thumb|direita|Os núcleos da base
Os núcleos da base ou núcleos de Giornando, são constituídos por um conjunto de núcleos no cérebro com diferentes estruturas e atividades que atuam como uma unidade funcional. Emitem e recebem projeções entre si e com o córtex cerebral, tálamo e tronco cerebral, e são responsáveis por diversas funções como: coordenação motora, comportamentos de rotina (bruxismo), emoções e cognição.
Os principais constituintes dos gânglios da base são: corpo estriado (núcleo caudado e putâmen), globo pálido, núcleo subtalâmico e substância negra.
Subdivisões anatômicas thumb|400px|Fatias coronais do cérebro humano mostrando os núcleos da base.ROSTRAL: corpo estriado, globo pálido (GPe and GPi)CAUDAL: núcleo subtalâmico (STN), substância nigra (SN)
Os núcleos da base são constituídos por diferentes porções de matéria cinzenta, localizados no telencéfalo mais concretamente nas regiões inferiores do cérebro, junto ao tálamo. Ocupam uma posição lateral em ambos os hemisférios cerebrais.
Em termos anatómicos, os núcleos da base podem ser divididos em quatro estruturas, sendo elas: o estriado e globo pálido, as de maiores proporções; e a substância negra e o núcleo subtalâmico, as de menores proporções.Ullsperger, M., Danielmeier, C. & Jocham, G. Neurophysiology of performance monitoring and adaptive behavior. Physiol Rev 1, 35–79 (2014).
Corpo estriado O estriado é a maior estrutura dos gânglios da base, e o seu nome deriva da existência de estrias internas. Esta aparência deriva da existência de duas massas de matéria cinzenta separadas por uma região de matéria branca, sendo chamadas respectivamente de núcleo caudado e putâmen.
Esta estrutura é composta principalmente por neurónios GABAérgicos (inibem os neurónios a que se ligam) que projetam dendritos para o globo pálido externo (via indireta) e para o globo pálido interno (via direta). Recebem ainda projeções de neurônios excitatórios do córtex, tálamo e substância negra pars compacta que são essenciais para o movimento.Fix, J. D. in Neuroanatomy 274–281 (Lippincott Wiliams & Wilkins, 2008)
Globo pálido O globo pálido é uma estrutura localizada na parte mais interior do estriado. Apesar de parecer uma região homogénea pode ser dividida em duas estruturas funcionais distintas: um segmento interno e outro externo, conhecidos por GPi e GPe respectivamente. Ambas as regiões são constituídas por neurónios GABAérgicos que estão ativos d forma tónica e são responsáveis pela inibição dos movimentos. No entanto, os dois segmentos apresentam funções diferentes uma vez que participam em diferentes circuitos neuronais. O GPe é responsável pela via indireta uma vez que exerce a sua ação emitindo projeções para o núcleo subtalâmico (STN). Por outro lado o GPi recebe ligações não só do estriado mas também do STN, participando na via direta e indireta, e por fim projetando neurónios inibitórios para o tálamo.
Substância negra A substância negra (ou substância nigra) é uma região do mesencéfalo constituída sobretudo por neurónios dopaminérgicos. Pode ser ainda subdividida em duas estruturas: a substância negra pars reticulata (SNpr) e substância negra pars compacta (SNpc). Estruturalmente, a SNpr pode receber inputs diretamente do estriado (via direta) ou do núcleo subtalâmico via GPe (via indireta), levando a diferentes ações na coordenação motora. Por outro lado, a SNpc é responsável por emitir projeções de neurônios dopaminérgicos para o estriado, onde vai regular a ação dos neurônios inibitórios do GPe, inibindo movimentos involuntários pela via indireta e facilitando os movimentos voluntários pela via direta. A degeneração da substância negra causa o Mal de Parkinson , que pode se manifestar com tremor de repouso, dificuldade em começar ou parar um movimento, desequilíbrio, entre outros.
