مسابقه به مناسبت هفته آگاهی از مغز؛ تاریخ: ۲۴ اسفندماه

همراه با جایزه »» فرم تماس ثبت‌نام آینده نگاران مغز
مغز و اعصابنوروفیزیولوژی

علوم اعصاب برای پزشکان بالینی؛ تالاموکورتیکال: برهم کنش های تالاموسی – قشری


دعای مطالعه [ نمایش ]

بِسْمِ الله الرَّحْمنِ الرَّحیمِ

اَللّهُمَّ اَخْرِجْنى مِنْ ظُلُماتِ الْوَهْمِ

خدایا مرا بیرون آور از تاریکى‏‌هاى‏ وهم،

وَ اَکْرِمْنى بِنُورِ الْفَهْمِ

و به نور فهم گرامى ‏ام بدار،

اَللّهُمَّ افْتَحْ عَلَیْنا اَبْوابَ رَحْمَتِکَ

خدایا درهاى رحمتت را به روى ما بگشا،

وَانْشُرْ عَلَیْنا خَزائِنَ عُلُومِکَ بِرَحْمَتِکَ یا اَرْحَمَ الرّاحِمینَ

و خزانه‏‌هاى علومت را بر ما باز کن به امید رحمتت اى مهربان‌‏ترین مهربانان.



» کتاب علوم اعصاب برای پزشکان بالینی
»» فصل ۲۶: فصل تالاموس و برهم‌کنش‌های تالاموسی – قشری؛ قسمت دوم
»» chapter 26: Thalamus and Thalamocortical Interactions; part two
در حال ویرایش

Extrathalamic Inputs Regulating Thalamic Activity 

ورودی‌های خارج تالاموسی که فعالیت تالاموس را تنظیم می‌کنند

Extrathalamic GABAergic Inputs

ورودی‌های گابائرژیکی خارج تالاموسی

Extrathalamic GABAergic inputs originate from the output nuclei of the basal ganglia (GPi, SNr, and ventral pallidum), zona incerta, anterior pretectal nucleus, and pontine reticular formation. (11) One common feature among all extrathalamic GABAergic systems is their lack of pro- jections to primary sensory relay nuclei. Instead, the GPi and SNr innervate motor territories; the ventral pallidum innervates the MD; the zona incerta and anterior pretectal nucleus innervate higher order sensory nuclei such as the posterior nucleus; and the pontine reticular formation innervates the midline and intralaminar nuclei. Extrathalamic GABAergic afferents exert a strong influence on TC neurons given their large terminals with many boutons that converge on a proximal dendrite of the TC neurons. Unlike the TRN, the extrathalamic GABAergic nuclei do not receive feedback from the thalamus and do not exert global inhibitory influence to synchronize thalamic activity. Rather, their global effects reflect inhibition of thalamic nuclei that have widespread cortical projections. For example, selective stimulation of GABAergic pontine reticular formation afferents to the intralaminar thalamus elicits cortical slow oscillations and interruption of ongoing behavior. Whereas neurons of the TRN receive input from CT neurons of layer 6, extrathalamic inhibitory nuclei receive inputs from layer 5. This layer 5 input provides for the emergence of an inhibitory loop cortico-extrathalamic-TC loop parallel to the cortico-TRN-TC loops triggered by CT inputs from layer 6. (11)

ورودی‌های GABAergic Extrathalamic از هسته‌های خروجی عقده‌های قاعده‌ای (GPi، SNr و پالیدوم شکمی)، زونا اینسرتا، هسته پره‌تکتال قدامی، و تشکیل رتیکولار پونتین سرچشمه می‌گیرند. (۱۱) یکی از ویژگی‌های مشترک در میان تمام سیستم‌های GABAergic خارج تالاموس، عدم پیش‌بینی آنها به هسته‌های رله حسی اولیه است. در عوض، GPi و SNr قلمروهای موتور را عصب دهی می‌کنند. پالیدوم شکمی‌MD را عصب دهی می‌کند. زونا اینسرتا و هسته پره‌تکتال قدامی، هسته‌های حسی درجه بالاتر مانند هسته خلفی را عصب دهی می‌کنند. و تشکیل رتیکولار پونتین خط میانی و هسته‌های درون لایه ای را عصب دهی می‌کند. آوران‌های GABAergic Extrathalamic با توجه به پایانه‌های بزرگ خود با بسیاری از بوتون‌ها که روی دندریت پروگزیمال نورون‌های TC همگرا می‌شوند، تأثیر زیادی بر نورون‌های TC دارند. بر خلاف TRN، هسته‌های گابا ارژیک خارج تالاموس بازخوردی از تالاموس دریافت نمی‌کنند و برای همگام‌سازی فعالیت تالاموس تأثیر مهاری جهانی اعمال نمی‌کنند. در عوض، اثرات جهانی آنها منعکس کننده مهار هسته‌های تالاموس است که دارای برجستگی‌های گسترده قشر مغز هستند. به عنوان مثال، تحریک انتخابی آوران‌های تشکیل شبکه‌ای پونتین GABAergic به تالاموس داخل لامینار باعث ایجاد نوسانات آهسته قشر و وقفه در رفتار مداوم می‌شود. در حالی که نورون‌های TRN ورودی از نورون‌های CT لایه ۶ دریافت می‌کنند، هسته‌های بازدارنده خارج تالاموس ورودی‌های لایه ۵ را دریافت می‌کنند. این ورودی لایه ۵ برای ظهور یک حلقه مهاری cortico-extratalamic-TC به موازات حلقه‌های Cortico-TRN-TC فراهم می‌کند. توسط ورودی‌های CT از لایه ۶ فعال می‌شود. (۱۱)

THALAMIC ACTIVITY DURING SLEEP

فعالیت تالاموسی در حین خواب

From the state of relaxed, inattentive wakefulness through the deepest stages of NREM (N) sleep, the EEG pattern progressively increases in amplitude and decreases in frequency from alpha waves (8-13 Hz) during relaxed wakefulness, to theta waves (4-7 Hz) in stage N1; sleep spindles (7-15 Hz) in stage N2; and delta waves (0.5-4 Hz) and slow waves (<1 Hz) in stage N3. These transitions in part reflect the progressive decrease of activity of wake-active cholinergic and monoaminergic neurons in the forebrain and brainstem. Intracellular recordings on TC and TRN neurons indicate that a common feature of these low-vigilance states is the rhythmic occurrence of action potential bursts driven by voltage-dependent Ca2+ spikes (13-15) (Figure 26.8). During sleep spindles, delta sleep and slow-wave sleep, these bursts have high frequency (100-500 Hz) and are driven by LTS mediated by T-type (Cav3) channels following short periods of membrane hyperpolarization. The membrane potential strongly influences whether a TC neuron will entrain spindle, delta, or slow oscillations.

از حالت بیداری آرام و بی توجه تا عمیق ترین مراحل خواب NREM (N)، الگوی EEG به تدریج در دامنه افزایش می‌یابد و فرکانس از امواج آلفا (۸-۱۳ هرتز) در طول بیداری آرام، به امواج تتا (۴-۷ هرتز) کاهش می‌یابد. در مرحله N1؛ دوک‌های خواب (۷-۱۵ هرتز) در مرحله N2. و امواج دلتا (۰.۵-۴ هرتز) و امواج آهسته (<1 هرتز) در مرحله N3. این انتقال تا حدی منعکس کننده کاهش تدریجی فعالیت نورون‌های کولینرژیک و مونوآمینرژیک فعال بیدار در پیش مغز و ساقه مغز است. ضبط‌های درون سلولی روی نورون‌های TC و TRN نشان می‌دهد که ویژگی مشترک این حالت‌های کم هوشیاری، وقوع ریتمیک انفجارهای پتانسیل عمل است که توسط اسپایک‌های +Ca2 وابسته به ولتاژ هدایت می‌شود (۱۵-۱۳) (شکل ۲۶.۸). در طول دوک‌های خواب، خواب دلتا و خواب موج آهسته، این انفجارها فرکانس بالایی دارند (۱۰۰-۵۰۰ هرتز) و توسط LTS با واسطه کانال‌های نوع T (Cav3) به دنبال دوره‌های کوتاه هیپرپلاریزاسیون غشا هدایت می‌شوند. پتانسیل غشاء به شدت تأثیر می‌گذارد که آیا یک نورون TC نوسانات دوک، دلتا یا آهسته را جذب می‌کند.

