GANGLIOS BASALES

Las conexiones de los ganglios basales forman un circuito que viene de la corteza y vuelve a la corteza, pasando por el tálamo corteza estriado tálamo Globo pálido medial n. subtalámico Globo pálido lateral Médula espinal

En los ganglios basales hay dos circuitos principales excitación inhibición corteza dopamina acetilcolina estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta Globo pálido lateral n. subtalámico

Las sinapsis excitadoras mantienen el sentido de la estimulación excitación inhibición

Las sinapsis excitadoras mantienen el sentido de la estimulación excitación inhibición

Las sinapsis inhibidoras invierten el sentido de la estimulación excitación inhibición

Las sinapsis inhibidoras invierten el sentido de la estimulación excitación inhibición

El efecto final depende de cuantas sinapsis excitadoras e inhibidoras haya en la cadena actividad

Produce activación de la corteza VÍA DIRECTA Produce activación de la corteza corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico

Produce inhibición de la corteza VÍA INDIRECTA Produce inhibición de la corteza corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico

Actúa en la vía directa y en la indirecta VÍA DOPAMINÉRGICA Actúa en la vía directa y en la indirecta corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico dopamina

Activa la vía directa y estimula a la corteza VÍA DOPAMINÉRGICA Activa la vía directa y estimula a la corteza corteza estriado tálamo D1 estimuladores Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico dopamina

Inhibe la vía indirecta y estimula a la corteza VÍA DOPAMINÉRGICA Inhibe la vía indirecta y estimula a la corteza corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) D2 SN compacta excitación inhibidores Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico dopamina

INTERNEURONAS COLINÉRGICAS Actúan en la vía directa y en la indirecta corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico acetilcolina

INTERNEURONAS COLINÉRGICAS Inhiben la vía directa e inhiben a la corteza corteza estriado tálamo inhibidores M4 Globo pálido medial (SN reticular) SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico acetilcolina

INTERNEURONAS COLINÉRGICAS Activan a la vía indirecta e inhiben a la corteza corteza estriado tálamo Globo pálido medial (SN reticular) M1 estimuladores SN compacta excitación Globo pálido lateral inhibición n. subtalámico acetilcolina

RESUMEN DE LOS EFECTOS: La vía directa estimula a la corteza La vía indirecta inhibe a la corteza La vía dopaminérgica de la S. negra compacta resulta en estimulación de la corteza La acetilcolina de las interneuronas resulta en inhibición de la corteza

El circuito existe en varias vías paralelas CIRCUITO MOTOR CIRCUITO EJECUTIVO CIRCUITO LÍMBICO Dorsolateral prefrontal (Áreas 9 y 10) Corteza motora Cingular anterior y orbitofrontal CORTEZA Cabeza del caudado Caudado ventromedial y estriado ventral ESTRIADO putamen Globo pálido medial (lateralmente) Globo pálido medial y SN reticular (dorsomedial) GP INTERNO Y SN RETICULAR Globo pálido (ventral) N. Ventral anterior y dorsomedial TÁLAMO N. Ventral lateral N. dorsomedial

GP INTERNO Y SN RETICULAR Dentro de cada circuito existen muchas vías paralelas CIRCUITO MOTOR CIRCUITO EJECUTIVO CIRCUITO LÍMBICO CORTEZA ESTRIADO GP INTERNO Y SN RETICULAR TÁLAMO

GP INTERNO Y SN RETICULAR Dentro del circuito motor cada vía corresponde a un movimiento distinto CIRCUITO MOTOR CORTEZA ESTRIADO GP INTERNO Y SN RETICULAR TÁLAMO

En una situación en que hay varios movimientos posibles hay que seleccionar uno dependiendo del contexto

El circuito selecciona un movimiento de los varios posibles CIRCUITO MOTOR estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial Médula espinal EJECUCIÓN n. subtalámico dopamina SN compacta

El circuito selecciona la respuesta más activa y bloquea las demás Corteza cerebral Repuestas posibles Ganglios basales Repuesta más activa

El circuito ejecutivo seleccionaría una decisión o plan de acción entre varios posibles Corteza motora Corteza prefrontal EJECUCIÓN tálamo CIRCUITO EJECUTIVO estriado Médula espinal Globo pálido lateral Globo pálido medial n. subtalámico SN compacta

OBJETIVO estímulo acción recompensa HÁBITO estímulo acción Al principio, el comportamiento se realiza para conseguir un objetivo, pero con la repetición se convierte en un hábito OBJETIVO estímulo acción recompensa HÁBITO estímulo acción

El estriado se activa cuando tiene que tomar la decisión Al principio el estriado se activa para establecer el programa motor, y luego para activar ese programa y evaluar el resultado Un tono alto o bajo indica si tiene que girar a la derecha o la izquierda AL PRINCIPIO El estriado se activa cuando tiene que tomar la decisión TRAS MUCHOS ENSAYOS El estriado se activa oír el tono para activar el programa motor adecuado

Durante el establecimiento del hábito cambia del circuito ejecutivo al sensoriomotor Dorsolateral prefrontal (Áreas 9 y 10) Cabeza del caudado Globo pálido medial y SN reticular (dorsomedial) N. Ventral anterior y dorsomedial CIRCUITO EJECUTIVO (acción-resultado) Corteza motora putamen Globo pálido medial (lateralmente) N. Ventral lateral CIRCUITO MOTOR (estímulo-respuesta) ESTABLECIMIENTO DEL HÁBITO dopamina dopamina

¿Y cómo se relaciona todo esto con el cerebelo?

