中央中核-束旁核复合体研究进展

中央中核-束旁核复合体研究进展

中央核横截面组（cm-pf）是丘脑板内核组的重要组成部分。与该壳和基底核之间有丰富的纤维连接，但研究人员很少。但是随着深部脑刺激术作为运动障碍性疾病和顽固性疼痛等功能性神经疾病的治疗方法被人们接受,CM-Pf复合体作为有效靶点,而重新受到研究者们的关注,在基础、临床应用等多方面被广泛研究。一、cm-pf产物CM-Pf复合体位于丘脑内髓板内,由中央中核(centromediannucleus,CM)和束旁核(parafascicularnucleus,Pf)两者组成,是板内核群的重要组成部分。Jones,将板内核群分成前后两群。前群包括菱形核(rhomboidnucleus,Rh)、中央内侧核(centralmedialnucleus,CeM)、中央旁核(paracentralnucleus,Pc)和中央外侧核(centrallateralnucleus,CL);后群包括CM和Pf。CM在人和灵长类动物发育良好,为板内核群中最大者,而低等哺乳动物的CM仅具雏形,对于大鼠,其Pf相当于人的中央中核。CM位于丘脑的中1/3处,在背内侧核后部的腹外侧和腹后核的内上方,其内侧与Pf相互交错。Pf位于背内侧核后份的腹侧和CM的内侧,它被缰核脚间束所穿过,将其分成内、外侧两部。其内侧与导水管周围灰质前部相接。由于CM内侧与Pf无明显分界线,故学者们常将这两个核合称CM-Pf复合体。CM-Pf复合体在立体定向功能性神经外科中的靶点中心坐标值为,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组神经纤维连接1.马克思主义神经纤维结构CM-Pf复合体接受脊髓丘脑束和三叉丘系的神经纤维。在大脑皮层向CM-Pf复合体的传入纤维中,CM主要接受运动皮层(Brodman4区)的投射,而Pf主要接受额叶前皮层的投射。CM-Pf复合体也接受基底神经核和丘脑内其他核团的纤维投射。Tsumori等、发现大鼠Pf的腹外侧部不仅接受黑质网状部(substantianigraparsreticulata,SNr)的纤维投射还接受丘脑网状核(reticularthalamicnucleus,RT)的纤维投射。Sidibe等在猴脑内也发现黑质网状部向Pf核有大量的神经纤维投射。大鼠的Pf还接受黑质外侧部的纤维投射。对灵长类动物的研究显示与人的苍白球内侧部(globuspallidus,parsintema,Gpi)是同功异质体的脚内核向CM-Pf复合体发出相当多的纤维投射。此纤维是通过纹状体的Nauta-Mehler环的一部分。Krout发现大鼠的Pf核接受臂旁核的神经纤维投射。Pf核也接受来自导水管周围灰质核团的纤维投射,而后者与疼痛发生过程的阿片样调节有关。Lai等发现大鼠的Pf外侧部的背侧2/3还接受前庭内侧核的纤维投射,而此处的Pf神经元又向纹状体的背外侧部发出神经纤维,从而可以推测Pf参与前庭内侧核输出信息的处理。最近,Cavalcante等发现狨猴的Pf还接受视网膜的神经纤维投射。板内核群的其他传入纤维来源于中脑和脑干的网状结构、小脑、上丘、顶盖前区和蓝斑等。2.cm-pf复合布的结构CM-Pf复合体的传出纤维投射到纹状体、大脑皮层、扣带冋前部和其他的丘脑核团等。Vercelli等研究发现大鼠的Pf向纹状体的纤维投射最密,其次是额叶,最后是扣带回,均严格地向同侧投射,且Pf内侧的多数神经元投射到上述结构的内侧,反之亦然。板内核群向纹状体的纤维投射有相当数量的重叠,然而CM-Pf复合体的纤维倾向于更多地投射到纹状体的特异性部分,CM核投射到壳核,Pf核投射到尾状核。CM-Pf复合体,尤其是Pf核也发出纤维投射到底丘脑核。