialis dorsalis ) = jądro przyśrodkowe wzgórza ( nucleus medialis )

4 jądro brzuszno-boczne, część przednia (dziobowa) ( nucleus ventrolateralis pars oralis )

5 jądro brzuszno-boczne, część przyśrodkowa ( nucleus ventrodorsalis pars medialis )

6 jądro brzuszno-przednie, część wielkokomórkowa ( nucleus anterioir pars magnocellularis )

7 jądro przyśrodkowe-grzbietowe wzgórza, część przyblaszkowa (najbardziej boczna) ( nucleus medialis dorsalis pars paralamellaris )

Udział jąder podstawy w regulacji funkcji emocjonalnych

Do obu populacji średnich komórek kolco-

wych docierają pobudzenia z komórek drogi ni-

grostriatalnej, których ciała znajdują się w części

zbitej istoty czarnej. Droga nigro-striatalna

zwiększa aktywność drogi bezpośredniej i hamu-

je aktywność drogi pośredniej (Groenewegen

2003). Dopamina wydzielana na zakończeniach

aksonów drogi nigrostriatalnej powoduje w ko-

mórkach GABA/D1/SP/DYN zwiększenie,

a w komórkach GABA/D2/ENK zmniejszenie

stężenia cyklicznego 3’5-adenozynomofosfora-

nu (cAMP). Aktywność kory mózgu jest propor-

cjonalna do stężenia cAMP.

Neurony glutamatergiczne jądra niskowzgó-

rzowego (droga pośrednia) pobudzają część ze-

wnętrzną gałki bladej, zmniejszając aktywność

neuronów wzgórza i kory mózgu. Prążkowie ha-

muje neurony bocznej części gałki bladej, co pro-

wadzi do odhamowania glutamatergicznych

komórek jądra niskowzgórzowego i pobudzenia

gałki bladej przyśrodkowej. Zmiany aktywności

drogi bezpośredniej i pośredniej umożliwiają po-

budzenie ściśle określonych obszarów kory móz-

gu z jednoczesnym zahamowaniem obszarów,

które nie biorą udziału w realizacji określonego

ruchu czy czynności psychicznej (Groenewegen

2003).

Następstwem uszkodzenia różnych struktur

wchodzących w skład określonej pętli podstaw-

no-wzgórzowo-korowej może być wystąpienie

podobnych objawów (Royall i wsp. 2002). Obec-

ność patologii w jądrach podstawy może powo-

dować objawy uszkodzenia określonej pętli lub

zespół objawów świadczących o uszkodzeniu kil-

ku z nich. Na objawy zlokalizowanych uszkodzeń

składowych pętli korowo-podkorowych mogą

nakładać się objawy z uszkodzeń innych obsza-

rów mózgu czynnościowo połączonych z pętla-

mi, ale niebędącymi elementami pętli. Znajomość

połączeń, struktur pętli ułatwia diagnostykę neu-

ropsychologiczną dotyczącą patologii jąder pod-

stawy (np. w chorobie Parkinsona).

-Mestres 2002) oraz w zaburzeniach obsesyjno-

-kompulsyjnych (OCD) (Scarone i wsp. 1992).

Zbliżony obraz zaburzeń emocjonalnych do ob-

serwowanych w chorobach neurodegeneracyj-

nych spotyka się w przebiegu infekcji wirusem

HIV i w zespole nabytego upośledzenia odpor-

ności (AIDS) (Villa i wsp. 2007). W 36% przy-

padków osób z AIDS bądź w stadiach wiremii

HIV poprzedzających wystąpienie tego zespo-

łu stwierdza się zaburzenia funkcji psychicznych

typowe dla dysfunkcji jąder podstawy (Becker

i wsp. 1997).

Najczęściej zmiany emocjonalne stwierdzane

u pacjentów z uszkodzeniami jąder podstawy

mają postać depresji lub manii, zaburzeń lęko-

wych bądź apatii. Zaburzenia emocjonalne wią-

że się zwłaszcza ze zmianami w prążkowiu, gałce

bladej oraz w strukturach połączonych bezpo-

średnio z jądrami podstawy, w ciele migdało-

watym mającym połączenie z prążkowiem

brzusznym, wzgórzu i w obszarach przyśrodko-

wej kory czołowej (Bauman i wsp. 1999; Ring

i Serra-Mestres 2002; Phillips i wsp. 2003a).

W depresji nawracającej stwierdza się zmiany

objętości w jądrach podstawy, zwłaszcza w de-

presji o późnym początku (Krishnan i wsp.

1992). Nie wiadomo, czy zmiany te są przyczy-

ną czy skutkiem depresji.

Lewostronne uszkodzenie jąder podstawy jest

czynnikiem ryzyka wystąpienia depresji w cho-

robie Parkinsona (Cole i wsp. 1996). Uszkodze-

nia zewnętrznego segmentu lewej gałki bladej

u osób z zespołem Fahra tłumaczy występowa-

nie objawów ciężkiej depresji (Lauterbach i wsp.

1997). W 89% przypadków chorych z podko-

rowymi ogniskowymi zawałami zatokowymi

z wtórną depresją zlokalizowano uszkodzenia

w gałce bladej, przy czym najczęściej lewostron-

nie. U osób z depresją wielką zaobserwowano

zmniejszenie, w porównaniu z osobami zdrowy-

mi, objętości lewej gałki bladej i skorupy (Lacer-

da i wsp. 2003). Analiza obrazów uzyskanych

metodą rezonansu magnetycznego wykazała, że

objętość gałki bladej jest tym mniejsza, im więk-

sza jest liczba nawrotów depresji, a objętość sko-

rupy zmniejsza się wraz z czasem trwania

choroby. U osób depresyjnych stwierdzono

zwiększoną aktywność gałki bladej i skorupy,

natomiast w gałce bladej u samobójców zwięk-

szoną wrażliwość receptorów serotoninergicz-

nych (Lauterbach 1999). Niektóre z objawów

depresyjnych (apatia, wycofywanie się, utrata za-

interesowań) występują u osób z obustronnymi

uszkodzeniami gałki bladej (Cummings 1993).

Związek między zaburzeniem funkcji gałki bla-

dej a depresją wyjaśnia koncepcja pętli korowo-

Jądra podstawy a emocje

Z wyników badań neuroobrazowych i obser-

wacji klinicznych wynika, że w przebiegu cho-

rób neurodegeneracyjnych i przy uszkodzeniu

struktur podkorowych może dochodzić do za-

burzeń emocjonalnych (Lacerda i wsp. 2003).

Najczęściej zaburzenia emocjonalne obserwuje

się w chorobie Parkinsona (Aarsland i wsp.

1999), chorobie Huntingtona (Rosenblatt i Le-

roy 2000) oraz chorobie Wilsona (Lauterbach

2000), zespole Gilles’a de la Tourette’a (GTS)

(Robertson 2000), chorobie Fahra (Ring i Serra-

Neuropsychiatria i Neuropsychologia 2008

111

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: