Der substantia nigra ist eine Gehirnstruktur, die im mesencephalon (midbrain) gelegen ist, der eine wichtige Rolle in der Belohnung, Hingabe und Bewegung spielt. Substantia nigra ist für die "schwarze Substanz" lateinisch, die Tatsache widerspiegelnd, dass Teile des substantia nigra dunkler scheinen als benachbarte Gebiete. Das ist wegen hoher Niveaus von melanin in dopaminergic Neuronen. Die Parkinsonsche Krankheit wird durch den Tod von dopaminergic Neuronen im substantia nigra Durchschnitte compacta charakterisiert.

Obwohl der substantia nigra als ein dauerndes Band in Gehirnabteilungen erscheint, haben anatomische Studien gefunden, dass er wirklich aus zwei Teilen mit sehr verschiedenen Verbindungen und Funktionen, die Durchschnitte compacta und Durchschnitte reticulata besteht. Die Durchschnitte compacta dienen hauptsächlich als ein Eingang zum grundlegenden ganglia Stromkreis, den striatum mit dopamine liefernd. Die Durchschnitte reticulata dienen andererseits hauptsächlich als eine Produktion, Signale vom grundlegenden ganglia bis viele andere Gehirnstrukturen befördernd.

Anatomie

Der substantia nigra, zusammen mit vier anderen Kernen, ist ein Teil des grundlegenden ganglia. Der substantia nigra liegt im midbrain, der zum zerebralen peduncles dorsal ist. Menschen haben zwei substantiae nigrae, ein auf jeder Seite des midline. Der substantia nigra ist der größte Kern im midbrain. Der substantia nigra wird in zwei Teile geteilt: Die Durchschnitte reticulata (STÖRABSTAND) und Durchschnitte compacta (SNc), der mittler zu den Durchschnitten reticulata liegt. Manchmal wird ein drittes Gebiet, die Durchschnitte lateralis, erwähnt; jedoch wird das gewöhnlich als ein Teil der Durchschnitte reticulata klassifiziert. Die Durchschnitte reticulata und der innere globus pallidus werden durch die innere Kapsel getrennt.

Durchschnitte reticulata

Der STÖRABSTAND hat eine starke Ähnlichkeit, sowohl strukturell als auch funktionell, zum inneren Teil des globus pallidus (GPi). Die zwei werden manchmal als Teile derselben Struktur betrachtet, die durch die weiße Sache der inneren Kapsel getrennt ist. Wie diejenigen des globus pallidus sind die Neurone im STÖRABSTAND hauptsächlich GABAergic.

Verbindungen von Afferent

Der Haupteingang zum STÖRABSTAND ist auf den striatum zurückzuführen. Es kommt durch zwei Wege, die als die direkten und indirekten Pfade bekannt sind. Der direkte Pfad besteht aus axons von mittleren stacheligen Zellen in den striatum, die direkt zum STÖRABSTAND vorspringen. Der indirekte Pfad besteht aus drei Verbindungen, zuerst ein Vorsprung von striatal mittleren stacheligen Zellen bis den Außenteil des globus pallidus (GPe); zweit ein GABAergic Vorsprung von GPe bis den subthalamic Kern (STN); Drittel ein glutamatergic Vorsprung von STN bis STÖRABSTAND. So, striatal Tätigkeit übt einen excitatory (oder eher disinhibitory) Wirkung auf STÖRABSTAND-Neurone über den direkten Pfad, aber eine hemmende Wirkung über den indirekten Pfad aus. Die direkten und indirekten Pfade entstehen aus verschiedenen Teilmengen von striatal mittleren stacheligen Zellen: Sie werden dicht vermischt, aber drücken verschiedene Typen von dopamine Empfängern, sowie Vertretung anderer neurochemical Unterschiede aus.

Verbindungen von Efferent

Es gibt bedeutende Vorsprünge zum thalamus (ventrale seitliche und ventrale vordere Kerne), höherer colliculus und andere Schwanzkerne von den Durchschnitten reticulata (der nigrothalamic Pfad). Diese Neurone verwenden GABA als ihr neurotransmitter. Außerdem bilden diese Neurone bis zu fünf Kautionen dass Zweig sowohl innerhalb der Durchschnitte compacta als auch innerhalb Durchschnitte reticulata, wahrscheinlich dopaminergic Tätigkeit in den Durchschnitten compacta abstimmend.