Marini等研究发现大鼠的Pf的下行纤维可投射到外侧膝状体核、丘脑网状核、底丘脑核、未定带、黑质、红核、导水管周围灰质、上丘、网状结构、中缝核、脑桥核、三叉神经复合体、脊髓的腹侧角等多个运动和感觉核团。这提示CM-Pf复合体可能具有对运动和感觉信息整合的功能。最近Tande等又发现灵长类的Pf有向内、外侧苍白球,黑质和底丘脑核发出的纤维投射,提示Pf能够将感觉运动信息传回基底神经三、cm-pf组的神经电生理1.电刺激对cm-pf基因表达的影响Luys第一个把“中央中体”描述为一个处理躯体感觉输入的独立核团”。1960年,Mehler等对猴的研究发现,中央外侧核内有高密度的脊髓丘脑束纤维末梢,CM-Pf复合体内有密度相对较低的脊髓丘脑束纤维末梢。1962年,Albe-Fessard等又发现猫的CM处神经元对有害刺激敏感,接着又发现Pf处神经元也有此特性。接下来,研究者们确定了丘脑板内核群内疼痛敏感神经元的数量。猫的Pf、CL和Pc核内72%的细胞对有害刺激敏感。大鼠板内核群内58%的细胞对疼痛刺激敏感。对于人.Ishijima等在内侧丘脑毁损术前,记录到CM-Pf复合体内25%的细胞对伤害性针刺敏感,但大多数神经元对热刺激不敏感。1983年,Durinian等对猫的研究发现电针刺激引起的外周伤害性刺激对束旁核复合体(parafascicularcomplex,PFC)的自发和诱发电活动产生影响。且有学者认为Pf内存在对伤害性刺激有不同反应的三类神经元:第一类为刺激时产生反应神经元,第二类神经元对伤害性刺激的反应表现为神经冲动发放进行性下降,被称为刺激后产生反应神经元,第三类为无反应神经元Bushnell等发现猴子CL、CM、Pf和中央背侧核(mediodorsalnucleus,MD)内的疼痛敏感神经元受感觉缺失和注意的调节Gura等将猫的牙髓受刺激后的板内核群(CM、CL、Pf、MD)神经元的反应与特异性感觉接替核一腹后内侧核(ventralposteriomedialnucleus,VPM)的反应进行比较后发现,VPM内神经元对外周低阈值纤维受到的刺激更敏感,面板内核群则对高阈值纤维受到的刺激更敏感。研究者对电刺激脑内其他核团对CM-Pf复合体伤害感受反应的影响也进行了研究。既往有报道低强度刺激(0.1～0.2mA)小脑外侧核,抑制刺激时产生反应神经元自发性和伤害诱发放电,而高强度刺激(0.4～0.6mA)可使其两种放电都增强;刺激小脑外侧核对刺激后产生反应神经元的自发性和伤害诱导放电产生强度依赖性抑制,从而推测小脑外侧核对Pf核的伤害诱导反应有调节作用。刺激中缝背核也可以降低Pf神经元对伤害性刺激的反应。2.类神经元活动的调节和调节pf对循环入射线温度的作用刺激尾状核、黑质和躯体感觉皮层均可引起CM-Pf复合体神经元出现短暂的兴奋性突触后电位,之后出现持续性的抑制性突触后电位。随后发现刺激大鼠Pf可引起底丘脑产生具有两个兴奋时相的复杂反应,且第一个兴奋反应不受苍白球或内囊毁损的影响,被认为是单突触驱动的;向Pf内微量注射其兴奋性物质卡巴胆碱可引起底丘脑持续的放电频率增加,从而说明束旁核对底丘脑神经元有激活作用。此后,对Pf与底丘脑间的功能关系进行更深人的研究,发现向Pf内微量注射卡巴胆碱可提高同侧底丘脑核神经元放电率119%,注射其抑制性物质毒蝇蕈淳可降低放电率91%,而对侧丘脑出现相反的现象,注射卡巴胆碱放电率降低了49%,注射毒蝇蕈淳放电率升高了47%;兴奋毒性毁损Pf使同侧和对侧底丘脑神经元放电分别降低69%和34%.从而推测Pfa在通过底丘脑核调节双侧基底神经核方面起重要作用。之后,又发现电刺激大鼠Pf可引起苍白球出现具有2.3ms稳定潜伏期的单峰兴奋性反应,卡巴胆碱对Pf的兴奋性刺激可使苍白球的放电频率提高142%,而毁损Pf则可使苍白球的放电频率下降,且毁损也具有Pf兴奋性输入的底丘脑后,Pf的这种兴奋作用仍然存在,但效果发生降低。