中央中核-束旁核復合體研究進展

中央核橫截面組（cm-pf）是丘腦板內核組的重要組成部分。與該殼和基底核之間有豐富的纖維連接，但研究人員很少。但是隨著深部腦刺激術作為運動障礙性疾病和頑固性疼痛等功能性神經疾病的治療方法被人們接受,CM-Pf復合體作為有效靶點,而重新受到研究者們的關注,在基礎、臨床應用等多方面被廣泛研究。一、cm-pf產物CM-Pf復合體位于丘腦內髓板內,由中央中核(centromediannucleus,CM)和束旁核(parafascicularnucleus,Pf)兩者組成,是板內核群的重要組成部分。Jones,將板內核群分成前后兩群。前群包括菱形核(rhomboidnucleus,Rh)、中央內側核(centralmedialnucleus,CeM)、中央旁核(paracentralnucleus,Pc)和中央外側核(centrallateralnucleus,CL);后群包括CM和Pf。CM在人和靈長類動物發育良好,為板內核群中最大者,而低等哺乳動物的CM僅具雛形,對于大鼠,其Pf相當于人的中央中核。CM位于丘腦的中1/3處,在背內側核后部的腹外側和腹后核的內上方,其內側與Pf相互交錯。Pf位于背內側核后份的腹側和CM的內側,它被韁核腳間束所穿過,將其分成內、外側兩部。其內側與導水管周圍灰質前部相接。由于CM內側與Pf無明顯分界線,故學者們常將這兩個核合稱CM-Pf復合體。CM-Pf復合體在立體定向功能性神經外科中的靶點中心坐標值為,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組神經纖維連接1.馬克思主義神經纖維結構CM-Pf復合體接受脊髓丘腦束和三叉丘系的神經纖維。在大腦皮層向CM-Pf復合體的傳入纖維中,CM主要接受運動皮層(Brodman4區)的投射,而Pf主要接受額葉前皮層的投射。CM-Pf復合體也接受基底神經核和丘腦內其他核團的纖維投射。Tsumori等、發現大鼠Pf的腹外側部不僅接受黑質網狀部(substantianigraparsreticulata,SNr)的纖維投射還接受丘腦網狀核(reticularthalamicnucleus,RT)的纖維投射。Sidibe等在猴腦內也發現黑質網狀部向Pf核有大量的神經纖維投射。大鼠的Pf還接受黑質外側部的纖維投射。對靈長類動物的研究顯示與人的蒼白球內側部(globuspallidus,parsintema,Gpi)是同功異質體的腳內核向CM-Pf復合體發出相當多的纖維投射。此纖維是通過紋狀體的Nauta-Mehler環的一部分。Krout發現大鼠的Pf核接受臂旁核的神經纖維投射。Pf核也接受來自導水管周圍灰質核團的纖維投射,而后者與疼痛發生過程的阿片樣調節有關。Lai等發現大鼠的Pf外側部的背側2/3還接受前庭內側核的纖維投射,而此處的Pf神經元又向紋狀體的背外側部發出神經纖維,從而可以推測Pf參與前庭內側核輸出信息的處理。最近,Cavalcante等發現狨猴的Pf還接受視網膜的神經纖維投射。板內核群的其他傳入纖維來源于中腦和腦干的網狀結構、小腦、上丘、頂蓋前區和藍斑等。2.cm-pf復合布的結構CM-Pf復合體的傳出纖維投射到紋狀體、大腦皮層、扣帶冋前部和其他的丘腦核團等。Vercelli等研究發現大鼠的Pf向紋狀體的纖維投射最密,其次是額葉,最后是扣帶回,均嚴格地向同側投射,且Pf內側的多數神經元投射到上述結構的內側,反之亦然。板內核群向紋狀體的纖維投射有相當數量的重疊,然而CM-Pf復合體的纖維傾向于更多地投射到紋狀體的特異性部分,CM核投射到殼核,Pf核投射到尾狀核。CM-Pf復合體,尤其是Pf核也發出纖維投射到底丘腦核。