Рассказы о том, что в мозге даже совсем небольшие структуры выполняют важные функции, уже давно ни у кого не вызывают удивления. Но всё же осознание того, что участки ещё меньшего в размера в тех же самых структурах тоже по-разному работают и много за что ответственны, вызывает восхищение. Ранее мы уже рассказывали про небольшой, но важный гипоталамус и его многочисленные ядра. Теперь пришёл черёд рассказать про таламус и его ядра.
Таламус. Сredit: Wikimedia Commons
Таламус, или, по-другому, зрительные бугры – парный орган, который находится между передним и средним отделами головного мозга и по бокам III желудочка. По форме он похож на куриное яйцо размером в 3-4 сантиметра. Его передний конец заострён и иногда его называют «передний бугорок», а задний утолщён и называется “подушка”. Таламус невелик, но занимает примерно 80% от всего объёма промежуточного мозга. В каждом из таламусов можно выделить внутреннюю, наружную, верхнюю и нижнюю поверхности. Зрительные бугры связаны с большим числом структур нервной системы, в том числе с гипоталамусом, мозжечком, базальными ганглиями, гиппокампом, корой головного мозга, спинным мозгом.
Таламус собирает информацию от всех органов чувств организма (кроме обоняния) и отправляет к коре головного мозга. Получается, что у каждой сенсорной системы там есть свой «представитель» – особое ядро. По сути таламус можно себе представить как хаб, в который концентрируется много-много информации и затем она транслируется нужным адресатам. Интересно, что, по имеющимся сведениям, не вся информация, которая приходит в зрительные бугры, отправляется к коре, а лишь некоторая часть. Другая часть, вероятно, принимает участие в формировании безусловных и, возможно, условных рефлексов.
Помимо сбора и распределения сенсорной информации, таламус контролирует циклы сна и бодрствования, участвует и в процессе запоминания, осуществляет контроль сознанием автоматических движений. Насчёт последнего, объясним, что этот орган – важнейшее звено системы, которая обеспечивает контроль за привычными нам движениями (бег, ходьба, прыжки, плавание). Ещё таламус регулирует сознание, потому как соединяет участки коры, которые отвечают за восприятие, с другими отделами головного и спинного мозга.
Как и в случае гипоталамуса, в таламусе тоже есть ядра. Это скопления нервных клеток, образующих серое вещество, которые несут определённую функцию. Остальная часть таламуса заполнена белым веществом.
Ядра
Некоторые учёные считают термин «ядра» не совсем корректным и внутри структур, которые так называются, выделяют «подъядра». Можно делать так, а можно обойтись более крупными структурами. Поэтому мы будем говорить о некоторых скоплениях как о «ядрах», хоть, возможно, корректнее было бы разделять их ещё на большее число. Тем не менее, данная статья – не учебник, и наша цель – просто и понятно рассказать о ядрах и группах ядер вообще.
Ядра таламуса
Группа передних ядер таламуса обозначена на рисунке как AN. Считается, что они играют роль в контроле бодрствования, вовлечены в процесс обучения и эпизодическую память. И так же они – часть лимбической системы.
Группа средних ядер таламуса, или дорсомедиальное ядро (на рисунке MD), занимает довольно большой объём таламуса и важно в процессе запоминания, внимания, планирования, абстрактного мышления. Так же оно задействовано, когда человек одновременно выполняет множество действий (так называемый мультитаскинг, который мы никому не рекомендуем). Если нарушается работа этого ядра, то возникает состояние, которое называется «синдром Корсакова». Человек перестаёт запоминать события настоящего, при этом более-менее хорошо может воспроизводить воспоминания о прошлом.