这些发现说明Pf向苍白球有兴奋性输入,且束旁核对苍白球的直接兴奋性作用可间接地被底丘脑加强=Matsumoto等对猴的研究发现CM和Pf核的大部分神经元对行为性任务中出现的视觉(53%)、听觉的嘟嘟声(61%)或咔嗒声(91%)刺激有反应;且CM和Pf核的很多神经元对任务环境外出现的不可预料的听觉、视觉或躯体感觉刺激有反应;这些神经元可分成两类:一类具有短潜伏期的易化反应(short-latencyfacilitatoryresponses,SLF神经元,主要位于Pf核),另一类具有长潜伏期的易化反应(long-latencyfacilitatoryresponses,LLF神经元,主要位于CM核);但这两类神经元只对开始儿次的警觉刺激,如意外的鼓掌声和噪音,发生反应,相同的刺激渐渐的对它们变得不敏感,这种感觉刺激的习惯化尤其常见于LLF神经元;且这两类神经元的反应与感觉刺激是否与奖赏相联系无关,而纹状体的高活跃性神经元(tonicallyactiveneurons,TANs)与之相反,在相同情况下优先对与奖赏联系的刺激起反应;抑制CM和Pf核的神经元活动可以使纹状体内的TANs的间歇和反弹易化反应消失;从而假设CM和Pf核处的神经元为纹状体神经元提供有关行为中的重要感觉事件的信息。四、cm-pf复合体对大鼠学习和记忆的调节目前,对CM-Pf复合体功能的研究发现其具有功能异质性,即其参与了脑内多种活动的完成,这可能与CM-Pf复合体的多纤维联系有关。概括起来,CM-Pf复合体被认为主要具有以下功能:(1)CM-Pf复合体是内侧疼痛系统的一部分,与疼痛的情感、动机尺度发生有关。(2)CM-Pf复合体参与了基底节环路组成,对运动有调控作用。(3)CM-Pf复合体是网状皮层丘脑接替核,非特异性丘脑皮层投射系统的一部分,与觉醒有关,参与调节大脑皮层兴奋性。(4)CM-Pf复合体在注意定位中起重要作用。对CM-Pf复合体功能的研究还有其他一些发现。Guillazo-Blanch等发现刺激Pf可以提高大鼠的短期(24h)记忆能力,且这种效应在刺激Pf的中央区域时最明显,但持续刺激该核大鼠的记忆能力并不能得到进一步提高,而且也不能提高大鼠的长期(21d)记忆能力。Sos-Hinojosa等发现刺激大鼠的Pf可以提高短期(24h)记忆能力,而长期(11d)记忆能力无明显变化。在后续的研究中乂发现,毁损基底核大细胞部可以损害长期记忆,刺激Pf后部既可以提高短期记忆(24h)能力,也可以提高长期记忆能力,且可以改善毁损基底核大细胞部引起的长期记忆损害,这些结果说明了Pf与学习和记忆的调节有关。CM-Pf复合体似乎也与动物的逃避反应有联系。有研究发现电刺激CM-Pf复合体的腹侧部可以促进猫的逃跑行为CM-Pf复合体的病变与一些功能性神经疾病也有重要关系。Orieux等发现Parkinson病模型大鼠的束旁核内投射到底丘脑核的神经元代谢较对照组显著增加,这推测底丘脑神经元的过度活跃与束旁核对其兴奋性输入增加有关。Henderson等将Parkinson病患者的黑质、CM-Pf复合体及邻近的丘脑核团分别与年龄匹配的正常人的黑质、CM-Pf复合体及邻近的丘脑核团进行对照研究,发现实验组平均70%的黑质神经元和30%～40%的CM-Pf复合体神经元发生退化消失,而邻近的丘脑核团未发生退化,从而说明CM-Pf复合体是Parkinson病的另一个非多巴胺能神经元退化位点。这些发现都说明CM-Pf复合体在Parkinson病的病理生理学中扮演重要角色。五、cm-pf复合膜的结构模型CM-Pf复合体为丘脑内髓板内重要结构,与大脑皮层和脑内大量核团有着神经纤维联系,参与