Funktion

Der substantia nigra ist ein wichtiger Spieler in der Gehirnfunktion, insbesondere in Augenbewegung, Motorplanung, dem Belohnungssuchen, dem Lernen und der Hingabe. Viele Effekten des substantia nigra werden durch den striatum vermittelt. Der nigral dopaminergic Eingang zum striatum über den nigrostriatal Pfad wird mit der Funktion des striatum vertraut verbunden. Die Co-Abhängigkeit zwischen dem striatum und substantia nigra kann auf diese Weise gesehen werden: Wenn der substantia nigra elektrisch stimuliert wird, kommt keine Bewegung vor; jedoch sind die Symptome von der nigral Entartung wegen Parkinsons ein scharfes Beispiel des Einflusses des substantia nigra auf die Bewegung. Zusätzlich zu striatum-vermittelten Funktionen dient der substantia nigra auch als eine Hauptquelle der GABAergic Hemmung zu verschiedenen Gehirnzielen.

Durchschnitte Reticulata

Die Durchschnitte reticulata des substantia nigra sind ein wichtiges in einer Prozession gehendes Zentrum im grundlegenden ganglia. Die GABAergic Neurone in den Durchschnitten reticulata befördern die bearbeiteten Endsignale des grundlegenden ganglia zum thalamus und höherem colliculus. Außerdem hemmen die Durchschnitte reticulata auch dopaminergic Tätigkeit in den Durchschnitten compacta über axon Kautionen, obwohl die funktionelle Organisation dieser Verbindungen unklar bleibt.

Die GABAergic Neurone der Durchschnitte reticulata zünden spontan Handlungspotenziale an. In Ratten ist die Frequenz von Handlungspotenzialen ungefähr 25 Hz. Der Zweck dieser spontanen Handlungspotenziale ist, Ziele des grundlegenden ganglia zu hemmen, und Abnahmen in der Hemmung werden mit der Bewegung vereinigt. Der subthalamic Kern gibt Excitatory-Eingang, der die Rate der Zündung dieser spontanen Handlungspotenziale abstimmt. Jedoch führt die Verletzung des subthalamic Kerns zu nur einer 20-%-Abnahme in Durchschnitten reticulata Zündung der Rate, darauf hinweisend, dass die Generation von Handlungspotenzialen in den Durchschnitten reticulata größtenteils autonom ist. Ein Beispiel dieser hemmenden Produktion ist die wichtige Rolle der Durchschnitte reticulata in der saccadic Augenbewegung. Eine Gruppe von GABAergic Neuronen von den Durchschnitten reticulata springt zum höheren colliculus vor. Diese Verbindung stellt ein hohes Niveau der anhaltenden, hemmenden Tätigkeit aus. Vorsprünge vom geschwänzten Kern bis den höheren colliculus stimmen auch saccadic Augenbewegung ab.

Veränderte Muster von Durchschnitten reticulata Zündung wie einzelne Spitze oder Platzen-Zündung werden in der Parkinsonschen Krankheit und Fallsucht gefunden.

Durchschnitte Compacta

Die prominenteste Funktion der Durchschnitte compacta ist Motorkontrolle. Jedoch ist die Rolle des substantia nigra in der Motorkontrolle indirekt; die elektrische Anregung des substantia nigra läuft auf Bewegung nicht hinaus. Das ist wegen der Vermittlung des striatum im nigral Einfluss der Bewegung. Fehlen Sie jedoch Durchschnitte compacta Neurone hat klar einen großen Einfluss auf die Bewegung, wie gezeigt, durch die Symptome von Parkinson. Die Motorrolle der Durchschnitte compacta kann feine Motorkontrolle einschließen; das ist in Tiermodellen mit Verletzungen in den Durchschnitten compacta bestätigt worden.

