I gangli della base (o, più correttamente, nuclei della baseSi veda la sezione Terminologia) sono un gruppo di nuclei subcorticali, di varia origine, nel cervello dei vertebrati, inclusi gli esseri umani, che si trovano alla base del telencefalo e nella parte superiore del mesencefalo. Sono fortemente interconnessi con la corteccia cerebrale, il talamo e il tronco encefalico, così come molte altre aree del cervello. Sono associati a una varietà di funzioni, tra cui il controllo dei movimenti volontari, l'apprendimento procedurale, l'apprendimento delle abitudini, i movimenti oculari, la cognizione e l'emozione.

I componenti principali dei gangli della base - come definiti funzionalmente - sono lo striato, sia lo striato dorsale (nucleo caudato e putamen) che lo striato ventrale (nucleus accumbens e tubercolo olfattivo), il globo pallido, il pallido ventrale, la substantia nigra e il nucleo subtalamico. Ciascuno di questi componenti ha una complessa organizzazione interna anatomica e neurochimica. Il componente più importante, lo striato (dorsale e ventrale), riceve input da molte aree del cervello oltre i gangli della base, ma invia l'output solo ad altri componenti dei gangli della base. Il pallido riceve input dallo striato e invia l'output inibitorio a varie aree motorie. La substantia nigra è l'origine dell'ingresso striatale del neurotrasmettitore dopamina, che svolge un ruolo importante nella funzione dei gangli della base. Il nucleo subtalamico riceve input principalmente dallo striato e dalla corteccia cerebrale, e proietta sul globo pallido.

Le teorie più accreditate implicano i gangli della base principalmente nella selezione delle azioni - ovvero contribuiscono a decidere quale tra i possibili comportamenti eseguire in un dato momento. In termini più specifici, la funzione primaria dei gangli della base è il controllo e la regolazione delle attività delle aree corticali motorie e premotorie in modo che i movimenti volontari possano essere eseguiti fluidamente. Studi sperimentali mostrano che i gangli della base esercitano un'influenza inibitoria su un numero di sistemi motori e che un rilascio di questa inibizione consente al sistema motorio di attivarsi. La "modifica del comportamento" che avviene all'interno dei gangli della base è influenzata da segnali provenienti da molte parti del cervello, inclusa la corteccia prefrontale, che svolge un ruolo chiave nelle funzioni esecutive.

I gangli della base sono di grande importanza per le normali funzioni e comportamenti cerebrali. La loro disfunzione si traduce in una vasta gamma di condizioni neurologiche tra cui i disturbi del controllo del comportamento e del movimento. Quelli comportamentali includono la sindrome di Tourette, il disturbo ossessivo-compulsivo e la dipendenza. I disordini del movimento comprendono, in particolare, la malattia di Parkinson, che comporta la degenerazione delle cellule produttrici di dopamina nella substantia nigra, la malattia di Huntington, che coinvolge principalmente un danno allo striato, distonia e più raramente emiballismo. I gangli della base hanno un settore limbico ai cui componenti sono assegnati nomi distinti: il nucleus accumbens, il pallido ventrale e l'area tegmentale ventrale (VTA). Vi è una considerevole evidenza che questa parte limbica giochi un ruolo centrale nell'apprendimento della ricompensa, in particolare la via mesolimbica dal VTA al nucleus accumbens, che utilizza il neurotrasmettitore dopamina. Si pensa che un certo numero di droghe, tra cui cocaina, anfetamina e nicotina, agiscano aumentando l'efficacia di questo segnale della dopamina. Ci sono anche evidenze che implicano l'iperattività della proiezione dopaminergica VTA nella schizofrenia.

Struttura In termini di sviluppo, il sistema nervoso centrale umano è spesso classificato sulla base delle tre primitive vescicole originarie da cui si sviluppa: queste vescicole primarie si formano nel normale sviluppo del tubo neurale dell'embrione e comprendono inizialmente il prosencefalo, il mesencefalo e il rombencefalo, in orientamento da rostrale a caudale (dalla testa alla coda). Più tardi nello sviluppo del sistema nervoso ogni sezione si trasforma in componenti più piccoli. Durante lo sviluppo, le cellule che migrano tangenzialmente per formare i gangli della base sono dirette dalle eminenze gangliari laterali e medialiMarín & Rubenstein. (2001). A Long, Remarkable Journey: Tangential Migration in the Telencephalon. Nature Reviews Neuroscience, 2..

La seguente tabella mostra questa classificazione evolutiva e la traccia delle strutture anatomiche trovate nei gangli della base. Le strutture relative ai gangli della base sono mostrate in grassetto. Divisione primaria del tubo neurale Divisione secondaria Segmenti finali negli umani adulti Prosencefalo Telencefalo Diencefalo corteccia cerebrale, caudato, putamen, ipotalamo Globo pallido, pallido ventrale, talamo, subtalamo, epitalamo, nucleo subtalamico Mesencefalo Mesencefalo Mesencefalo: substantia nigra pars compacta (SNc), substantia nigra pars reticulata (SNr) Rombencefalo Metencefalo Mielencefalo Ponte e cervelletto Midollo allungato (o bulbo)

I gangli della base formano una componente fondamentale del cervello. In contrasto con lo strato corticale che riveste la superficie del proencefalo, i gangli basali sono una raccolta di distinte masse di materia grigia che giacciono nel profondo del cervello non lontano dalla giunzione del talamo. Si trovano a lato del talamo e lo circondano. Come la maggior parte delle parti del cervello, i gangli della base sono costituiti da lati sinistro e destro che sono immagini speculari l'una dell'altra.

