Базальные ганглии: Всеобъемлющий обзор анатомии, функций и клинических аспектов

Распространенность болезни Паркинсона, одного из наиболее известных заболеваний, связанных с базальными ганглиями, достигает 1% в возрастной группе старше 60 лет и увеличивается до 2,6–4% среди лиц старше 85 лет. Эти ошеломляющие цифры ярко иллюстрируют не только медицинскую, но и социальную актуальность глубокого изучения базальных ганглиев — сложного комплекса подкорковых ядер, играющих центральную роль в регуляции движения, когнитивных процессов и эмоциональной сферы. Их дисфункция лежит в основе широкого спектра тяжелых неврологических расстройств, значительно снижающих качество жизни и требующих всестороннего понимания для разработки эффективных методов диагностики и лечения.

Настоящий реферат призван предоставить всеобъемлющий и структурированный обзор базальных ганглиев. Мы погрузимся в их тонкую анатомию, проследим лабиринтные нейронные связи, раскроем многогранные физиологические функции и подробно рассмотрим ассоциированные с ними патологии. Особое внимание будет уделено современным методам исследования, позволяющим взглянуть на эти структуры с невиданной ранее детализацией.

Исторический экскурс: От первых наблюдений до молекулярных открытий

История изучения базальных ганглиев — это увлекательное путешествие от первых, зачастую неточных анатомических наблюдений до глубокого понимания молекулярных механизмов их функционирования и патологии. Еще в XVII-XVIII веках анатомы, такие как Томас Уиллис, описывали отдельные крупные скопления серого вещества в глубине мозга, но их истинное значение оставалось загадкой. Термин «базальные ганглии» (*ganglia basalia*) впервые был введен немецким анатомом Самуэлем Томасом Зёммерингом в конце XVIII века, хотя его определение было шире современного.

Переломный момент наступил в XIX веке, когда благодаря работам Жана-Мартена Шарко и его учеников были систематизированы клинические проявления двигательных расстройств, связанных с этими структурами, включая знаменитую «дрожательную паралич» (позднее названную болезнью Паркинсона). В начале XX века российские неврологи, такие как В.М. Бехтерев, внесли значительный вклад в понимание экстрапирамидной системы, куда входят базальные ганглии, и их роли в регуляции мышечного тонуса и автоматизированных движений.

Середина XX века ознаменовалась бурным развитием нейрохимии и фармакологии, что позволило выявить ключевые нейромедиаторные системы, в частности дофаминергическую, и понять ее критическую роль в патогенезе болезни Паркинсона. Открытие Леводопы стало революцией в лечении этого заболевания, подтвердив значение дофамина. В последние десятилетия, благодаря прогрессу в методах нейровизуализации (МРТ, ПЭТ) и генетике, представления о базальных ганглиях значительно расширились. Были идентифицированы генетические мутации, лежащие в основе таких заболеваний, как болезнь Гентингтона, и разработаны методы ранней диагностики, что открывает новые горизонты для таргетной терапии. Таким образом, путь от макроскопических описаний до понимания сложных молекулярных каскадов подчеркивает динамичность и глубину изучения этих жизненно важных мозговых структур.

Анатомия базальных ганглиев: Структура и топография

Базальные ганглии, представляющие собой сложный архитектурный ансамбль из скоплений серого вещества, расположены в глубине больших полушарий конечного мозга. Подобно древним городам, скрытым под слоями более поздних построений, они находятся между лобными долями и промежуточным мозгом, формируя основу больших полушарий. Традиционно, их «ядро» составляют полосатое тело (*corpus striatum*), бледный шар (*globus pallidus*) и ограда (*claustrum*). Однако, для полноты функционального понимания, к этому комплексу также относят субталамическое ядро (*nucleus subthalamicus*) из промежуточного мозга и черную субстанцию (*substantia nigra*), расположенную в среднем мозге, что подчеркивает их тесную взаимосвязь и интеграцию в общие нейронные сети.

Основные компоненты базальных ганглиев

Полосатое тело (*corpus striatum*), названное так из-за характерного полосатого вида на срезах, формируемого проходящими через него волокнами внутренней капсулы, является ключевым «входом» в систему базальных ганглиев. Оно состоит из двух основных частей:

• Хвостатое ядро (*nucleus caudatus*) — это удивительно протяженная С-образная структура, словно обнимающая таламус и внутреннюю капсулу. Ее передний отдел утолщен и известен как головка (*caput nuclei caudati*), которая формирует латеральную стенку переднего рога бокового желудочка. Головка примыкает к переднему продырявленному веществу, где происходит ее соединение со скорлупой. Постепенно сужаясь кзади, головка переходит в тело (*corpus nuclei caudati*), лежащее в области дна центральной части бокового желудочка. Завершается эта структура хвостом (*cauda*), который, изящно изгибаясь, участвует в образовании крыши нижнего рога бокового желудочка и достигает миндалевидного тела в височной доле. Такое протяженное строение позволяет хвостатому ядру простираться практически во все доли большого мозга — от лобных до теменных, затылочных и височных, выполняя функции, связанные с пространственной памятью и когнитивным контролем движений.
• Скорлупа (*putamen*) является наиболее латеральной частью так называемого чечевицеобразного ядра (*nucleus lentiformis*). Вместе с бледным шаром она образует эту линзовидную структуру, глубоко погруженную в белое вещество полушарий.

Бледный шар (*globus pallidus*) — это паллидум, филогенетически более древнее образование по сравнению с неостриатумом. Он разделяется на два сегмента: наружный (GPe) и внутренний (GPi), каждый из которых играет уникальную роль в сложной динамике регулирования движения. GPi, в частности, является одним из основных выходных ядер базальных ганглиев, проецируясь к таламусу.

Ограда (*claustrum*) — одна из самых загадочных и интригующих структур мозга. Это тонкая, нерегулярная пластинка серого вещества, едва заметная глазу, которая прилегает или даже присоединяется к внутреннему слою неокортекса, в особенности под островковой корой. У человека ее толщина варьируется от долей миллиметра до нескольких миллиметров, в среднем составляя около 2 мм. Филогенетические исследования показали, что ограду нельзя напрямую связать ни с корковой пластинкой, ни с полосатым телом; она представляет собой уникальное промежуточное образование. Ее точная функция до сих пор остается предметом активных исследований, но предполагается, что она играет роль в интеграции мультисенсорной информации и сознании.

Функционально связанные структуры:

• Субталамическое ядро (*nucleus subthalamicus*), расположенное в промежуточном мозге, играет критическую роль в непрямом пути базальных ганглиев, усиливая тормозное влияние на таламус.
• Черная субстанция (*substantia nigra*), находящаяся в среднем мозге, состоит из двух частей:
  • Компактная часть (*pars compacta*), содержащая дофаминергические нейроны, является основным источником дофамина для полосатого тела и критически важна для инициации и модуляции движений.
  • Сетчатая часть (*pars reticulata*), подобно GPi, является выходным ядром, проецирующимся к таламусу и верхним холмикам, участвуя в контроле движений глаз и общей двигательной активности.

Топографические отношения

Базальные ганглии расположены в самой глубине больших полушарий, окруженные сложной сетью белого вещества, которая обеспечивает связь между различными отделами мозга. Эти волокна образуют так называемые капсулы:

• Внутренняя капсула (*capsula interna*) — плотное образование белого вещества, расположенное между таламусом и чечевицеобразным ядром, а также между хвостатым ядром и чечевицеобразным ядром. Она содержит восходящие и нисходящие пути, связывающие кору с подкорковыми структурами и стволом мозга.
• Наружная капсула (*capsula externa*) — пластинка белого вещества, лежащая латеральнее чечевицеобразного ядра, между ним и оградой.
• Крайняя капсула (*capsula extrema*) — еще более латеральная пластинка белого вещества, расположенная между оградой и островком (инсулярной корой).

Взаимодействие этих структур, их точное пространственное расположение и плотные связи формируют сложную систему, функционирование которой критически важно для всего организма. Нарушение целостности или работы даже одного из компонентов может привести к глубоким и разрушительным неврологическим расстройствам, что подчеркивает взаимозависимость всех элементов этой сложной архитектуры.

Нейронные связи базальных ганглиев: Сложные петли регуляции

Базальные ганглии функционируют как сложный центр переключения и модуляции, интегрируя сигналы от обширных областей коры больших полушарий и других подкорковых структур, а затем направляя обработанную информацию обратно в кору через таламус, а также к центрам ствола мозга и мозжечка. Этот процесс является критическим для перехода от абстрактного замысла движения к его конкретной реализации, обеспечивая гибкость и адаптивность моторного поведения.

Афферентные пути

Входящие, или возбуждающие (афферентные), импульсы поступают в базальные ганглии по нескольким ключевым путям:

• Корково-стриарные проекции: Эти пути являются основными «воротами» для информации от коры головного мозга к базальным ганглиям. Нейроны из практически всех областей коры больших полушарий, включая ассоциативные и сенсорные зоны, а также критически важные моторные и премоторные зоны (поля 2, 4, 6, 8), направляют свои аксоны к полосатому телу. Эти проекции преимущественно глутаматергические, то есть используют глутамат как возбуждающий нейромедиатор, что обеспечивает мощный входной сигнал, который затем модулируется внутри базальных ганглиев.
• Таламо-стриарные проекции: Полосатое тело также получает входные сигналы от неспецифических (внутрипластинчатых) ядер таламуса, таких как центромедианное и парафасцикулярное ядра. Эти проекции также преимущественно глутаматергические. Они обеспечивают не только прямую связь, но и важную обратную связь, которая модулирует активность стриатума и субталамического ядра. Более того, ростральные внутрипластинчатые ядра таламуса передают импульсы от восходящей ретикулярной формации к коре, способствуя общей активации коры и влияя на уровень бодрствования и сознания, тем самым интегрируя базальные ганглии в более широкие системы регуляции состояния мозга.
• Дофаминергические проекции: От компактной части черной субстанции (*substantia nigra pars compacta*, SNc) среднего мозга поступают жизненно важные дофаминергические волокна к полосатому телу. Этот нигростриарный путь играет центральную роль в модуляции активности базальных ганглиев, влияя на инициацию и выбор движений. Нарушение этого пути лежит в основе болезни Паркинсона.
• Проекции от ядер шва: Нейроны ядер шва, продуцирующие серотонин, также посылают волокна к полосатому телу, модулируя его активность и участвуя в таких процессах, как настроение и тревожность, что подчеркивает интеграцию базальных ганглиев в эмоциональные и когнитивные сети.

Эфферентные пути

Выходные, или эфферентные, волокна базальных ганглиев несут обработанную информацию к другим отделам мозга:

• Стриато-паллидарные и стриато-нигральные проекции: Основная масса нейронов полосатого тела, представленная ГАМК-ергическими средними шипиковыми проекционными нейронами (*medium spiny projection neurons*, MSNs), посылает аксоны к бледному шару и черной субстанции. Эти нейроны, составляющие до 75% клеток полосатого тела у человека, используют ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту) как тормозной нейромедиатор, обеспечивая мощное ингибирующее влияние на последующие звенья. MSNs делятся на подтипы: те, что содержат вещество P, проецируются к внутренней части бледного шара (GPi) и сетчатой части черной субстанции (SNr), формируя прямой путь; другие, содержащие энкефалин, проецируются к наружной части бледного шара (GPe), формируя непрямой путь.
• Паллидо-таламические проекции: Из внутренней части бледного шара (GPi) и сетчатой части черной субстанции (SNr) — основных выходных ядер базальных ганглиев — эфферентные волокна направляются к двигательным ядрам таламуса, прежде всего к переднему вентральному и вентролатеральному ядрам. Эти пути также являются преимущественно ГАМК-ергическими и тормозными. Таламус, в свою очередь, проецируется обратно в двигательные участки коры больших полушарий (поля 4 и 6). В покое, спонтанная высокочастотная импульсация из GPi/SNr подавляет активность таламокортикальных нейронов, ограничивая двигательную активность. При подготовке движения, фазическая импульсация от коры к стриатуму, через активацию прямого пути, временно подавляет активность GPi/SNr, что растормаживает таламокортикальные влияния и облегчает выбор и реализацию моторных программ.
• Проекции к стволу мозга и мозжечку: Другая часть эфферентных волокон из бледного шара и полосатого тела направляется к центрам ствола мозга, таким как ретикулярная формация и красное ядро, а также через нижнюю оливу к мозжечку. Эти связи позволяют базальным ганглиям модулировать двигательную активность на уровне ствола мозга и координировать ее с функциями мозжечка.

Функциональные петли базальных ганглиев

Сложные кольцевые петли, связывающие базальные ганглии с корой и таламусом, не ограничиваются одной лишь двигательной функцией, но и участвуют в регуляции высших психических функций. Выделяют несколько параллельно действующих функциональных петель, каждая из которых имеет свою специфику:

• Скелетомоторная петля: Эта петля соединяет премоторную, первичную моторную и соматосенсорную области коры со скорлупой. Импульсация из скорлупы направляется в бледный шар и черную субстанцию, а затем через вентролатеральное ядро таламуса возвращается в премоторную область коры (поле 6). Она служит для точной регуляции таких параметров движения, как амплитуда, сила и направление. Путь через черную субстанцию также регулирует сокращение мышц лица, обеспечивая тонкую мимическую моторику.
• Глазодвигательная петля: Эта петля, начинающаяся в лобном глазодвигательном поле (поле 8) и задней теменной коре (поле 7), проходит через хвостатое ядро и сетчатую часть черной субстанции (SNr). Далее, через переднее вентральное ядро таламуса, она возвращается в лобное глазодвигательное поле 8 и префронтальную кору. От SNr отходят тормозящие ГАМК-ергические волокна к верхним холмикам, где они модулируют нейроны, контролирующие непроизвольные саккады — быстрые движения глаз.
• Когнитивная петля: Эта петля начинается в ассоциативной лобной коре (включая дорсолатеральную префронтальную кору) и направляется к хвостатому ядру. Затем импульсы поступают во внутреннюю часть бледного шара, а оттуда через медиодорсальное и вентральное переднее ядра таламуса возвращаются в ассоциативную лобную кору. Эта петля играет ключевую роль в контроле мотиваций, прогнозировании, познавательной деятельности и планировании сложных, последовательных движений, длящихся 5 секунд и более. В этом контексте стриатум может рассматриваться как динамическая когнитивная карта репрезентаций действий.
• Лимбическая петля: Идущая от нижней префронтальной коры через прилежащее ядро (передний конец полосатого тела, часть вентрального стриатума) и вентральный отдел бледного шара, эта петля затем возвращается в нижнюю префронтальную кору через дорсальное медиальное ядро таламуса. Нейроны, находящиеся внутри стриосомы полосатого тела, получают нервные импульсы от лимбической коры и отдают проекции к компактной части черной субстанции, через которые базальные ганглии влияют на лимбическую систему, модулируя эмоциональную окраску движений и поведения.

Прямой и непрямой пути стриопаллидарной системы

Внутри стриопаллидарной системы выделяют две антагонистические, но взаимосвязанные петли, обеспечивающие тонкую регуляцию двигательной активности:

• Прямой путь: Нейроны полосатого тела, содержащие вещество P и ГАМК, проецируются непосредственно к внутренней части бледного шара (GPi) и сетчатой части черной субстанции (SNr). Активация этого пути приводит к торможению GPi и SNr, что, в свою очередь, растормаживает таламус, способствуя фасилитации (облегчению) движений.
• Непрямой путь: Нейроны полосатого тела, содержащие энкефалин и ГАМК, проецируются к наружной части бледного шара (GPe). GPe, в свою очередь, тормозит субталамическое ядро. Субталамическое ядро, будучи возбуждающим, проецируется к GPi и SNr. Таким образом, активация непрямого пути приводит к торможению GPe, что растормаживает субталамическое ядро, усиливая его возбуждающее влияние на GPi и SNr. Это, в конечном итоге, приводит к усилению торможения таламуса и, как следствие, к ингибиции (подавлению) избыточной моторики.

Баланс между этими прямым и непрямым путями является критически важным для нормального функционирования двигательной системы. Нарушение этого баланса, часто связанное с дефицитом дофамина, лежит в основе многих двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона (недостаточное облегчение движений) и хорея (избыточное облегчений движений).

Физиологические функции базальных ганглиев: От движений до высших когнитивных процессов

Базальные ганглии, неотъемлемая часть экстрапирамидной системы, представляют собой не просто центр управления движениями, но и сложную интегративную платформу, где пересекаются моторные, когнитивные и эмоциональные процессы. Их многогранная роль простирается от тонкой настройки мышечного тонуса до участия в принятии решений и формировании долговременной памяти.

Регуляция двигательной активности

Базальные ганглии играют ключевую роль в дирижировании оркестром произвольных движений, обеспечивая их плавность, точность и целенаправленность.