Marini等研究發現大鼠的Pf的下行纖維可投射到外側膝狀體核、丘腦網狀核、底丘腦核、未定帶、黑質、紅核、導水管周圍灰質、上丘、網狀結構、中縫核、腦橋核、三叉神經復合體、脊髓的腹側角等多個運動和感覺核團。這提示CM-Pf復合體可能具有對運動和感覺信息整合的功能。最近Tande等又發現靈長類的Pf有向內、外側蒼白球,黑質和底丘腦核發出的纖維投射,提示Pf能夠將感覺運動信息傳回基底神經三、cm-pf組的神經電生理1.電刺激對cm-pf基因表達的影響Luys第一個把“中央中體”描述為一個處理軀體感覺輸入的獨立核團”。1960年,Mehler等對猴的研究發現,中央外側核內有高密度的脊髓丘腦束纖維末梢,CM-Pf復合體內有密度相對較低的脊髓丘腦束纖維末梢。1962年,Albe-Fessard等又發現貓的CM處神經元對有害刺激敏感,接著又發現Pf處神經元也有此特性。接下來,研究者們確定了丘腦板內核群內疼痛敏感神經元的數量。貓的Pf、CL和Pc核內72%的細胞對有害刺激敏感。大鼠板內核群內58%的細胞對疼痛刺激敏感。對于人.Ishijima等在內側丘腦毀損術前,記錄到CM-Pf復合體內25%的細胞對傷害性針刺敏感,但大多數神經元對熱刺激不敏感。1983年,Durinian等對貓的研究發現電針刺激引起的外周傷害性刺激對束旁核復合體(parafascicularcomplex,PFC)的自發和誘發電活動產生影響。且有學者認為Pf內存在對傷害性刺激有不同反應的三類神經元:第一類為刺激時產生反應神經元,第二類神經元對傷害性刺激的反應表現為神經沖動發放進行性下降,被稱為刺激后產生反應神經元,第三類為無反應神經元Bushnell等發現猴子CL、CM、Pf和中央背側核(mediodorsalnucleus,MD)內的疼痛敏感神經元受感覺缺失和注意的調節Gura等將貓的牙髓受刺激后的板內核群(CM、CL、Pf、MD)神經元的反應與特異性感覺接替核一腹后內側核(ventralposteriomedialnucleus,VPM)的反應進行比較后發現,VPM內神經元對外周低閾值纖維受到的刺激更敏感,面板內核群則對高閾值纖維受到的刺激更敏感。研究者對電刺激腦內其他核團對CM-Pf復合體傷害感受反應的影響也進行了研究。既往有報道低強度刺激(0.1～0.2mA)小腦外側核,抑制刺激時產生反應神經元自發性和傷害誘發放電,而高強度刺激(0.4～0.6mA)可使其兩種放電都增強;刺激小腦外側核對刺激后產生反應神經元的自發性和傷害誘導放電產生強度依賴性抑制,從而推測小腦外側核對Pf核的傷害誘導反應有調節作用。刺激中縫背核也可以降低Pf神經元對傷害性刺激的反應。2.類神經元活動的調節和調節pf對循環入射線溫度的作用刺激尾狀核、黑質和軀體感覺皮層均可引起CM-Pf復合體神經元出現短暫的興奮性突觸后電位,之后出現持續性的抑制性突觸后電位。隨后發現刺激大鼠Pf可引起底丘腦產生具有兩個興奮時相的復雜反應,且第一個興奮反應不受蒼白球或內囊毀損的影響,被認為是單突觸驅動的;向Pf內微量注射其興奮性物質卡巴膽堿可引起底丘腦持續的放電頻率增加,從而說明束旁核對底丘腦神經元有激活作用。此后,對Pf與底丘腦間的功能關系進行更深人的研究,發現向Pf內微量注射卡巴膽堿可提高同側底丘腦核神經元放電率119%,注射其抑制性物質毒蠅蕈淳可降低放電率91%,而對側丘腦出現相反的現象,注射卡巴膽堿放電率降低了49%,注射毒蠅蕈淳放電率升高了47%;興奮毒性毀損Pf使同側和對側底丘腦神經元放電分別降低69%和34%.從而推測Pfa在通過底丘腦核調節雙側基底神經核方面起重要作用。之后,又發現電刺激大鼠Pf可引起蒼白球出現具有2.3ms穩定潛伏期的單峰興奮性反應,卡巴膽堿對Pf的興奮性刺激可使蒼白球的放電頻率提高142%,而毀損Pf則可使蒼白球的放電頻率下降,且毀損也具有Pf興奮性輸入的底丘腦后,Pf的這種興奮作用仍然存在,但效果發生降低。