Die Durchschnitte compacta werden an gelehrten Antworten auf Stimuli schwer beteiligt. In Primaten, dopaminergic Neuron-Tätigkeit nimmt im nigrostriatal Pfad zu, wenn ein neuer Stimulus präsentiert wird. Tätigkeit von Dopaminergic nimmt mit der wiederholten Stimulus-Präsentation ab. Jedoch setzt Verhaltens-bedeutende Stimulus-Präsentation (wie das klassische Bedingen, wo eine Belohnung präsentiert wird) fort, die dopaminergic Neurone zu aktivieren. Dieses Phänomen hilft, die Rolle des dopamine Systems in der Suchterzeugendkeit von Rauschgiften zu erklären. Außerdem sind die Durchschnitte compacta im "Raumlernen," die Beobachtungen über jemandes Umgebung und Position im Raum wichtig. Verletzungen in den Durchschnitten compacta führen zum Lernen von Defiziten im Wiederholen identischer Bewegungen, und einige Studien weisen zu seiner Beteiligung an einem dorsalen striatal-abhängigen, ansprechbasierten Speichersystem hin, das relativ unabhängig des hippocampus fungiert, der, wie man traditionell glaubt, räumlichen oder episodischen Speicherfunktionen förderlich ist.

Zeitliche Verarbeitung ist auch eine wichtige Funktion der Durchschnitte compacta. Die Durchschnitte compacta werden während der Zeitfortpflanzung aktiviert, und Verletzungen in den Durchschnitten führt compacta zu zeitlichen Defiziten. Bezüglich des späten sind die Durchschnitte compacta verdächtigt worden, den Zyklus des Schlaf-Kielwassers zu regeln. Das ist mit Symptomen wie Schlaflosigkeit und REM-Schlaf-Störungen im Einklang stehend, die von Patienten mit der Parkinsonschen Krankheit berichtet werden. Trotzdem können teilweise dopamine Defizite, die Motorkontrolle nicht betreffen, zu Störungen im Zyklus des Schlaf-Kielwassers, den besonders REM ähnlichen Mustern der Nerventätigkeit, während wach, besonders im hippocampus führen.

Pathophysiology

Der substantia nigra ist in der Entwicklung von vielen Krankheiten einschließlich der Parkinsonschen Krankheit kritisch.

Die Parkinsonsche Krankheit

Die Parkinsonsche Krankheit ist eine neurodegenerative Krankheit charakterisiert, teilweise, durch den Tod von dopaminergic Neuronen in den Durchschnitten compacta vom substantia nigra. Die Hauptsymptome von der Parkinsonschen Krankheit schließen Beben, akinesia, bradykinesia, und Steifkeit ein. Andere Symptome schließen Störungen zu Haltung, Erschöpfung, Schlaf-Abnormitäten und Depression ein.

Die Todesursache von dopaminergic Neuronen in den Durchschnitten compacta ist unbekannt. Jedoch sind einige Beiträge zur einzigartigen Empfänglichkeit von dopaminergic Neuronen in den Durchschnitten compacta identifiziert worden. Für einen, dopaminergic Neurone zeigen Abnormitäten in mitochondrial kompliziertem 1, Ansammlung des Alphas-synuclein verursachend. Das konnte auf das anomale Protein-Berühren und den Neuron-Tod hinauslaufen. Zweitens dopaminergic Neurone in den Durchschnitten enthalten compacta weniger calbindin als andere dopaminergic Neurone. Calbindin ist ein Protein, das am Kalzium-Ion-Transport innerhalb von Zellen beteiligt ist, und das Überkalzium in Zellen ist toxisch. Die calbindin Theorie würde den hohen cytotoxicity von Parkinson im substantia nigra im Vergleich zum ventralen tegmental Gebiet erklären. Unabhängig von der Ursache des neuronal Todes ist die Knetbarkeit der Durchschnitte compacta sehr robust; Symptome von Parkinsonian erscheinen nicht, bis bis zu 50-80 % von Durchschnitten compacta dopaminergic Neurone gestorben sind. Der grösste Teil dieser Knetbarkeit kommt am neurochemical Niveau vor; Dopamine-Transportsysteme werden verlangsamt, dopamine erlaubend, seit längeren Zeitspannen in den chemischen Synapsen im striatum zu verweilen.

