El núcleo subtalámico ( STN ) es un pequeño núcleo con forma de lente en el cerebro donde, desde un punto de vista funcional, es parte del sistema de ganglios basales . En términos de anatomía, es la parte principal del subtálamo . Como sugiere su nombre, el núcleo subtalámico se encuentra ventral al tálamo . También es dorsal a la sustancia negra y medial a la cápsula interna . Fue descrito por primera vez por Jules Bernard Luys en 1865, [1] y el término corpus Luysi o cuerpo de Luys todavía se usa a veces.
El tipo principal de neurona que se encuentra en el núcleo subtalámico tiene dendritas bastante largas y escasamente espinosas . [2] [3] En las neuronas ubicadas más centralmente, los árboles dendríticos tienen una forma más elipsoidal . [4] Las dimensiones de estos árboles (1200 μm, 600 μm y 300 μm) son similares en muchas especies, incluidas ratas, gatos, monos y humanos, lo cual es inusual. Sin embargo, el número de neuronas aumenta con el tamaño del cerebro, así como con las dimensiones externas del núcleo. Las neuronas principales son glutamatérgicas , lo que les da una posición funcional particular en el sistema de ganglios basales. En los humanos también hay un pequeño número (alrededor del 7,5 %) de interneuronas GABAérgicas que participan en el circuito local; sin embargo, los árboles dendríticos de las neuronas subtalámicas se alejan del borde e interactúan principalmente entre sí. [5]
La estructura del núcleo subtalámico aún no ha sido completamente explorada ni comprendida, pero es probable que esté compuesta por varios dominios internos. El núcleo subtalámico de los primates suele dividirse en tres dominios anatómicos y funcionales internos. Sin embargo, este llamado modelo tripartito ha sido debatido porque no explica por completo la complejidad del núcleo subtalámico en la función cerebral. [6] [7]
El núcleo subtalámico recibe su principal entrada del globo pálido externo (GPe), [8] no tanto a través del asa lenticular como se dice a menudo sino por fibras "en peine" que irradian y cruzan primero el pálido medial y la cápsula interna (que forma parte del sistema en peine de Edinger , véase la figura), así como el asa subtalámica. [9] Estas aferencias son GABAérgicas, inhibiendo las neuronas en el núcleo subtalámico. Las entradas excitatorias y glutamatérgicas provienen de la corteza cerebral (toda la corteza frontal con un predominio de las entradas motoras, premotoras y oculomotoras a la parte posterolateral del núcleo) y de la pars parafascicularis del complejo central. El núcleo subtalámico también recibe entradas neuromoduladoras , en particular axones dopaminérgicos de la pars compacta de la sustancia negra . [10] También recibe entradas del núcleo pedunculopontino .
Los axones de las neuronas del núcleo subtalámico salen del núcleo dorsalmente. Los axones eferentes son glutamatérgicos (excitadores). A excepción de la conexión con el cuerpo estriado (17,3% en macacos), la mayoría de las neuronas principales subtalámicas son multidiana y se dirigen a los otros elementos del núcleo de los ganglios basales. [11] Algunas envían axones a la sustancia negra medialmente y a los núcleos medial y lateral del pálido lateralmente (3-diana, 21,3%). Algunas son 2-diana con el pálido lateral y la sustancia negra (2,7%) o el pálido lateral y el medial (48%). Menos son de un solo objetivo para el pálido lateral. En el pálido, las terminales subtalámicas terminan en bandas paralelas al borde pálido. [11] [12] Cuando se suman todos los axones que llegan a este objetivo, la eferencia principal del núcleo subtalámico es, en el 82,7% de los casos, claramente el globo pálido interno (GPi).
Algunos investigadores han informado sobre colaterales axónicas internas . [13] Sin embargo, hay poca evidencia funcional de esto.
Los primeros registros eléctricos intracelulares de neuronas subtalámicas se realizaron utilizando electrodos afilados en una preparación de cortes de rata. [ cita requerida ] En estos registros se hicieron tres observaciones clave, las tres de las cuales han dominado los informes posteriores de las propiedades de activación subtalámica. La primera observación fue que, en ausencia de inyección de corriente o estimulación sináptica, la mayoría de las células se activaban espontáneamente. La segunda observación es que estas células son capaces de activarse transitoriamente a frecuencias muy altas. La tercera observación se refiere a comportamientos no lineales cuando las células se despolarizan transitoriamente después de haber sido hiperpolarizadas por debajo de -65 mV. Luego pueden activar corrientes de calcio y sodio dependientes del voltaje para activar ráfagas de potenciales de acción.
Varios estudios recientes se han centrado en la capacidad de las neuronas subtalámicas para generar un marcapasos autónomo. Estas células suelen denominarse "marcapasos de impulsos rápidos" [14] , ya que pueden generar potenciales de acción espontáneos a frecuencias de entre 80 y 90 Hz en los primates.