Al igual que los ganglios basales, el cerebrocerebelo tiene conexiones recíprocas con la corteza cerebral a través del tálamo Corteza dentado

estimulador inhibidor Y en el cerebrocerebelo también hay un circuito estimulador y otro inhibidor con la corteza dentado Corteza dentado Corteza Cerebro cerebelo estimulador inhibidor

Cada área de la corteza, junto con los ganglios basales y el cerebrocerebelo formaría un módulo de procesamiento distribuido (DPM) Modelo de Houk & Wise Ganglios basales Corteza cerebral Cerebelo James C. Houk Agents of the mindBiol Cybern (2005) 92: 427–437

Formación del programa Cada área de la corteza, junto con los ganglios basales y el cerebrocerebelo formaría un módulo de procesamiento distribuido (DPM) activación inhibición ENTRADA Corteza cerebral Ganglios basales Cerebelo núcleo corteza Formación del programa clasificación selección amplificación refinado Los ganglios basales seleccionan entre los programas motores de la corteza El cerebrocerebelo amplifica y refina los programas ERROR RECOMPENSA SALIDA JC. Houk Agents of the mindBiol Cybern (2005) 92: 427–437 J.C Houk, C Bastianen, D Fansler, A Fishbach, D Fraser, P.J Reber, S.A Roy, L.S Simo Action selection and refinement in subcortical loops through basal ganglia and cerebellum Phil. Trans. R. Soc. B (2007) 362, 1573–1583

APRENDIZAJE REFORZADO Formación del programa Los ganglios basales mediarían el aprendizaje reforzado activación inhibición ENTRADA APRENDIZAJE REFORZADO Corteza cerebral Ganglios basales Cerebelo núcleo corteza Formación del programa clasificación selección amplificación refinado Los ganglios basales seleccionan entre los programas motores de la corteza El cerebrocerebelo amplifica y refina los programas ERROR RECOMPENSA SALIDA JC. Houk Agents of the mindBiol Cybern (2005) 92: 427–437 J.C Houk, C Bastianen, D Fansler, A Fishbach, D Fraser, P.J Reber, S.A Roy, L.S Simo Action selection and refinement in subcortical loops through basal ganglia and cerebellum Phil. Trans. R. Soc. B (2007) 362, 1573–1583

APRENDIZAJE SUPERVISADO Formación del programa El cerebelo mediaría el aprendizaje supervisado mediante la retroalimentación de las fibras trepadoras activación inhibición ENTRADA APRENDIZAJE SUPERVISADO Corteza cerebral Ganglios basales Cerebelo núcleo corteza Formación del programa clasificación selección amplificación refinado Los ganglios basales seleccionan entre los programas motores de la corteza El cerebrocerebelo amplifica y refina los programas ERROR RECOMPENSA SALIDA JC. Houk Agents of the mindBiol Cybern (2005) 92: 427–437 J.C Houk, C Bastianen, D Fansler, A Fishbach, D Fraser, P.J Reber, S.A Roy, L.S Simo Action selection and refinement in subcortical loops through basal ganglia and cerebellum Phil. Trans. R. Soc. B (2007) 362, 1573–1583

La enfermedad de Parkinson o parálisis agitante fue descrita por James Parkinson en 1817 (1755 - 1824) "Involuntary tremulous motion, with lessened muscular power, in parts not in action and even when supported; with a propensity to bend the trunk forwards, and to pass from a walking to a running pace; the senses and intellect being uninjured”

Acinesia o bradicinesia (disminución de los movimientos voluntarios) La enfermedad de Parkinson presenta tres síntomas característicos Acinesia o bradicinesia (disminución de los movimientos voluntarios) Rigidez Temblor

En la enfermedad de Parkinson está lesionada la sustancia negra compacta y disminuye la liberación de dopamina Sustancia negra Normal Parkinson Dopamina Normal Parkinson

En la enfermedad de Parkinson la lesión de la vía dopaminérgica produce acinesia CIRCUITO MOTOR estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial Médula espinal Médula espinal n. subtalámico SN compacta

En la enfermedad de Parkinson hay temblor de reposo Disminuye con los movimientos