Schizophrenie

Vergrößerte Niveaus von dopamine sind lange in die Entwicklung der Schizophrenie hineingezogen worden. Jedoch geht viel Debatte bis jetzt weiter, diese Theorie umgebend, die allgemein als die dopamine Hypothese der Schizophrenie bekannt ist. Trotz der Meinungsverschiedenheit, dopamine Gegner bleiben eine normale und erfolgreiche Behandlung für Schizophrenie. Diese Gegner schließen die erste Generation (typischer) antipsychotics wie butyrophenones, phenothiazines, und thioxanthenes ein. Diese Rauschgifte sind von der zweiten Generation (atypischer) antipsychotics wie clozapine und paliperidone größtenteils ersetzt worden. Es sollte bemerkt werden, dass diese Rauschgifte allgemein dem Dopamine-Produzieren von Neuronen selbst, aber auf den Empfängern auf dem post-synaptic Neuron nicht folgen.

Anderer schließen nichtpharmakologische Beweise zur Unterstutzung der dopamine Hypothese in Zusammenhang mit dem substantia nigra Strukturänderungen in den Durchschnitten compacta wie die Verminderung der synaptic Endgröße ein. Andere Änderungen im substantia nigra schließen vergrößerten Ausdruck von NMDA Empfängern im substantia nigra und reduzierten dysbindin Ausdruck ein. Vergrößerte NMDA Empfänger können zur Beteiligung von glutamate-dopamine Wechselwirkungen in Schizophrenie hinweisen. Dysbindin, der mit Schizophrenie (umstritten) verbunden worden ist, kann Dopamine-Ausgabe regeln, und der niedrige Ausdruck von dysbindin im substantia nigra kann in der Schizophrenie-Ätiologie wichtig sein. Wegen der Änderungen zum substantia nigra im schizophrenen Gehirn kann es schließlich möglich sein, spezifische Bildaufbereitungstechniken (wie melanin-spezifische Bildaufbereitung) zu verwenden, um physiologische Zeichen der Schizophrenie im substantia nigra zu entdecken.

Chemische Modifizierung von Substantia Nigra

Chemische Manipulation und Modifizierung des substantia nigra sind in den Feldern von neuropharmacology und Toxikologie wichtig. Verschiedene Zusammensetzungen wie levodopa und MPTP werden in der Behandlung und Studie der Parkinsonschen Krankheit verwendet, und viele andere Rauschgifte haben Effekten auf den substantia nigra.

Levodopa

Der substantia nigra ist das Ziel der chemischen Therapeutik für die Behandlung der Parkinsonschen Krankheit. Levodopa (L-DOPA), der dopamine Vorgänger, ist das meistens vorgeschriebene Medikament für die Parkinsonsche Krankheit. Trotz der Meinungsverschiedenheit bezüglich des neurotoxicity von dopamine und L-DOPA bleibt es die allgemeinste Behandlung für die Parkinsonsche Krankheit. Das Rauschgift ist in behandelnden Patienten in den frühen Stufen von Parkinson besonders wirksam, obwohl das Rauschgift wirklich seine Wirkung mit der Zeit verliert. Levodopa kann die Blutgehirnbarriere durchqueren und vergrößert dopamine Niveaus im substantia nigra, so die Symptome von der Parkinsonschen Krankheit erleichternd. Der Nachteil der levodopa Behandlung besteht darin, dass sie die Symptome von Parkinson (niedrige dopamine Niveaus), aber nicht die Ursache (der Tod von dopaminergic Neuronen im substantia nigra) behandelt.

MPTP

MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine), ist ein neurotoxin spezifischer zu dopaminergic Zellen im Gehirn, spezifisch im substantia nigra. MPTP wurde zum Scheinwerfer 1982 gebracht, als Heroin-Benutzer in Kalifornien Parkinson's ähnliche Symptome nach dem Verwenden von mit MPTP verseuchtem MPPP gezeigt haben. Die Patienten, die starr und fast völlig unbeweglich waren, haben auf die levodopa Behandlung geantwortet. Keine Vergebung der Parkinson's ähnlichen Symptome wurde berichtet, irreversiblen Tod der dopaminergic Neurone andeutend. Der vorgeschlagene Mechanismus von MPTP schließt Störung der Mitochondrial-Funktion, einschließlich der Störung des Metabolismus und Entwicklung von freien Radikalen ein.