• Инициация, плавность и подавление нежелательных движений: Эти структуры являются критическими для перехода от замысла движения к его исполнению. Они не только инициируют выбранные двигательные программы, но и обеспечивают их плавность, словно оттачивая каждое движение. Особенно важна их функция в подавлении нежелательных, лишних движений. Этот механизм достигается благодаря так называемой «тормозной завесе», создаваемой бледным шаром (прежде всего его внутренней частью, GPi), который содержит крупные ГАМК-ергические клетки, постоянно выделяющие тормозной медиатор в таламус. Эта «завеса» предотвращает генерацию таламусом избыточных, ненужных двигательных программ. Активация прямого пути базальных ганглиев, словно «зеленый свет», «разрешает» движение, временно снимая торможение с таламуса, тогда как активация непрямого пути, подобно «красному свету», усиливает тормозное влияние, подавляя избыточную моторику.
• Формирование и хранение процедурных воспоминаний (моторное обучение, автоматизированные движения): Базальные ганглии — это главный архив для так называемых процедурных воспоминаний, формирующих процедурную память. Этот тип долговременной памяти отвечает за хранение информации о том, «как» выполнять определенные задачи и навыки. В отличие от декларативной памяти, она действует неосознанно и автоматически, например, при езде на велосипеде, плавании, наборе текста или игре на музыкальном инструменте. Эти структуры вовлечены в моторное обучение, позволяя путем повторения движений выбирать оптимальные пути для осуществления сложных двигательных программ и их автоматизации. Они запоминают цепочки и комплексы движений, в отличие от мозжечка, который скорее фокусируется на конкретных параметрах.
• Координация двигательной активности, контроль силы, амплитуды, скорости и направления: Базальные ганглии, наряду с мозжечком, являются структурами «программного обеспечения» движений, где заложены как генетически детерминированные, так и приобретенные программы взаимодействия различных групп мышц. Они активно участвуют в координации двигательной активности, выработке комплексных двигательных программ и осуществлении точного контроля над всеми ключевыми параметрами движения: его силой, амплитудой, скоростью и направлением, обеспечивая гибкость поведения и адекватное реагирование на меняющиеся условия.

Когнитивные функции

Помимо двигательной сферы, базальные ганглии глубоко интегрированы в когнитивные процессы, особенно те, что связаны с планированием и принятием решений.

• Роль хвостатого ядра в когнитивном контроле, планировании, пространственной и оперативной памяти: Хвостатое ядро, в частности, играет важную роль в когнитивном контроле двигательных актов. Оно получает основной объем входящих сигналов от ассоциативных областей коры больших полушарий, которые объединяют различные типы сенсорной и моторной информации в сложные мыслительные программы. Эти связи лежат в основе участия базальных ганглиев в задачах, требующих пространственной памяти и планирования последовательных и параллельных двигательных программ для достижения осознанных целей. Кроме того, хвостатое ядро активно участвует в корреляции и интеграции процессов оперативной (рабочей) памяти.
• Участие в контроле мотиваций, прогнозировании, познавательной деятельности и принятии решений: Базальные ганглии вовлечены в обеспечение сенсомоторного сопряжения, организацию последовательных действий, подкрепленных обучением (в том числе с использованием эмоционально значимых стимулов). Они участвуют в прогнозировании исхода действий и оценке вознаграждения, что делает их ключевыми элементами в системах подкрепления и принятия решений. Некоторые исследования показывают корреляцию между объемом хвостатого ядра и скорлупы и параметрами когнитивных нарушений, например, активного внимания, у пациентов с шизофренией. Нейроны базальных ядер активируются во время концентрации внимания и вырабатывают ацетилхолин, подчеркивая их роль в внимании и познавательной деятельности.

Эмоционально-мотивационные аспекты

Базальные ганглии также служат мостом между эмоциями и их внешним выражением.

• Модуляция эмоциональных реакций, влияние на мимическую мускулатуру и связь с лимбической системой: Лимбическая петля базальных ганглиев позволяет выражать эмоции через движения, такие как улыбки, жесты, принятие агрессивной или покорной позы. Нарушение дофаминергических окончаний в этой петле, например, при болезни Паркинсона, приводит к характерному маскообразному лицу и потере произвольной жестикуляции. Базальные ганглии тесно связаны с миндалевидным телом и гипоталамусом, участвуя в регулировании эмоциональных реакций (включая страх) и влияя на половое и пищевое поведение, что подчеркивает их роль в формировании целенаправленного, эмоционально окрашенного поведения.

Другие функции

Сфера влияния базальных ганглиев не ограничивается только двигательной и когнитивной деятельностью.

• Регуляция цикла сон-бодрствование, формирование условных рефлексов, вегетативные функции: Раздражение полосатого тела может вызывать появление высокоамплитудных ритмов, характерных для фазы медленного сна, путем торможения активирующих влияний неспецифических ядер таламуса на кору. Разрушение полосатого тела нарушает эту реакцию и уменьшает время сна. Таким образом, базальные ганглии влияют на корковый уровень бодрствования и процессы сна. Их влияние на кору больших полушарий преимущественно тормозящее. Среди вегетативных функций они регулируют сосудистые реакции, обмен веществ, теплообразование и тепловыделение, участвуя в гомеостазе организма. Бледный шар, в частности, вовлечен в регуляцию ориентировочных и оборонительных рефлексов, а его повреждение может изменять пищевое поведение, вероятно, из-за потери связи с гипоталамусом. Они также участвуют в формировании условных рефлексов, подчеркивая их роль в адаптивном обучении.

Нейромедиаторные системы базальных ганглиев: Химический оркестр мозга

Сложность и многогранность функций базальных ганглиев невозможны без тонкой настройки нейромедиаторных систем, которые, подобно химическому оркестру, дирижируют передачей сигналов, модуляцией активности и интеграцией информации. В этом ансамбле ключевую роль играют дофаминергическая, ГАМК-ергическая, глутаматергическая и холинергическая системы, каждая из которых вносит свой уникальный вклад в общее функционирование.

Дофаминергическая система

Дофамин — один из самых известных и, пожалуй, наиболее изучаемых нейромедиаторов, связанных с базальными ганглиями.

• Источник дофамина: Основным источником дофамина для полосатого тела является компактная часть черной субстанции (*substantia nigra pars compacta*, SNc) среднего мозга. Нейроны этой области продуцируют дофамин, который поставляется в стриатум по нигростриарному пути.
• Роль D1— и D2-рецепторов: Дофамин оказывает сложное модулирующее воздействие на кортикостриарную передачу информации, вызывая как ее облегчение, так и торможение. Это достигается за счет наличия в полосатом теле двух основных видов дофаминовых рецепторов:
  • D1-рецепторы (возбуждающие), расположенные преимущественно на нейронах прямого пути, при активации способствуют облегчению движения.
  • D2-рецепторы (тормозящие), расположенные преимущественно на нейронах непрямого пути, при активации ингибируют непрямой путь, тем самым также способствуя облегчению движения.