Spindle Oscillations

نوسانات دوک

Spindles consist of 7-15 Hz oscillations lasting between 1 and 3 seconds and separated by a refractory period of 5-20 seconds. The amplitude of spindle oscillations first waxes and wanes and later drops out as the spindle progresses. Spindles are generated by the PV positive GABAergic neurons in the TRN that primarily target first-order sensory relay nuclei. The strong recurrent connectivity between TC and TRN neurons enables thalamic spindle oscillations. During a spindle oscillation, groups of synchronized TRN neurons transiently inhibit TC cells via GABAA and GABAB receptors; upon release from inhibition, TC neurons fire rebound bursts that reexcite TRN neurons, initiating another TRN burst and the next. The neocortical feedback to TRN and TC neurons contributes to the properties of sleep spindles. There are two spindle-range oscillations in humans. Spindles in centrotemporal areas are faster than those in the frontal cortex and propagate in a posterior-to-anterior direction. In contrast, the cortical slow oscillations, which may be the trigger for global spindle initiation, travel in an anterior-to-posterior direction. Optogenetic studies in mice show that TRN neurons projecting to sensory relay nuclei are highly engaged in spindle activity whereas TRN neurons projecting to limbic thalamic nuclei such as the ANT do not engage in spindles but instead show reduced spiking during sleep. (10) This indicates that during sleep TRN-mediated inhibition is higher for sensory thalamic nuclei processing outside information and lower for memory-associated thalamic processing. This would presumably allow the replay of memory traces and enhance offline consolidation of information encoded in the hippocampus during wakefulness.

دوک‌ها شامل نوسانات ۷-۱۵ هرتز هستند که بین ۱ تا ۳ ثانیه طول می‌کشد و با دوره نسوز ۵-۲۰ ثانیه از هم جدا می‌شوند. دامنه نوسانات دوک ابتدا موم و کاهش می‌یابد و بعداً با پیشرفت دوک کاهش می‌یابد. دوک‌ها توسط نورون‌های GABAergic PV مثبت در TRN تولید می‌شوند که در درجه اول هسته‌های رله حسی مرتبه اول را هدف قرار می‌دهند. اتصال مکرر قوی بین نورون‌های TC و TRN نوسانات دوک تالاموس را امکان پذیر می‌کند. در طول نوسان دوک، گروه‌هایی از نورون‌های TRN همگام‌شده به طور موقت سلول‌های TC را از طریق گیرنده‌های GABAA و GABAB مهار می‌کنند. به محض رها شدن از مهار، نورون‌های TC انفجارهای برگشتی را شلیک می‌کنند که نورون‌های TRN را دوباره تحریک می‌کنند و انفجار TRN دیگری را آغاز می‌کنند. بازخورد نئوکورتیکال به نورون‌های TRN و TC به خواص دوک‌های خواب کمک می‌کند. دو نوسان دامنه دوکی در انسان وجود دارد. دوک‌ها در نواحی مرکزی گیجگاهی سریع‌تر از دوک‌های قشر پیشانی هستند و در جهت خلفی به قدامی‌منتشر می‌شوند. در مقابل، نوسانات آهسته قشر مغز، که ممکن است محرک شروع دوک جهانی باشند، در جهت قدامی‌به خلفی حرکت می‌کنند. مطالعات اپتوژنتیک در موش‌ها نشان می‌دهد که نورون‌های TRN که به هسته‌های رله حسی می‌تابند، به شدت درگیر فعالیت دوک هستند، در حالی که نورون‌های TRN که به هسته‌های تالاموس لیمبیک مانند ANT درگیر می‌شوند، در دوک‌ها درگیر نمی‌شوند، اما در عوض در طول خواب کاهش اسپک نشان می‌دهند. (۱۰) این نشان می‌دهد که در طول خواب، مهار با واسطه TRN برای پردازش اطلاعات بیرونی هسته‌های حسی تالاموس بیشتر و برای پردازش تالاموس مرتبط با حافظه کمتر است. احتمالاً این امکان پخش مجدد ردپای حافظه و تقویت آفلاین اطلاعات کدگذاری شده در هیپوکامپ در هنگام بیداری را فراهم می‌کند.

Delta Oscillations and Slow Waves

نوسانات دلتا و امواج آهسته

Delta and slow oscillations in TC and TRN neurons can occur via cell-intrinsic pacemaker mechanisms in the absence of neocortical inputs. During a transition into slow-wave sleep, progressive reduction in activity of neuromodulators leads to further hyperpolarization across the thalamus, biasing thalamic oscillations from spindles to delta and then slow oscillations (Figure 26.8). Thalamocortical neurons are capable of firing periodic bursts of action potentials at 1-2 Hz that, when synchronized, generate delta oscillations. These oscillations depend on the dynamic interaction between T-channels and HCN channels in TC neurons and Ca2+-activated K+ channels in TRN neurons. However, both the neocortex and the thalamus participate in producing delta and slow rhythms on the EEG. During sleep, the cortex generates a 0.3-1 Hz rhythm, termed the slow oscillation, which con- sists of alternating periods of high activity (“UP” states) and silence (“DOWN” states). During the “UP” state corticothalamic output drives widespread and coordinated TRN-mediated hyperpolarization across the TC popula- tion resulting in phase-locked rebound bursting, which once entrained initiates clocklike thalamic delta oscillations that are propagated back to the cortex. Whereas slow oscillations in the neocortical networks are primarily generated by interactions between excitation and inhibi- tion, slow oscillations in TC and TRN neurons are generated by cell-intrinsic mechanisms. Tonic TRN firing may evoke targeted TC hyperpolarization and thus a spatially restricted version of global sleep-related delta or slow oscillations even during wakefulness. In humans, slow-wave power is amplified and slow activity during NREM sleep becomes more localized in task-related regions after learning. This allows offline processing and enhancement of hippocampal encoded memories and promotes their consolidation during sleep.