Núcleo subtalâmico O núcleo subtalâmico é a única região dos gânglios basais que tem uma ação excitatória através do glutamato. Possui projeções na via indireta nas regiões SNr e GPi.
Neurotransmissores Os diferentes tipos de neurônios dos núcleos da base sintetizam diferentes neurotransmissores.
Estrutura Neurotransmissor Descrição Distúrbios Corpo estriado GABA Neurônios médios, as células principais, são inibitórios Doença de Huntington Substância negra dopamina A pars compacta da Substância Negra (SNc) primariamente atinge o striatum com seu neurotransmissor (mostrado como uma conexão magenta na conectividade clássica no diagrama abaixo). Problemas na biossíntese ou transmissão de dopamina podem levar a sérios déficits motores e cognitivos, como ocorre na doença de Parkinson. Globo pálido GABA O globo pálido contém um segmento interno e um segmento externo. O segmento interno projeta para o tálamo, ao passo que o segmento externo projeta para o núcleo subtalâmico. Síndrome de Tourette
Núcleo subtalâmico glutamato Os neurônios do núcleo subtalâmico excitam neurônios do globo pálido interno. Lesões no núcleo subtalâmico podem resultar em hemibalismo.
Seleção de ações: importância dos núcleos basais Os nucléos da base estão envolvidos em vários circuitos neuronais implicados em funções cognitivas e associativas, motivação, funções motoras e emoções. O estriado é responsável por receber inputs de todas as áreas corticais através do tálamo e projetam principalmente para as áreas pré-frontais e motoras. Estes circuitos revelam subdivisões funcionais (oculomotor, pré-frontal, e giro cingulado) que desempenham funções importantes a nível da atenção e aprendizagem.John, R. et al. Conditional Routing of Information to the Cortex: A Model of the Basal Ganglia’s Role in Cognitive Coordination. Psychol. Rev. 117, 541–74 (2010)Chakravarthy, V. S., Joseph, D. & Bapi, R. S. What do the basal ganglia do? A modeling perspective. Biol. Cybern. 103, 237–53 (2010).
A ligação estabelecida entre os gânglios da base, tálamo e zonas corticais é responsável por recolher informação das zonas sensoriais por todo o corpo e integrá-las em sinais que posteriormente controlam e corrigem a ação muscular. O estriado é o principal responsável pela inibição das ações desencadeadas pelo córtex e estruturas associadas através das projeções GABAérgicas. Desta forma, os gânglios basais, através do estriado, desempenham um papel importante no controlo de movimentos involuntários e estereotipados. A desregulação desta estrutura está associada a algumas doenças degenerativas como: doença de Parkinson, doença de Wilson, paralisia supranuclear progressiva, doença de Huntington. Estas doenças diferem no tipo de lesão e na sua localização, tendo como sintomas comuns a abulia (incapacidade de iniciar uma ação espontânea) e distonia.Hollerman, J., Tremblay, L. & Schultz, W. Involvement of basal ganglia and orbitofrontal cortex in goal-directed behaviour. Prog Brain Res 126, 193–215 (2000).