  Таким образом, дофамин регулирует баланс между прямыми и непрямыми сигнальными путями, обеспечивая тонкую настройку двигательной активности.

• Последствия нарушения дофаминергического пути: Нарушение дофаминергического пути от черной субстанции к полосатому телу, как это происходит при болезни Паркинсона, приводит к резкому уменьшению содержания дофамина в стриатуме и, как следствие, к нарушению двигательной функции. Клинические симптомы болезни Паркинсона начинают проявляться, когда погибает примерно 60-80% дофаминпродуцирующих нейронов в черной субстанции, что соответствует снижению уровня дофамина в базальных ганглиях на 80%. Важно отметить, что нормальное старение также сопровождается снижением уровня дофамина, а также уменьшением количества и плотности дофаминовых рецепторов, что может способствовать возрастным изменениям в двигательной и когнитивной сфере.

ГАМК-ергическая система

ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) является основным тормозным нейромедиатором в центральной нервной системе.

• Преобладание ГАМК-ергических нейронов: В полосатом теле большинство нейронов (до 75% клеток у человека) представлены ГАМК-ергическими средними шипиковыми проекционными нейронами (MSNs). Эти нейроны всегда функционируют как тормозной медиатор, обеспечивая стабильность систем двигательного контроля и предотвращая избыточное возбуждение.
• Проекции ГАМК-ергических нейронов: ГАМК-ергические нейроны полосатого тела посылают свои аксоны к нейронам бледного шара и черной субстанции, а также к таламусу. Между базальными ганглиями и таламусом существуют в основном тормозные пути, медиатором которых является ГАМК. ГАМК-ергические нейроны в сетчатой части черной субстанции (SNr) и внутренней части бледного шара (GPi) передают окончательные обработанные сигналы базальных ганглиев в таламус и четверохолмие, ингибируя их активность и таким образом модулируя выход базальных ганглиев.

Глутаматергическая система

Глутамат — это основной возбуждающий нейромедиатор в центральной нервной системе.

• Основной возбуждающий медиатор: Установлено, что медиатором самой большой афферентной системы, по которой импульсы от коры больших полушарий поступают в стриатум (кортико-стриарные проекции), является глутамат. Глутамат опосредует передачу возбуждения в до 40% всех синапсов головного и спинного мозга и играет ключевую роль в когнитивных, двигательных и чувствительных функциях. Также таламо-стриарные проекции от неспецифических ядер таламуса к полосатому телу являются преимущественно глутаматергическими, обеспечивая мощный входной сигнал, который затем модулируется внутри базальных ганглиев.

Холинергическая система

Ацетилхолин играет важную роль в модуляции активности базальных ганглиев.

• Возбуждающие холинергические интернейроны: Внутри базальных ганглиев, преимущественно в стриатуме (включая хвостовую часть бледного шара и прилежащее ядро), локализованы гигантские бесшипиковые холинергические вставочные нейроны. Они составляют 1-3% от общего числа нейронов полосатого тела. Эти нейроны, используя ацетилхолин как возбуждающий медиатор, реализуют свои функции внутри стриатума, модулируя его активность и активно взаимодействуя с дофаминовой системой.
• Модулирующая роль и взаимодействие с дофамином: Холинергическая система участвует в процессах обучения и двигательных функциях. Нарушения активности холинергических нервных клеток, а также дисбаланс между холинергической и дофаминергической системами, наблюдаются при различных двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Гентингтона. При болезни Паркинсона, например, относительный избыток холинергической активности, вызванный дефицитом дофамина, способствует ригидности и тремору.

Такое сложное взаимодействие нейромедиаторных систем позволяет базальным ганглиям выполнять свои многогранные функции, от тонкой настройки движений до участия в высших когнитивных процессах и эмоциональной регуляции. Нарушение баланса в любой из этих систем может иметь далеко идущие последствия для здоровья человека.

Клиническая неврология: Патологии базальных ганглиев

Дисфункция базальных ганглиев лежит в основе широкого спектра неврологических заболеваний, каждое из которых по-своему раскрывает критическую роль этих структур. От дрожательных параличей до непроизвольных движений и когнитивных расстройств, эти патологии являются яркими примерами того, как тонкий баланс нейронных сетей может быть нарушен с разрушительными последствиями.

Болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — это медленно прогрессирующее хроническое нейродегенеративное заболевание, приводящее к потере контроля над движениями. Оно характерно для лиц старшей возрастной группы, что делает его одной из наиболее актуальных проблем гериатрической неврологии.

• Эпидемиология: Распространенность болезни Паркинсона составляет от 60 до 140 случаев на 100 000 населения, достигая 1% в возрастной группе старше 60 лет и 2,6–4% среди лиц старше 85 лет. Средний возраст дебюта заболевания находится в диапазоне 55-65 лет, хотя в 5-10% случаев встречаются формы с ранним началом (до 40 лет). Мужчины болеют несколько чаще, чем женщины. Ожидается, что к 2050 году число пациентов с БП значительно возрастет из-за старения населения.
• Этиология и патогенез: Основной причиной БП является прогрессирующее разрушение и гибель дофаминергических нейронов, прежде всего в компактной части черной субстанции (SNc). Это приводит к недостаточному уровню дофамина в полосатом теле, что нарушает баланс между прямым и непрямым путями базальных ганглиев, смещая его в сторону ингибирования движений. Ключевым патологическим процессом, приводящим к гибели нейронов, является накопление внутриклеточных включений, известных как тельца Леви. Эти тельца состоят преимущественно из аномально свернутого белка альфа-синуклеина и убиквитина. Они обнаруживаются главным образом в нейронах черной субстанции, а также в других структурах центральной нервной системы, включая голубое пятно, дорзальное ядро блуждающего нерва и корковые структуры при деменции с тельцами Леви. Накопление альфа-синуклеина ведет к нарушению функции митохондрий, окислительному стрессу и, в конечном итоге, к апоптозу (программируемой клеточной смерти) нейронов. Недостаточная выработка дофамина ведет к усилению тормозного влияния базальных ганглиев на кору головного мозга (через усиление активности GPi/SNr), гиперактивности базальных ганглиев в целом и растормаживанию холинергических нейронов, что усугубляет двигательные нарушения.
• Клинические проявления: Ведущими симптомами, формирующими классическую триаду БП, являются:
  • Мышечная ригидность: Повышение мышечного тонуса по пластическому типу («феномен зубчатого колеса»).
  • Гипокинезия: Малая подвижность, медленные движения (брадикинезия), трудности с их инициацией (акинезия), уменьшение амплитуды движений.
  • Тремор покоя: Характерное дрожание конечностей (4–6 Гц), чаще начинающееся в дистальном отделе одной руки («счет монет»), исчезающее или уменьшающееся при движении.