نوسان‌های دلتا و آهسته در نورون‌های TC و TRN می‌توانند از طریق مکانیسم‌های ضربان‌ساز درونی سلولی در غیاب ورودی‌های نئوکورتیکال رخ دهند. در طول انتقال به خواب موج آهسته، کاهش تدریجی فعالیت تعدیل کننده‌های عصبی منجر به‌هایپرپلاریزه شدن بیشتر در سراسر تالاموس می‌شود، نوسانات تالاموس را از دوک به دلتا سوگیری می‌کند و سپس نوسانات آهسته (شکل ۲۶.۸). نورون‌های تالاموکورتیکال قادرند انفجارهای دوره‌ای از پتانسیل‌های عمل را در فرکانس ۱-۲ هرتز شلیک کنند که وقتی همگام شوند، نوسان‌های دلتا ایجاد می‌کنند. این نوسانات به تعامل دینامیکی بین کانال‌های T و کانال‌های HCN در نورون‌های TC و کانال‌های K+ فعال‌شده Ca2+ در نورون‌های TRN بستگی دارد. با این حال، هم نئوکورتکس و هم تالاموس در تولید ریتم دلتا و آهسته در EEG شرکت می‌کنند. در طول خواب، قشر مغز یک ریتم ۰.۳-۱ هرتز تولید می‌کند که به آن نوسان آهسته می‌گویند، که شامل دوره‌های متناوب فعالیت زیاد (حالت‌های “بالا”) و سکوت (حالت‌های “پایین”) است. در طول حالت “UP” خروجی کورتیکوتالاموس باعث ایجاد هیپرپلاریزاسیون گسترده و هماهنگ با واسطه TRN در سراسر جمعیت TC می‌شود که منجر به ترکیدن برگشتی قفل شده در فاز می‌شود، که پس از وارد شدن، نوسانات دلتای تالاموس مانند ساعت را آغاز می‌کند که به قشر منتشر می‌شوند. در حالی که نوسانات آهسته در شبکه‌های نئوکورتیکال عمدتاً توسط برهمکنش بین تحریک و مهار ایجاد می‌شوند، نوسانات آهسته در نورون‌های TC و TRN توسط مکانیسم‌های درونی سلول ایجاد می‌شوند. شلیک تونیک TRN ممکن است هیپرپلاریزاسیون هدفمند TC و در نتیجه یک نسخه محدود فضایی از دلتای جهانی مرتبط با خواب یا نوسانات آهسته را حتی در هنگام بیداری ایجاد کند. در انسان، قدرت موج آهسته تقویت می‌شود و فعالیت آهسته در طول خواب NREM پس از یادگیری در مناطق مربوط به کار محلی تر می‌شود. این امکان پردازش آفلاین و تقویت حافظه‌های کدگذاری شده هیپوکامپ را فراهم می‌کند و باعث تقویت آنها در طول خواب می‌شود.

Thalamic Oscillations and Thalamic Plasticity

نوسانات تالاموس و پلاستیسیته تالاموس

In addition to its critical role in generation of state- dependent oscillations during low-vigilance states, the increase in somatodendritic Ca2+ elicited during the LTS strongly affects thalamic synaptic plasticity. (14) The strength of the TRN-TC GABAergic synapse varies according to the frequency of LTS and thus the stage of NREM sleep. For example when LTS occur at slow oscillation frequency (< 1 Hz) they promote a Ca2+ influx via postsynaptic L- type channels; this triggers a retrograde signal mediated by nitric oxide and resulting in long-term potentiation of the GABAergic synapses from TRN on TC neurons. In contrast, when LTS occur at delta frequency, they trigger Ca2+-dependent activation of calcineurin and long-term depression of the TRN-TC inhibitory synapse. The excitatory synapses onto TC and TRN also undergo LTS- dependent long-term potentiation or depression via activation of N-methyl-D-aspartate receptors. Thalamic activity may participate in homeostatic modifications of synaptic strength that occurs during sleep. (16) This involves downscaling of strength at particular synapses while preserving or increasing strength at synapses that have been strongly activated by novel features during the preceding period of wakefulness.