Es probable que la actividad oscilatoria y sincrónica [15] [16] sea un patrón típico de descarga en neuronas subtalámicas registradas en pacientes y modelos animales caracterizados por la pérdida de células dopaminérgicas en la pars compacta de la sustancia negra , que es la principal patología subyacente a la enfermedad de Parkinson .
Fuertes conexiones recíprocas unen el núcleo subtalámico y el segmento externo del globo pálido . Ambos son marcapasos de impulsos rápidos. Se cree que juntos constituyen el "marcapasos central de los ganglios basales" [17] con ráfagas sincrónicas.
La conexión del pálido lateral con el núcleo subtalámico es también la del sistema de ganglios basales donde la reducción entre elementos emisores/receptores es probablemente la más fuerte. En términos de volumen, en humanos, el pálido lateral mide 808 mm 3 , el núcleo subtalámico solo 158 mm 3 . [18] Esto traducido en número de neuronas representa una fuerte compresión con pérdida de precisión del mapa.
Algunos axones del pálido lateral van al cuerpo estriado. [19] La actividad del pálido medial está influenciada por aferencias del pálido lateral y del núcleo subtalámico. [20] Lo mismo ocurre con la pars reticulata de la sustancia negra . [12] El núcleo subtalámico envía axones a otro regulador: el complejo pedúnculo-pontino (id).
Se cree que el sistema lateropalidosubtalámico desempeña un papel clave en la generación de los patrones de actividad observados en la enfermedad de Parkinson . [21]
La lesión del STN conduce al alivio de los síntomas motores como la acinesia , la rigidez y el temblor en la enfermedad de Parkinson . Esto se demostró por primera vez en el modelo de primate MPTP en un artículo de Bergman y colegas. [22] Esto inspiró a Benazzouz y colegas a investigar la estimulación cerebral profunda del núcleo, que se sabía que ejercía efectos similares a las lesiones ablativas. [23] Poco después, el equipo de Alim Louis Benabid demostró que la estimulación cerebral profunda del núcleo también conduce al alivio de los síntomas en pacientes humanos con enfermedad de Parkinson, [24] lo que llevó al establecimiento de la forma actualmente aprobada por la FDA y ampliamente aplicada de estimulación cerebral profunda . Las primeras en ser estimuladas son las arborizaciones terminales de los axones aferentes, que modifican la actividad de las neuronas subtalámicas. Sin embargo, se ha demostrado en cortes talámicos de ratones, [25] que el estímulo también hace que los astrocitos cercanos liberen trifosfato de adenosina (ATP), un precursor de la adenosina (a través de un proceso catabólico). A su vez, la activación del receptor de adenosina A1 deprime la transmisión excitatoria en el tálamo, imitando así la ablación del núcleo subtalámico.
Antes del artículo de Bergman , el campo estereotáxico evitaba lesionar el núcleo, ya que se sabía que la destrucción o disrupción unilateral del núcleo subtalámico (que puede ser resultado de accidentes cerebrovasculares naturales) puede provocar hemibalismo . Si bien esto sigue siendo cierto en general, la lesión iatrogénica del STN se ha llevado a cabo en numerosas ocasiones y recientemente ha ganado nuevo impulso con el advenimiento de la ecografía focalizada guiada por RM , que también se ha investigado para nucleotomías subtalámicas para tratar la enfermedad de Parkinson. [26] Curiosamente, un equipo en torno a Michael Fox pudo demostrar recientemente que, si bien algunas lesiones que conducían al hemibalismo estaban de hecho dentro y alrededor del STN, la mayoría de los casos notificados se encontraban en otras regiones del cerebro. [27]
Como una de las funciones sospechosas del STN es el control de los impulsos, la disfunción en esta región se ha relacionado con el trastorno obsesivo-compulsivo . [28] La aplicación de pulsos de alta frecuencia mediante estimulación cerebral profunda ha demostrado ser prometedora para corregir el comportamiento impulsivo grave y ha sido aprobada por la FDA para casos resistentes al tratamiento con este trastorno. [29]
Se desconoce la función del STN, pero las teorías actuales lo sitúan como un componente del sistema de control de los ganglios basales que puede realizar la selección de acciones. Desempeña un papel en las vías de control motor denominadas "hiperdirectas" e "indirectas", en contraste con la vía directa que se cree que pasa por alto el STN en su camino desde el estriado hasta el pálido interno. La disfunción del STN se ha relacionado con síntomas motores como rigidez, bradicinesia y temblor, [30] características conductuales como la interrupción de movimientos en curso [31] o impulsividad en individuos que se presentan a dos estímulos igualmente gratificantes. [32]
El papel fisiológico del STN ha estado oculto durante mucho tiempo debido a su papel patológico. Pero últimamente, la investigación sobre la fisiología del STN condujo al descubrimiento de que el STN es necesario para lograr el movimiento deseado, incluida la locomoción, el equilibrio y la coordinación motora. Interviene en la detención o interrupción de las tareas motoras en curso. Además, la excitación del STN se correlacionó generalmente con una reducción significativa de la actividad locomotora, mientras que, por el contrario, la inhibición del STN mejoró la locomoción. [33] [34] [35]