這些發現說明Pf向蒼白球有興奮性輸入,且束旁核對蒼白球的直接興奮性作用可間接地被底丘腦加強=Matsumoto等對猴的研究發現CM和Pf核的大部分神經元對行為性任務中出現的視覺(53%)、聽覺的嘟嘟聲(61%)或咔嗒聲(91%)刺激有反應;且CM和Pf核的很多神經元對任務環境外出現的不可預料的聽覺、視覺或軀體感覺刺激有反應;這些神經元可分成兩類:一類具有短潛伏期的易化反應(short-latencyfacilitatoryresponses,SLF神經元,主要位于Pf核),另一類具有長潛伏期的易化反應(long-latencyfacilitatoryresponses,LLF神經元,主要位于CM核);但這兩類神經元只對開始兒次的警覺刺激,如意外的鼓掌聲和噪音,發生反應,相同的刺激漸漸的對它們變得不敏感,這種感覺刺激的習慣化尤其常見于LLF神經元;且這兩類神經元的反應與感覺刺激是否與獎賞相聯系無關,而紋狀體的高活躍性神經元(tonicallyactiveneurons,TANs)與之相反,在相同情況下優先對與獎賞聯系的刺激起反應;抑制CM和Pf核的神經元活動可以使紋狀體內的TANs的間歇和反彈易化反應消失;從而假設CM和Pf核處的神經元為紋狀體神經元提供有關行為中的重要感覺事件的信息。四、cm-pf復合體對大鼠學習和記憶的調節目前,對CM-Pf復合體功能的研究發現其具有功能異質性,即其參與了腦內多種活動的完成,這可能與CM-Pf復合體的多纖維聯系有關。概括起來,CM-Pf復合體被認為主要具有以下功能:(1)CM-Pf復合體是內側疼痛系統的一部分,與疼痛的情感、動機尺度發生有關。(2)CM-Pf復合體參與了基底節環路組成,對運動有調控作用。(3)CM-Pf復合體是網狀皮層丘腦接替核,非特異性丘腦皮層投射系統的一部分,與覺醒有關,參與調節大腦皮層興奮性。(4)CM-Pf復合體在注意定位中起重要作用。對CM-Pf復合體功能的研究還有其他一些發現。Guillazo-Blanch等發現刺激Pf可以提高大鼠的短期(24h)記憶能力,且這種效應在刺激Pf的中央區域時最明顯,但持續刺激該核大鼠的記憶能力并不能得到進一步提高,而且也不能提高大鼠的長期(21d)記憶能力。Sos-Hinojosa等發現刺激大鼠的Pf可以提高短期(24h)記憶能力,而長期(11d)記憶能力無明顯變化。在后續的研究中乂發現,毀損基底核大細胞部可以損害長期記憶,刺激Pf后部既可以提高短期記憶(24h)能力,也可以提高長期記憶能力,且可以改善毀損基底核大細胞部引起的長期記憶損害,這些結果說明了Pf與學習和記憶的調節有關。CM-Pf復合體似乎也與動物的逃避反應有聯系。有研究發現電刺激CM-Pf復合體的腹側部可以促進貓的逃跑行為CM-Pf復合體的病變與一些功能性神經疾病也有重要關系。Orieux等發現Parkinson病模型大鼠的束旁核內投射到底丘腦核的神經元代謝較對照組顯著增加,這推測底丘腦神經元的過度活躍與束旁核對其興奮性輸入增加有關。Henderson等將Parkinson病患者的黑質、CM-Pf復合體及鄰近的丘腦核團分別與年齡匹配的正常人的黑質、CM-Pf復合體及鄰近的丘腦核團進行對照研究,發現實驗組平均70%的黑質神經元和30%～40%的CM-Pf復合體神經元發生退化消失,而鄰近的丘腦核團未發生退化,從而說明CM-Pf復合體是Parkinson病的另一個非多巴胺能神經元退化位點。這些發現都說明CM-Pf復合體在Parkinson病的病理生理學中扮演重要角色。五、cm-pf復合膜的結構模型CM-Pf復合體為丘腦內髓板內重要結構,與大腦皮層和腦內大量核團有著神經纖維聯系,參與