Вентральная группа ядер (на рисунке VNG) состоит из трёх ядер. Первое – переднее вентральное ядро (VA), которое участвует в процессе движения. Оно часто поражается при болезни Паркинсона. Второе – переднее латеральное ядро (VL), задействовано в координации движений и в процессе планирования совершить какое-то движение. Ещё оно играет роль и в том, чтобы учиться двигаться. Это актуально не только для маленьких детей, как можно сразу подумать, но и для взрослых, которые учатся танцевать или плавать. Третье ядро – заднее вентральное (VPL и VPM), важная часть соматосенсорной системы. Оно воспринимает информацию от прикосновений, положения тела в пространстве (или «мышечного чувства» проприоцепции), боли, вкуса, возбуждения и даже желания почесаться.
Пульвинарное ядро (на рисунке PUL) – ответственно за визуальное внимание. У человека он занимает до 40% таламуса, то есть оно одно из самых больших ядер. Если в нём что-то пойдёт не так, то может появиться одностороннее пространственное игнорирование – когда мозг человека не реагирует на то, что показывают со стороны, противоположной поражённой. Например, при проблеме с левой частью этого ядра, человек либо не видит то, что происходит справа, либо не может сконцентрировать внимание на происходящем. Другим проявлением проблемы с пульвинарным ядром может быть синдром дефицита внимания и гиперактивности.
Метаталамус (на рисунке MTh) – представлен двумя образованиями: парными медиальными коленчатыми телами (на рисунке MG), которые играют роль подкоркового центра слухового анализатора, и латеральными коленчатыми телами (на рисунке LG). Последние — точно такой же подкорковый центр, но уже зрительного анализатора. Оба эти анализатора связаны с центрами соответствующих анализаторов в коре головного мозга. Считается, что MG могут определять интенсивность и длительность звука.
Таламус, как предполагаемый биомаркер психических расстройств
Особенности таламической морфологии при различных нейропсихиатрических расстройствах могут предоставить важную информацию о начале, прогрессировании и исходе расстройство , а также ответе на лечение. Созревание таламуса и коры тесно связано, так что таламическая аномалия в раннем периоде развития нервной системы может ухудшить нормальное развитие коры (и наоборот), и, что не удивительно, патология зрительного бугра вовлечена в нейробиологию шизофрении. Таламус (от греческого слова thalamos, используемый для обозначения самой внутренней комнаты, кладовой ) можно разделить на дорсальные и вентральные отделы: дорзальный таламус состоит из ядер, имеющих взаимные связи с корой головного мозга и полосатым телом , тогда как вентральный таламус обычно не посылает свои проекции в кору. У людей дорсальный таламус представляет собой парную структуру со стратегическим центральным расположением между другими подкорковыми структурами и корой. Два отдельных дорзального таламуса расположены у основания каждого полушария головного мозга по обе стороны от третьего желудочка соответственно. Дорзальный таламус имеет передние, медиальные и боковые подразделения, определяемые изогнутым листом миелинизированных волокон, называемым внутренней медуллярной пластинкой. Эти подразделения состоят из различных ядер таламуса, а их разделение основанно на цитоархитектуре, структурах связности и функциональности, при этом эти ядра обладают многими функциями.
Существует два типа нейронов в дорзальных таламических ядрах, которые можно отличить по их морфологии и хемоархитектуре: локально действующие гамкергические интернейроны и глутаматергические ретрансляционные клетки, выступающие за пределы таламуса. Физиологические свойства нейлонов ретрансляции таламуса показывают, что они могут подвергаться двум основным типам режимов отклика, которые будут определять характер сообщения, передаваемого в кору: считается, что режим импульсного ответа используется для обнаружения сигнала, тогда как режим тонического ответа который, как полагают, используется таламическими ретрансляционными ячейками для более точного анализа сигналов. Было высказано предположение, что нарушение процессов модуляции (т. е. переход от анализа сигнала к детектированию сигнала) может привести к аберрантной значимости, например, наблюдаемой при шизофрении.