Bald danach wurde MPTP in Tiermodellen für seine Wirkung im Verursachen der Parkinsonschen Krankheit (mit dem Erfolg) geprüft. MPTP hat akinesia, Starrheit und Beben in Primaten veranlasst, und, wie man fand, war sein neurotoxicity zum substantia nigra Durchschnitte compacta sehr spezifisch. In anderen Tieren, wie Nagetiere, ist die Induktion von Parkinson durch MPTP unvollständig oder verlangt viel höhere und häufige Dosen als in Primaten. Heute bleibt MPTP das am meisten begünstigte Modell, um Parkinson zu studieren.

Kokain

Der Mechanismus von Kokain der Handlung im menschlichen Gehirn schließt die Hemmung des dopamine Wiederauffassungsvermögens ein. Diese Verstopfung des dopamine Wiederauffassungsvermögens erklärt die suchterzeugenden Eigenschaften von Kokain, weil dopamine der kritische neurotransmitter für die Belohnung ist. Jedoch ist Kokain in den dopaminergic Neuronen des ventralen tegmental Gebiets aktiver als der substantia nigra. Kokain-Regierung vergrößert Metabolismus im substantia nigra, der die veränderte in Kokain verwendenden Themen gesehene Motorfunktion erklären kann. Die Hemmung des dopamine Wiederauffassungsvermögens durch Kokain hemmt auch die Zündung von spontanen Handlungspotenzialen durch die Durchschnitte compacta. Der Mechanismus, durch den Kokain dopamine Wiederauffassungsvermögen hemmt, schließt seine Schwergängigkeit zum dopamine Transportvorrichtungsprotein oder DAT ein. Jedoch zeigen neue Studien, dass Kokain auch eine Abnahme in DAT mRNA Niveaus verursachen kann. Das wird wahrscheinlich durch die Blockade von Kokain von DAT aber nicht direkter Einmischung mit transcriptional oder Übersetzungspfaden verursacht.

Inactivation des substantia nigra konnte sich erweisen, eine mögliche Behandlung für die Kokain-Hingabe zu sein. In einer Studie von vom Kokain abhängigen Ratten, inactivation des substantia nigra über implanted Kanülen hat außerordentlich Kokain-Hingabe-Rückfall reduziert.

Amphetamine

Wie Kokain vergrößert Amphetamin die Konzentrationen von dopamine in der Synaptic-Spalte, dadurch die Antwort des post-synaptic Neurons erhöhend. Auch wie Kokain trägt die veränderte Dopamine-Funktion zur Suchterzeugendkeit von Amphetaminen bei.

Der Mechanismus, durch den Amphetamine synaptic Niveaus von dopamine vergrößern, soll dopamine von pre-synaptic vesicles veröffentlichen, Konzentrationen von dopamine im cytosol des pre-synaptic Neurons vergrößernd. Die hohe Konzentration von dopamine im pre-synaptic Terminal verursacht den Rücktransport von dopamine durch die dopamine Transportvorrichtung (DAT) und in die Synaptic-Spalte.

Zusätzliche Images

Image:Gray678.png|Schematic Darstellung der ganglionic Hauptkategorien (Ich zu V).

Image:Gray685.png|Deep Sezieren des Gehirnstamms. Seitliche Ansicht.

Image:Gray690.png|Deep Sezieren des Gehirnstamms. Ventrale Ansicht.

Image:Gray710.png|Coronal Abteilung durch die Mitte Gehirn.

Image:Gray711.png|Transverse Abteilung der Mitte Gehirn am Niveau von untergeordnetem colliculi.

Image:Gray712.png|Transverse Abteilung der Mitte Gehirn am Niveau von höherem colliculi.

Image:Gray717.png|Coronal Abteilung des Gehirns sofort vor pons.

Image:Human Gehirn frontal (Kranz) Abteilungsbeschreibung 2. JPG|Human Gehirn frontal (Kranz) Abteilung

Image:Dopamine und serotonin Pfade gif|Dopamine und serotonin

Image:cn3nucleus.png|Section durch höheren colliculus Vertretung des Pfads des oculomotor Nervs.

Image:Periaqueductal_MRI.PNG|MRI Abteilung der Mitte Gehirn

Image:Substantia Nigra.jpg|Horizontal MRI (T1 beschwert) Scheibe mit dem Hervorheben der anzeigenden Position des substantia nigra.

</Galerie>

Links

• Diagramm und Erklärung von cortico-grundlegenden Pfaden