  Также наблюдаются постуральная неустойчивость, маскообразное лицо (гипомимия), шаркающая походка. Важно отметить, что немоторные проявления, такие как нарушение обоняния (гипосмия), запоры, расстройства сна (особенно расстройство поведения в фазе быстрого сна) и нейропсихиатрические проблемы (депрессия, тревожность, апатия), могут возникать на так называемой премоторной стадии за годы или даже десятилетия до появления двигательных нарушений, что открывает перспективы для сверхранней диагностики.

Болезнь Гентингтона

Болезнь Гентингтона (БГ) — это наследственное, хроническое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся тяжелым поражением головного мозга, прежде всего базальных ганглиев.

• Этиология и патогенез: Заболевание наследуется по аутосомно-доминантному типу, что означает, что достаточно одной копии мутантного гена для развития болезни. Причиной является мутация в гене HTT (ранее известный как *IT-15*), расположенном на коротком плече четвертой хромосомы (4p16.3). Эта мутация представляет собой экспансию тринуклеотидных CAG-повторов (цитозин-аденин-гуанин). В норме ген HTT содержит 10-35 CAG-повторов. При количестве повторов 27-35 существует риск экспансии у последующих поколений, но у самих носителей болезнь не развивается. Количество 36-39 повторов относится к зоне неполной пенетрантности, при которой заболевание может проявиться в редких случаях, часто в атипично мягкой форме и в преклонном возрасте. Клинически манифестная болезнь развивается при наличии 40 и более CAG-повторов. При ювенильной форме (до 20 лет) количество повторов обычно превышает 60. Чем больше число CAG-повторов, тем раньше начинается заболевание и быстрее оно прогрессирует. В результате мутации синтезируется патологический белок гентингтин с избыточным содержанием глутамина. Этот аномальный гентингтин токсичен для нейронов, вызывая их агрегацию, нарушение межбелковых взаимодействий и апоптоз клеток, особенно выраженный в полосатом теле (стриатуме).
• Патологические изменения: Заболевание характеризуется преимущественно атрофией полосатого тела (хвостатого ядра и скорлупы), которая проявляется уменьшением их объема, особенно в головке хвостатого ядра. На поздней стадии также развивается атрофия коры головного мозга, подкоркового белого вещества и ядер гипоталамуса.
• Клинические проявления: Составляют базовую триаду симптомов:
  • Моторные нарушения: Преобладают хореические гиперкинезы — быстрые, неритмичные, беспорядочные, непроизвольные движения.
  • Прогрессирующие когнитивные расстройства: Развивается деменция с замедлением когнитивных функций, снижением критики, нарушениями памяти и исполнительных функций.
  • Психические нарушения: Включают аффективные и личностные нарушения (депрессия, раздражительность, апатия), а также психозы.

  Симптомы обычно проявляются в возрасте 20–50 лет.

• Прогноз: Неблагоприятный. Средняя продолжительность жизни после появления первых симптомов составляет 15-20 лет, с диапазоном от 10 до 30 лет. Смерть обычно наступает не от самой болезни Гентингтона, а от ее осложнений, таких как пневмония, сердечные заболевания, травмы, а также из-за высокого риска суицида, связанного с тяжелыми психическими расстройствами. Темпы прогрессирования заболевания обратно пропорциональны числу CAG-повторов; наследование по отцовской линии может приводить к более выраженной экспансии повторов и, как следствие, к более раннему и тяжелому фенотипу.

Другие двигательные расстройства

Дисфункция базальных ганглиев может проявляться и в других, менее распространенных, но не менее драматичных двигательных расстройствах.

• Хорея: От греческого χορεία – «пляска». Это гиперкинез, характеризующийся быстрыми, неритмичными, беспорядочными, непроизвольными движениями, часто затрагивающими дистальные отделы конечностей и мышцы лица. Нарушение баланса между дофамином, ГАМК и ацетилхолином в стриатуме, приводящее к относительному избытку дофамина, лежит в основе хореических гиперкинезов. Отдельно выделяют малую (ревматическую) хорею (хорея Сиденгама), которая развивается в результате иммунного ответа на антигены бета-гемолитического стрептококка группы А. В этом случае аутоантитела перекрестно реагируют с антигенами стриарных нейронов базальных ганглиев, вызывая их повреждение и последующие гиперкинезы.
• Атетоз: От греческого αθετος – «движущийся, неустойчивый». Это форма гиперкинеза, характеризующаяся медленными, «червеобразными», непроизвольными движениями, преимущественно в дистальных отделах конечностей (пальцах, кистях), реже в шее и мышцах лица, часто с изменением мышечного тонуса. Атетоз является симптомом поражения подкорковых узлов головного мозга, включая базальные ганглии, и может быть вызван перинатальными осложнениями, наследственными заболеваниями (такими как болезнь Вильсона, болезнь Гентингтона) или сосудистыми поражениями.
• Гемибаллизм: От греческого βάλλειν – «бросать». Это вид гиперкинеза, характеризующийся внезапными, насильственными, крупноразмашистыми бросковыми движениями, преимущественно в проксимальных отделах конечностей (плече, бедре) одной половины тела. Он возникает вследствие поражения контралатерального субталамического ядра (ядра Люиса), чаще всего из-за острого нарушения мозгового кровообращения, что приводит к устранению его контролирующего влияния на бледный шар и последующей расторможенности двигательной активности.
• Синдром гиперактивности: В экспериментах на млекопитающих было показано, что повреждение полосатого тела может сопровождаться стабильным развитием синдрома гиперактивности, что подтверждает его ключевую роль в модуляции двигательной активности и подавлении избыточной моторики.

