Neuroanatomy (신경해부학)
19강 – Basal Ganglia (기저핵) part 2
Basal Ganglia part 2는 기저핵의 다양한 경로들과 도파민의 역할, 운동 기능, 연관된 질환에 대해 다룬다.
먼저, 기저핵의 Disinhibition기능에 대해 설명한다. 기저핵의 주요한 신경전달물질은 억제성인 GABA이다. 휴식 상태에서 Striatal neurons은 주로 정적이며 globus pallidus 뉴런들은 활성화 되어 있다. 기저핵의 핵들은 thalamocortical neurons을 disinhibition하며 상호작용한다. 다시 말하면 기저핵은 시상의 활성화를 억제하는 방식으로 정보를 전달한다. GPi와 SN의 뉴런들의 억제성 활동은 시상과 colliculus을 비억제 하는데 이는 운동 뉴런을 강화하며 이 신호는 척수의 운동 뉴런까지 연결된다.
Disinhibition에는 직접 경로와 간접 경로가 있다. 직접 경로는 기저핵에서 시상으로 억제 신호를 보내 피질로 활성화가 전달되는 직관적인 경로이며 SN에서의 도파민 경로가 관여된다. 간접 경로는 훨씬 복잡한데, globus pallidus external segment와 시상하핵들이 관여한다. 위의 그림에서 노란색 바탕으로 표시된 부분은 간접 경로를 보여준다. SN에서 두 방향으로 도파민 경로가 작동하는데 이는 GPe와 GPi 에 다른 방식으로 작동하여 tonic 활동을 강화시킨다. 두 경로는 모두 운동에 관여하며 직접 경로와 간접 경로의 균형은 기저핵이 운동 프로그램을 촉진할지 억제할지를 결정하게 한다. 구체적으로, Direct pathways는 facilitation of intended movement 에 indirect pathways는 suppression of competing movement에 관여한다. SN의 도파민 경로에는 D1과 D2과 있는데 D1은 흥분성, D2는 억제성이다. D2는 간접 경로의 활성화를 억제하는데, 피질에서 시작된 운동을 촉진한다. Hyperdirect 경로는 일차 운동 피질에서 STN으로 투사하는 경로를 말한다.
원숭이를 대상으로 한 뉴런 레코딩 연구에서 직접 경로를 통해 기저핵 뉴런들의 개별 활동을 살펴보았는데, Caudate nucleus 뉴런의 활성화는 Substantia nigra pars reticulata의 활성화를 억제하며 이는 Superior colliculus의 활성화를 불러왔으며 이를 통해 안구 운동이 일어남을 확인하였다.
기저핵의 손상으로 인한 질병은 매우 다양하게 나타나는데, 운동 기능 관련 질환은 Parkinson’s disease, Huntington’s disease, Hemiballismus, Tourette’s syndrome, Tic Disorders, Dystonia, Corticobasal ganglia degeneration 등이 있다. 인지적인 질환인 치매는 파킨슨 병과 헌팅턴 병과도 관련되어 있다. 또한, 강박장애나 기분장애, ADHD와 같은 심리 질환도 발생할 수 있다.
SN에서 Caudate/putamen으로 가는 도파민 경로가 간섭된 경우 저하된 운동 활동을 보이게 된다. 이에 대한 한 예가 파킨슨 병이다. 파킨슨 병은 느린 움직임, 굽은 자세, 근육 경직 등을 보이는 신경 질환이다. 반대로, Caudate/putamen에서 GP로의 경로가 간섭된 경우 과활성화된 운동을 보이게 된다. 이 경우 헌팅턴 병과 같은 질환들이 발병할 수 있다. 헌팅턴 병은 경련과 같은 계속된 움직임, 운동 조절의 불능, 불안정한 걸음걸이 등을 보이며 일반적으로 추후 치매와도 연관되며 유전 질환이다.
정리하자면, Akinetic disorders (운동불능 장애)는 기저핵의 과활성화로 발생하는데, 도파민이 직접 경로의 활성화를 증가시키고 간접 경로의 활성화를 감소시키는 것과 관여되어있다. 기저핵의 활성화는 시상 활성화의 억제를 불러온다. Hyperkinetic disorders (과다한 운동 장애)는 기저핵의 적은 활성화로 발생하는데, GPe의 약화와 연관되어있다.
두 강의를 요약하자면, 기저핵은 매우 복잡한 구조로 input/output은 전두엽과 연결된다. 기저핵은 cortical-subcortical 경로에서 주요한 역할을 하며 운동 기능과 조절에 관여되어있다. 도파민은 흥분/억제성으로 작동하며 기저핵의 두 주요한 input nuclei는 striatum (모든 피질과 시상 영역으로부터 입력을 받음), Subthalamic nucleus (전두 피질의 입력만 받음)이며 두 주요한 output nuclei는 GPi와 SNr로 시상을 통해 전두엽으로 신호를 보내며 또한 중뇌와 뇌간으로도 신호를 보낸다. 기저핵은 거대한 운동 경로의 한 구조일 뿐이라는 것을 기억하고 전체 운동 경로를 이해하는 것이 중요하다.
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