Nactividad en el globo pálido medial El temblor parece originarse en el globo pálido lateral y núcleo subtalámico n. subtalámico tálamo Globo pálido lateral CONTROL Nactividad en el globo pálido medial GPL inactivado GABA Deinactivación de canales de CaT Umbral de canales de NaV canales de Ih n. ST inactivado Tachibana, Y., Iwamuro, H., Kita, H., Takada, M. and Nambu, A. (2011), Subthalamo-pallidal interactions underlying parkinsonian neuronal oscillations in the primate basal ganglia. European Journal of Neuroscience, 34: 1470–1484 Y Park, J Kim and  D Kim The potential roles of T-type Ca2+ channels in motor coordination Front. Neural Circuits, 2013

En la enfermedad de Parkinson hay rigidez Rigidez cérea o “en tubo de plomo” medular cortical Respuesta reprogramada Carga añadida Se potencia el reflejo de estiramiento cortical

Presenta alteraciones típicas en la marcha MARCHA PARKINSONIANA Dificultad para detenerse y girar flexionado No balancea los brazos Tiende a ir cada vez más deprisa (festinación) Levanta poco el pie Pasos pequeños

(nervios periféricos) Tipos de alteraciones en la marcha Espástica Tabética Cerebelosa Parkinsoniana Estepaje (nervios periféricos)

Aunque inicialmente se pensó que era una enfermedad puramente motora, también presenta alteraciones cognitivas y emocionales Apatía, falta de atención y concentración, desmemoria Alucinaciones visuales, delusiones, fenómenos psicóticos Ansiedad, depresión Demencia

En el Wisconsin Card Sorting Test (WCST) el sujeto debe descubrir la regla según la cual tiene que clasificar las cartas Intenta clasificarlas por la figura Descubre que debe clasificarlas por el color incorrecto correcto correcto

Al cabo de un cierto número de jugadas se cambia la regla por la que tiene que clasificar las cartas Ahora debe clasificarlas por el número de figuras En seguida se da cuenta y cambia de estrategia correcto correcto incorrecto

El paciente de Parkinson es incapaz de cambiar la estrategia (perseveración) incorrecto incorrecto incorrecto

Cuando cambia el contexto es incapaz de seleccionar otro plan de acción CIRCUITO EJECUTIVO estriado n. subtalámico tálamo Corteza prefrontal SN compacta CIRCUITO EJECUTIVO estriado n. subtalámico tálamo Corteza prefrontal SN compacta cambio del contexto

Se trata con levodopa (L-dopa) que es el precursor de la dopamina SUSTANCIA NEGRA ESTRIADO dopamina L-dopa

A veces se usan bloqueantes de la acetilcolina para complementar la levodopa estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial Médula espinal anticolinérgicos EJECUCIÓN n. subtalámico SN compacta

El tratamiento quirúrgico consiste en producir lesiones en el globo pálido medial o en el núcleo subtalámico, interrumpiendo la vía indirecta inhibitoria estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial Médula espinal anticolinérgicos EJECUCIÓN n. subtalámico SN compacta

Paradójicamente, la estimulación en el globo pálido medial o en el núcleo subtalámico también mejora los síntomas

En el Parkinson, cambia el patrón de actividad en los ganglios basales Normal Parkinson n. subtalámico Globo pálido medial

En el hemibalismo existe una lesión unilateral del núcleo subtalámico n. subtalámico

En el hemibalismo se producen movimientos involuntarios

MOVIMIENTOS INVOLUNTARIOS En el hemibalismo la lesión del núcleo subtalámico provoca movimientos involuntarios estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial MOVIMIENTOS INVOLUNTARIOS n. subtalámico SN compacta

En el corea aparecen movimientos involuntarios Hay dos formas de corea: el corea de Sydenham es reversible Thomas Sydenham (1624-1689)

El corea de Huntington es irreversible George Huntington (1850-1916) En el corea de Huntington se produce una degeneración del núcleo caudado

MOVIMIENTOS INVOLUNTARIOS En el corea de Huntington la lesión del estriado provoca movimientos involuntarios estriado tálamo Corteza motora Globo pálido lateral Globo pálido medial MOVIMIENTOS INVOLUNTARIOS n. subtalámico SN compacta

ENFERMEDADES DEL SISTEMA EXTRAPIRAMIDAL Disminución de los movimientos voluntarios Aumento de los movimientos involuntarios Enfermedad de Parkinson Hemibalismo Corea de Huntington S. Negra compacta N subtalámico N caudado

En otras enfermedades pueden estar implicados los ganglios basales Síndrome de Gilles de la Tourette Marquesa de Dampierre merde! foutu cochon! tics coprolalia Emperador Claudio (10 a.C.–54 d.C.) Moliere (1622–1673) Zar Pedro I de Rusia (1672-1725.) Samuel Johnson (1709–1784) Wolfgang A. Mozart (1756–1791) André Malraux (1901–1976)

En el síndrome de Tourette hay anomalías en el circuito límbico de los ganglios basales, y mejora con antagonistas de la dopamina Áreas activadas durante tics motores y vocales en 6 pacientes con síndrome de Tourette http://labs.bwh.harvard.edu/fnl/NeuropsychiatricStudies%252FHomePage.html