In termini di anatomia, i gangli della base sono divisi in quattro strutture distinte, a seconda di come sono superiori o rostrali (in altre parole a seconda di quanto sono vicini alla sommità della testa): due di loro, lo striato e il pallido , sono relativamente grandi; gli altri due, la substantia nigra e il nucleo subtalamico, sono più piccoli. Nell'illustrazione a destra, due sezioni coronali del cervello umano mostrano la posizione dei componenti dei gangli della base. Da notare, e non visto in questa sezione, il nucleo subtalamico e la substantia nigra si trovano più indietro (posteriormente) nel cervello rispetto allo striato e al pallido. Striato

Lo striato è una struttura sottocorticale generalmente divisa nello striato dorsale e nello striato ventrale, anche se è stato suggerito che una classificazione laterale mediale sia più pertinente dal punto di vista comportamentale e viene utilizzata più ampiamente.

Lo striato è composto principalmente da neuroni medi spinosi. Questi neuroni GABAergici proiettano al globo pallido esterno (laterale) e al globo pallido interno (mediale), nonché alla substantia nigra pars reticulata. Le proiezioni a globo pallido e substantia nigra sono principalmente GABAergiche, sebbene l'encefalina, la dinorfina e la sostanza P siano presenti. Lo striato contiene anche interneuroni classificati come neuroni nitrici (dovuti all'uso di ossido nitrico come neurotrasmettitore), interneuroni colinergici tonicamente attivi, neuroni che esprimono parvalbumina e neuroni che esprimono calretina. Lo striato dorsale riceve significativi input glutammatergici dalla corteccia, così come input dopaminergici dalla substantia nigra pars compacta. Lo striato dorsale viene generalmente considerato coinvolto nelle attività sensomotorie. Lo striato ventrale riceve input glutammatergici dalle aree limbiche e input dopaminergici dalla VTA, attraverso la via mesolimbica. Si ritiene che lo striato ventrale svolga un ruolo nella ricompensa e in altre funzioni limbiche. Lo striato dorsale è diviso nel caudato e nel putamen dalla capsula interna mentre lo striato ventrale è composto dal nucleus accumbens e dal tubercolo olfattivo. Il caudato ha tre regioni principali di connettività, con la testa del caudato che mostra connettività alla corteccia prefrontale, alla corteccia cingolata e all'amigdala. Il corpo e la coda mostrano la differenziazione tra il bordo dorsolaterale e il caudato ventrale, proiettandosi rispettivamente verso le regioni sensomotoria e limbica dello striato. Le fibre striatopallidiche collegano lo striato al pallido.

Pallido Il pallido è costituito da una grande struttura chiamata globo pallido insieme ad una più piccola estensione ventrale chiamata pallido ventrale. Il globo pallido appare come una singola massa neurale, ma può essere diviso in due parti funzionalmente distinte, chiamate segmento interno (o mediale) ed esterno (laterale), abbreviati GPi e GPe. Entrambi i segmenti contengono principalmente neuroni GABAergici, che pertanto hanno effetti inibitori sui loro bersagli. I due segmenti partecipano a circuiti neurali distinti. Il GPe riceve input principalmente dallo striato e proietta nel nucleo subtalamico. Il GPi riceve segnali dallo striato tramite i percorsi "diretto" e "indiretto". I neuroni pallidi operano utilizzando un principio di disinibizione. Questi neuroni sparano a velocità elevate in assenza di input, e i segnali dal corpo striato fanno sospendere o ridurre il loro tasso di attività. Poiché i neuroni pallidi stessi hanno effetti inibitori sui loro bersagli, l'effetto netto dell'ingresso striatale sul pallido è una riduzione dell'inibizione tonica esercitata dalle cellule pallide sui loro bersagli (disinibizione) con un aumento del tasso di attività nei bersagli. Substantia nigra

La substantia nigra è una porzione di materia grigia dei gangli della base costituita da due parti: la pars compacta (SNc) e la pars reticulata (SNr). La SNr lavora spesso all'unisono con GPi e il complesso SNr-GPi inibisce il talamo. La substantia nigra pars compacta (SNc) tuttavia, produce il neurotrasmettitore dopamina, che è molto significativo nel mantenere l'equilibrio nella via striatale. Nucleo subtalamico Il nucleo subtalamico (di Luys) è una porzione di sostanza grigia diencefalica dei gangli della base e l'unica porzione dei gangli che produce un neurotrasmettitore eccitatorio, il glutammato. Il ruolo del nucleo subtalamico è quello di stimolare il complesso SNr-GPi e fa parte del percorso indiretto. Il nucleo subtalamico riceve l'input inibitorio dalla parte esterna del globo pallido e invia l'input eccitatorio al GPi.

Circuiti

Sono stati proposti molteplici modelli di circuiti e funzioni dei gangli della base, e sono sorti interrogativi sulle divisioni dei percorsi diretti e indiretti, oltreché sulla loro possibile sovrapposizione e regolazione. I modelli circuitali si sono evoluti dal primo modello proposto negli anni '90 da DeLong, il modello di elaborazione parallela, nel quale la corteccia e la substantia nigra pars compacta proiettano nello striato dorsale dando origine ad una via indiretta inibitoria e una via diretta eccitatoria: La via indiretta inibitoria comportava l'inibizione del globo pallido esterno, consentendo la disinibizione del globo pallido interno (attraverso il STN) che gli permetteva di inibire il talamo. Il percorso diretto o eccitatorio comportava la disinibizione del talamo attraverso l'inibizione del GPi / SNr. Tuttavia in questo modello la velocità del percorso diretto non sarebbe concordante con il percorso indiretto. Per superare questo, sono stati proposti, nel center surround model, un percorso iperdiretto in cui la corteccia invia proiezioni glutammatergiche attraverso il nucleo subtalamico eccitando il GPe inibitorio, e una via indiretta più breve.