Считается, что ядра дорзального таламуса получают два типа афферентных волокон, которые классифицируются как модуляторы, независимо от их происхождения (т. е. коркового или подкоркового), и которые могут быть определены на основе их синаптической морфологии и постсинаптических действий. В этом смысле драйверами являются по существу те афференты к таламусу, которые переносят сообщение, передаваемое таламокортикальными клетками, тогда как модуляторы — это афференты к таламусу, которые влияют на то, как это сообщение передается этими таламокортикальными клетками. Таламические ядра можно классифицировать по афферентам, которые они получают. Первичные (или первичные) ядра получают свои драйверы из периферийной или подкорковой структуры и получают модуляторы из пирамидальных клеток в слое VI ипсилатеральной коры. В этой схеме визуальные, соматосенсорные и слуховые афференты посылают периферическую сенсорную информацию в ядра первого порядка таламуса. С другой стороны, ядра высшего порядка (или ассоциации) получают свои драйверы из пирамидальных клеток ,находящихся в слое V ипсилатеральной коры. В этой схеме реле более высокого порядка передают сообщения от одной области коры до другой, например, относительно выхода на моторные или премоторные центры из кортикальной области. Подобно тому, как сенсорная информация проходит через ядра первого порядка по пути к коре, так и кортико — кортикальная информация проходит через ядра более высокого порядка (с прямыми кортико — кортикальными путями, обеспечивающими некоторую другую функцию, например, модуляторную); что бросает вызов традиционному представлению о кортико — кортикальной передаче сигналов. Что касается режима реакции ретрансляционных ячеек в ядрах более высокого порядка, считается, что импульс ( всплеск ) и тонические моды используются аналогичным образом: режим всплеска может быть задействован для указания сдвига в структуре выхода в транстохостической кортико — кортикальной связи (от одной кортикальной область к другой), и тонизирующий режим затем включается ячейками реле более высокого порядка для более надежной передачи информации в другую область коры. Следует отметить, что исследования показывают, что в ядрах более высокого порядка больше разрывов, чем в реле первого порядка. Несмотря на ограниченность, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что драйверы для реле более высокого порядка исходят из нескольких различных областей коры, что предполагает, что реле, вероятно, будет представлять несколько различных функций. По меньшей мере половина таламуса вовлечена в транстохастическую кортико — кортикальную коммуникацию, это подразумевает, что нарушение такого типа сигнализации может влиять на более высокие кортикальные функции. Функция таламо — кортикальных входов в кору (как в первом, так и в более высоком порядке) может заключаться в том, чтобы обновить кору в последнем при моторных командах.
Традиционно при визуализации отображаются многие из афферентных и эфферентных связей таламуса, в том числе афферентные связи для ядер первого порядка, а также топографически организованные пути таламо — кортикального и кортико — таламического типа первого и более высокого порядка. Транс-синаптическая нейродегенерация была отмечена, как механизм нейродегенеративного заболевания, при котором деафферентация от кортикальных нейронов может привести к синаптической дисфункции и, следовательно, распространению патологии нейронов по уязвимым нейронным сетям. Это может быть одним из механизмов, который приводит к подкорковой патологии, такой как потеря нейронов при нейродегенеративных заболеваниях, о чем свидетельствует поражение полосатого тела при болезни Хантингтона (HD), лобно-височной деменции (FTD) и болезни Альцгеймера (AD). Учитывая топографическую связь таламуса с корой, можно было бы предсказать, что таламус может служить картой структурных изменений кортикальных афферентных путей при различных нейродегенеративных заболеваниях.
С точки зрения нейронной цепи существует ряд четко определенных анатомических петель, связанных с таламусом. Например, считается, что линии фронтальной — стриатной таламо — кортикальной петли образуют основную сеть, благодаря которой двигательная активность и поведение опосредуются, и могут объяснить сходство поведенческих изменений при лобных кортикальных и подкорковых расстройств. Таламус является критическим центром в этих сетях. Предполагается, что кортико-подкорковые поражения при процессах нейродегенеративных заболеваний могут разъединять эти схемы, и это лежит в основе проявленной нейропсихиатрической дисфункции, такой как когнитивные и поведенческие нарушения, наблюдаемые, например, при FTLD. Аналогичным образом, дисфункция мозжечково-локулярных путей также связана с нейропсихиатрическим заболеванием. Нарушение нейронных цепей, связывающих кору, таламус и мозжечок, может играть в патогенезе шизофрении значимую роль , полагая, что нарушение этой схемы может зависеть от эмоциональной и когнитивной дисфункции.