Эти заболевания подчеркивают, насколько взаимосвязаны и критичны базальные ганглии для нормального функционирования двигательной и когнитивной систем. Их изучение открывает пути к пониманию и, в конечном итоге, к излечению этих тяжелых состояний.

Современные методы исследования функций и патологий базальных ганглиев

Эра молекулярной нейробиологии и передовых технологий нейровизуализации произвела революцию в нашем понимании базальных ганглиев. Сегодня исследователи и клиницисты располагают мощным арсеналом инструментов для изучения их тонких функций и выявления мельчайших патологических изменений, которые еще несколько десятилетий назад были недоступны для непосредственного наблюдения.

Методы нейровизуализации

Нейровизуализация предоставляет беспрецедентные возможности для неинвазивного исследования структуры и функции базальных ганглиев.

• Магнитно-резонансная томография (МРТ) и Компьютерная томография (КТ): Эти методы являются краеугольным камнем в диагностике структурных изменений мозга. Они применяются для:
  • Визуализации структур и выявления атрофии: МРТ и КТ позволяют детально рассмотреть ядра базальных ганглиев, оценить их объем и плотность. При болезни Гентингтона на МРТ и КТ характерно определяется атрофия хвостатых ядер и скорлупы, которая проявляется уменьшением их объема, особенно в головке хвостатого ядра, и увеличением передних рогов боковых желудочков.
  • Детальная интерпретация МР-сигнала:
    • Гипоинтенсивность бледного шара на T2, GRE (Gradient Echo) и SWI (Susceptibility Weighted Imaging) изображениях обусловлена более высоким содержанием миелина по сравнению со скорлупой, а также физиологическими отложениями железа.
    • Изменения сигнала при отложении железа и кальция: При старении, а также при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, в бледном шаре может откладываться кальций, а в скорлупе — железо. Эти отложения влияют на сигнал на T2-взвешенных изображениях и SWI, визуализируясь как участки сниженной интенсивности сигнала. Эти изменения, часто выявляемые у пациентов в возрасте 70-80 лет, могут быть физиологическими, но при определенных заболеваниях, таких как нейродегенерация с отложением железа в мозге (NBIA), они становятся патогномоничными. МРТ также используется для исключения других демиелинизирующих и структурных патологий, которые могут имитировать заболевания базальных ганглиев.
• Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ): Этот метод позволяет оценить метаболические и нейрохимические процессы в мозге, предоставляя функциональную информацию.
  • Оценка дофаминергической системы с 18F-флюородопой (18F-ДОФА): ПЭТ с 18F-ДОФА используется для количественной оценки дефицита синтеза и хранения дофамина в дофаминергических пресинаптических терминалях. Это ключевой метод для ранней диагностики болезни Паркинсона, позволяющий выявить снижение захвата 18F-ДОФА в дорсо-каудальном отделе скорлупы, особенно выраженное контралатерально двигательным расстройствам.
  • Оценка метаболизма глюкозы с 18F-фтордезоксиглюкозой (18F-ФДГ): ПЭТ с 18F-ФДГ позволяет оценить скорость метаболизма глюкозы, которая отражает общую функциональную активность мозга. При болезни Паркинсона выявляются характерные паттерны гипометаболизма в определенных корковых и подкорковых областях, а при болезни Гентингтона — снижение метаболизма в полосатом теле.
  • Использование лигандов для D1/D2 рецепторов и транспортеров дофамина: Для более детального исследования состояния дофаминовых рецепторов (D1 и D2) и транспортеров дофамина (DAT) применяются специфические радиоактивные лиганды на основе 11C, что позволяет оценить их плотность и функциональное состояние. Это особенно важно для дифференциальной диагностики различных форм паркинсонизма.
  • Диагностика болезни Гентингтона на ранней стадии: ПЭТ с использованием соответствующих лигандов может помочь в определении наличия болезни Гентингтона на ранней стадии, до появления явных симптомов, путем выявления снижения метаболизма в стриатуме.

Электрофизиологические исследования

Электрофизиологические методы позволяют напрямую регистрировать электрическую активность нейронов, раскрывая динамику их взаимодействия.

• Многоканальная запись потенциалов действия нейронов и локальных полевых потенциалов (LFP): Эти методы включают регистрацию активности отдельных нейронов (single-unit activity) и синхронной активности групп нейронов (LFP) как in vivo у пациентов (например, при глубокой стимуляции мозга), так и в экспериментальных моделях.
• Изучение осцилляторной сигнализации: Особое внимание уделяется изучению осцилляторной сигнализации и когерентности в кортико-базальных цепях. Например, при болезни Паркинсона наблюдается патологическая осцилляторная активность в диапазоне бета-ритма (13-30 Гц) в субталамическом ядре и других структурах базальных ганглиев. Эта патологическая синхронизация, как предполагается, способствует гипокинезии и ригидности, модулируя активность других областей мозга. Изучение этих осцилляций помогает понять механизмы двигательных расстройств и разработать новые подходы к их лечению, включая адаптивную глубокую стимуляцию мозга.

Генетическое тестирование

Генетическое тестирование является незаменимым инструментом для диагностики наследственных заболеваний базальных ганглиев.