Circuito CGTC Os gânglios da base são uma estrutura que possui múltiplas ligações diretas com o tálamo e o córtex cerebral, formando um circuito – córtex – gânglios basais – tálamo – córtex (CGTC), que influencia o comportamento motor e também cognitivo.Goldberg, J. H., Farries, M. A. & Fee, M. S. Basal ganglia output to the thalamus: still a paradox. Trends Neurosci. 36, 695–705 (2013)The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences (MITECS). (A Bradford Book, 2001)
Do córtex, os gânglios da base recebem um input de informação principalmente no corpo estriado. Este estímulo é efetuado através de neurónios glutamatérgicos, excitatórios, podendo atuar em ambos recetores dopaminérgicos D1 e D2 existentes no estriado. Daí, os neurónios projetam-se para o globo pálido interno/substância negra pars reticulata (GPi/SNr) ou pálido externo (GPe), formando a 'via direta 'ou a' indireta'.Schroll, H. & Hamker, F. H. Computational models of basal-ganglia pathway functions: focus on functional neuroanatomy. Front. Syst. Neurosci. 7, 122 (2013)Wichmann, T. & DeLong, M. R. Functional and pathophysiological models of the basal ganglia. Curr. Opin. Neurobiol. 6, 751–758 (1996)
A atividade do corpo estriado é modulada pela substância negra pars compacta (SNc), cujas projeções dopaminérgicas e a sua maior ou menor libertação fásica de dopamina mantem as vias em equilíbrio.Mink, J. W. The basal ganglia: focused selection and inhibition of competing motor programs. Prog. Neurobiol. 50, 381–425 (1996)Yin, H. H. & Knowlton, B. J. The role of basal ganglia in habit formation. Nat. Rev. Neurosci. 7, 464–476 (2006)
thumb|Principais circuitos dos gânglios da base, com a representação das vias direta (GO) e indireta (NoGO).As projeções excitatórias encontram-se a verde, inibitórias a vermelho e moduladoras a roxo. (Via hiperdireta omitida). Abreviaturas: GPe, globo pálido externo; GPi, globo pálido interno; SNr, substância nigra pars reticulata; SNc, substância nigra pars compacta; STN, núcleo subtalâmico
A transmissão da informação pela via direta (GO) é iniciada pela ativação dos recetores D1 no estriado. Daí, existe a projeção sucessiva de neurónios GABAérgicos (inibitórios) para o GPi/SNr, ocorrendo o silenciamento da atividade tónica dos seus neurónios inibitórios; de seguida, há a projeção para o tálamo. Desta forma, o input excitatório proveniente do córtex (glutamatérgico) irá desinibir os neurónios talâmicos, que por sua vez estimulam o córtex. Esta via resulta assim na facilitação da atividade muscular, por estimulação da via corticoespinhal lateral pelo córtex.
A via indireta (NoGO) envolve a passagem de informação pelo GPe, seguindo para o GPi/SNr e núcleos subtalâmicos, sendo ativada pela estimulação dos recetores D2 no estriado. O GPe envia um sinal inibitório para o núcleo subtalâmico (STN), que por sua vez possui uma ligação excitatória com o complexo GPi/SNr. Desta forma, a ativação da via indireta leva ao aumento do output pelo GPi, inibindo o tálamo, resultando num movimento menor e mais lento pela diminuição da estimulação do córtex.Onla-or, S. & Winstein, C. J. Function of the “direct” and “indirect” pathways of the basal ganglia motor loop: evidence from reciprocal aiming movements in Parkinson’s disease. Cogn. Brain Res. 10, 329–332 (2001)
O STN recebe também projeções glutamatérgicas provenientes do córtex frontal e motor, que irão aumentar também a atividade do GPi através de uma excitação geral e rápida. Esta via é denominada hiperdireta e permite a prevenção de uma resposta prematura, sendo particularmente importante em situações de extenso conflito entre ativação das diferentes vias através da inibição de atividade motora indesejada.Nambu, A., Tokuno, H. & Takada, M. Functional significance of the cortico-subthalamo-pallidal “hyperdirect” pathway. Neurosci. Res. 43, 111–7 (2002)
Assim, como resultado da coordenação entre excitação, inibição e desinibição, perante a ativação da via direta (GO) obtemos uma ação motivada, através da estimulação do córtex (circuito de feedback positivo). Porém, quando a via indireta (NoGO) se encontra mais ativa, existe supressão da atividade do córtex (circuito de feedback negativo). Desta forma, é possível a escolha entre possíveis ações a realizar, podendo facilitar uma ação adaptativa e ao mesmo tempo suprimir as ações competitivas, mantendo o equilíbrio entre a estimulação e inibição motora.
Disfunção dos núcleos da base Doença de Parkinson