Исключая большинство обонятельных входов, все сенсорные тракты на пути к коре головного мозга сначала проходят через дорзальный таламус. Считалось, что функция дорзального таламуса не ограничивается передачей информации, и действительно она была описана как «шлюз» к коре. С точки зрения текущей концептуализации таламической функции считается, что таламическое реле функционирует как блокирующий вентиль (а не интегратор из нескольких сообщений) с его ячейками реле компонентов, передающими сообщение от их афферентного движения (будь то кортикальный или подкорковый ) к коре; сигнализация происходит либо в импульсном, либо в тоническом режимах, хотя и с небольшими изменениями. Правда не совсем ясно, какое преимущество сохраняется, когда отправляется информацию через таламус, прежде чем она достигнет области коры. При концептуализации роли таламуса при нейропсихиатрических расстройствах будет полезно рассмотреть отказ нервных схем, связанных с таламусом, а не нейропсихиатрические симптомы, возникающие непосредственно из самого таламуса. Роль таламической патологии в состоянии болезни тогда можно было бы считать неудачей ее релейных функций или ненормальности стробирования, которая действует на сообщения, которые она получает.
При шизофрении отмечатеся объемный дефицит таламуса относительно размера мозга , и при этом показано, что таламический размер отрицательно коррелирует с серьезностью симптомов шизофрении. Таламический дефицит объема был зарегистрирован при психозах первого эпизода, у пациентов с плохими лекарственными препаратами для лечения шизофрении, а также у тех пациентов, которые принимали антипсихотические препараты, и имеются противоречивые данные о том, увеличивается ли объем таламика при лечении антипсихотическими препаратами.
Если что-то ломается
Как вы могли заметить, у таламуса сложная структура и его функции разнообразны, поэтому, если начинает неправильно работать какой-то из его участков, то могут проявляться совершенно разные симптомы. И если происходят изменения в работе таламуса, это может влиять на функционирование всего организма в целом. Ведь он несёт такую важную роль перераспределителя. Например, может начаться антероретроградная амнезия, при которой человек забывает события, произошедшие после начала заболевания. При этом память о том, что предшествовало появлению симптомов, остаётся нетронутой. Другое редкое заболевание, затрагивающее таламус, впервые описали в 1979 году. Это «фатальная семейная бессонница». Если в гене PRPN произошла определённая мутация, то в участке таламуса, регулирующего сон, начинают накапливаться амилоидные бляшки. Из-за неправильной работы этого отдела человек перестаёт спать. Мутация в гене передаётся по родословной, оттого в названии и есть слово «семейная». Известен только примерно в 40 семьях по всему миру и был у 100 людей. Существует и другая разновидность, это «спорадическая фатальная бессонница», которая так же не имеет особенного лечения, и причина которой так же в неправильной работе таламуса.
Для лечения некоторых заболеваний, которые затрагивают таламус, применяют электроды, которые имплантируются в мозг и могут стимулировать определённую его часть. Например, это используется для устранения симптомов болезни Паркинсона. Метод инвазивный и изменяет электрическую активность, потому для пациентов с такими стимуляторами противопоказана процедура магнитно-резонансной томографии. Зато стимуляцию можно прекратить в любой момент и электроды возможно изъять. Более кардинальным решением является хирургическое вмешательство, когда намерено разрушают определённые участки таламуса – таламотомия. Его используют для лечения тремора при болезни Паркинсона.
Текст: Надежда Потапова
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