• Прямая ДНК-диагностика методом фрагментного анализа: Этот метод является основным лабораторным тестом для подтверждения болезни Гентингтона. Он позволяет выявить экспансию тринуклеотидных CAG-повторов в гене HTT. Патологическим считается число повторов, равное 36 или более, что однозначно подтверждает диагноз. Генетическое тестирование также используется для пресимптоматической диагностики у лиц из групп риска, позволяя им принять обоснованные решения о планировании семьи и будущей жизни.

Совокупность этих современных методов исследования позволяет значительно углубить понимание функций базальных ганглиев в норме и при патологии, открывая новые горизонты для разработки таргетных терапевтических стратегий и улучшения качества жизни пациентов с нейродегенеративными заболеваниями.

Заключение

Базальные ганглии, эти таинственные скопления серого вещества в глубине нашего мозга, предстают перед нами как удивительно сложная и многофункциональная система. От их безупречной работы зависит не только координация наших движений, но и способность к обучению, принятию решений, эмоциональная регуляция и даже качество нашего сна. В ходе этого всеобъемлющего обзора мы проследили их анатомическую архитектуру, изучили лабиринт нейронных связей, расшифровали их многогранные физиологические функции и подробно рассмотрели разрушительные последствия их дисфункции в таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона и болезнь Гентингтона.

Мы увидели, как тонкий баланс нейромедиаторных систем — дофамина, ГАМК, глутамата и ацетилхолина — дирижирует «химическим оркестром» мозга, обеспечивая гармоничное функционирование. Нарушение этого баланса, будь то гибель дофаминергических нейронов или генетическая мутация, приводящая к синтезу патологического белка, может разрушить эту гармонию, погружая человека в мир двигательных и когнитивных расстройств.

Современные методы исследования, от детальной нейровизуализации (МРТ, ПЭТ) до электрофизиологических записей и генетического тестирования, продолжают расширять наши горизонты, позволяя заглянуть в самые глубины этих структур. Они не только подтверждают критическую роль базальных ганглиев, но и открывают новые пути для ранней диагностики, разработки таргетных терапий и, возможно, даже для предупреждения развития некоторых нейродегенеративных заболеваний.

Перспективы дальнейших исследований и клинических применений

Будущее изучения базальных ганглиев обещает быть захватывающим. Дальнейшие исследования будут направлены на:

• Углубление понимания молекулярных механизмов: Детальное изучение специфических сигнальных путей, роли различных подтипов нейронов и их пластичности.
• Разработка новых биомаркеров: Создание более чувствительных и специфичных маркеров для сверхранней диагностики заболеваний, позволяющих начать терапию до появления необратимых изменений.
• Таргетная терапия: Разработка препаратов, которые не просто облегчают симптомы, но и воздействуют на корневые причины патологий, например, замедляя гибель нейронов или исправляя генетические дефекты. Перспективным направлением является генная терапия и использование стволовых клеток.
• Нейромодуляция: Оптимизация методов глубокой стимуляции мозга (DBS) и разработка новых, менее инвазивных нейромодуляционных техник.
• Компьютерное моделирование: Создание сложных компьютерных моделей базальных ганглиев для симуляции их работы в норме и при патологии, что позволит тестировать новые терапевтические стратегии виртуально.

Базальные ганглии остаются одним из самых интригующих и важных участков человеческого мозга. Каждый новый шаг в их изучении приближает нас к разгадке тайн движения, сознания и, в конечном итоге, к улучшению жизни миллионов людей, страдающих от неврологических заболеваний.

Список использованной литературы

1. Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. М.: Высшая школа, 1991.
2. Общий курс физиологии человека и животных / Под ред. А.А. Ноздрачева. М.: Высшая школа, 1991.
3. Грин Н., Стаут. У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1990. Т. 2.
4. Базальные ганглии. URL: https://psyclinic-center.ru/blog/basalnye-ganglii (дата обращения: 18.10.2025).
5. Базальные ганглии и их функции. Конечный мозг. URL: https://grandars.ru/student/medicina/konechnyy-mozg.html (дата обращения: 18.10.2025).
6. Болезнь Паркинсона (БП). URL: https://www.msdmanuals.com/ru/home/заболевания-головного-и-спинного-мозга-и-нервной-системы/двигательные-нарушения/болезнь-паркинсона-бп (дата обращения: 18.10.2025).
7. Болезнь Гентингтона — причины появления, симптомы заболевания, диагностика и способы лечения. URL: https://www.invitro.ru/library/bolezni/35955/ (дата обращения: 18.10.2025).
8. Хорея Гентингтона — причины, симптомы, диагностика и лечение. URL: https://www.krasotamedicina.ru/diseases/neurology/huntington-chorea (дата обращения: 18.10.2025).
9. Базальные ганглии. URL: https://4brain.ru/neuro/basal-ganglia.php (дата обращения: 18.10.2025).
10. Базальные ганглии (базальные ядра). URL: https://kineziolog.su/content/bazalnye-ganglii-bazalnye-yadra (дата обращения: 18.10.2025).
11. Связи базальных ганглиев: двигательная петля, когнитивная петля, лимбическая петля, глазодвигательная петля. URL: https://meduniver.com/Medical/Physiology/848.html (дата обращения: 18.10.2025).
12. Болезнь Паркинсона: эпидемиология и патогенез — Борозденко. URL: https://www.rmj.ru/articles/nevrologiya/Bolezny_Parkinsona_epidemiologiya_i_patogenez/ (дата обращения: 18.10.2025).
13. Болезнь Гентингтона: причины, симптомы и диагностика. URL: https://apteka911.ua/articles/bolezni-gentingtona-prichiny-simptomy-i-diagnostika-1300858 (дата обращения: 18.10.2025).
14. Когнитивная способность. Контур хвостатого ядра. URL: https://meduniver.com/Medical/Physiology/850.html (дата обращения: 18.10.2025).
15. Анатомия базальных ганглиев. URL: https://minutkoclinic.com/articles/anatomiya-bazalnyh-gangliev (дата обращения: 18.10.2025).
16. Базальные ядра: функции, норма и патология. URL: https://medach.pro/post/1912 (дата обращения: 18.10.2025).