علاوه بر نقش حیاتی آن در تولید نوسانات وابسته به حالت در حالت‌های کم هوشیاری، افزایش Ca2+ سوماتودندریتیک ناشی از LTS به شدت بر انعطاف‌پذیری سیناپسی تالاموس تأثیر می‌گذارد. (۱۴) قدرت سیناپس GABAergic TRN-TC با توجه به فرکانس LTS و در نتیجه مرحله خواب NREM متفاوت است. به عنوان مثال وقتی LTS در فرکانس نوسان آهسته (< 1 هرتز) رخ می‌دهد، هجوم Ca2+ را از طریق کانال‌های نوع L پس سیناپسی ترویج می‌کند. این باعث ایجاد یک سیگنال رتروگراد با واسطه اکسید نیتریک می‌شود و منجر به تقویت طولانی مدت سیناپس‌های GABAergic از TRN بر روی نورون‌های TC می‌شود. در مقابل، وقتی LTS در فرکانس دلتا رخ می‌دهد، باعث فعال‌سازی وابسته به Ca2+ کلسینورین و افسردگی طولانی‌مدت سیناپس مهاری TRN-TC می‌شود. سیناپس‌های تحریکی روی TC و TRN نیز از طریق فعال شدن گیرنده‌های N-methyl-D-aspartate تحت تقویت یا افسردگی طولانی مدت وابسته به LTS قرار می‌گیرند. فعالیت تالاموس ممکن است در تغییرات هموستاتیک قدرت سیناپسی که در طول خواب رخ می‌دهد، شرکت کند. (۱۶) این شامل کاهش مقیاس قدرت در سیناپس‌های خاص در حالی که حفظ یا افزایش قدرت در سیناپس‌هایی است که به شدت توسط ویژگی‌های جدید در طول دوره قبلی بیداری فعال شده اند.

شکل 26.8 الگوهای شلیک تالاموس در طول خواب

FIGURE 26.8 Firing patterns of the thalamus during sleep.
A common feature of low-vigilance states is the rhythmic occurrence of action potential bursts driven by voltage-dependent Ca2+ spikes in the thalamus. During sleep spindles and slow-wave sleep, these bursts are driven by low-threshold spikes (LTS) mediated by T-type (Cav3) channels following short periods of membrane hyperpolarization. The membrane potential strongly influences whether a TC neuron will entrain spindle, delta, or slow oscillations. Spindles are generated by GABAergic neurons in the TRN that primarily target first-order sensory relay nuclei. The strong recurrent connectivity between TC and TRN neurons enables thalamic spindle oscillations. Delta oscillations in TC and TRN neurons can occur in the absence of neocortical inputs via cell-intrinsic (pacemaker) mechanisms. Thalamocortical neurons are intrinsic pacemakers capable of firing periodic bursts of action potentials at 1-2 Hz that, when synchronized, generate delta oscillations. These oscillations depend on the dynamic interaction between T-channels and HCN channels in TC neurons and Ca2+-activated K+ channels in TRN neurons. PPT, pedunculopontine tegmental nucleus.

شکل ۲۶.۸ الگوهای شلیک تالاموس در طول خواب. یکی از ویژگی‌های مشترک حالت‌های کم هوشیاری، وقوع ریتمیک انفجارهای پتانسیل عمل است که توسط افزایش‌های Ca2+ وابسته به ولتاژ در تالاموس ایجاد می‌شود. در طول دوک‌های خواب و خواب موج آهسته، این انفجارها توسط سنبله‌های آستانه پایین (LTS) به واسطه کانال‌های نوع T (Cav 3) به دنبال دوره‌های کوتاه هیپرپلاریزاسیون غشا ایجاد می‌شوند. پتانسیل غشاء به شدت تأثیر می‌گذارد که آیا یک نورون TC نوسانات دوک، دلتا یا آهسته را جذب می‌کند. دوک‌ها توسط نورون‌های GABAergic در TRN تولید می‌شوند که در درجه اول هسته‌های رله حسی مرتبه اول را هدف قرار می‌دهند. اتصال مکرر قوی بین نورون‌های TC و TRN نوسانات دوک تالاموس را امکان پذیر می‌کند. نوسانات دلتا در نورون‌های TC و TRN می‌تواند در غیاب ورودی‌های نئوکورتیکال از طریق مکانیسم‌های درونی سلولی (پیس میکر) رخ دهد. نورون‌های تالاموکورتیکال ضربان‌سازهای ذاتی هستند که قادر به شلیک انفجارهای دوره‌ای از پتانسیل‌های عمل در فرکانس ۱-۲ هرتز هستند که وقتی همگام شوند، نوسان‌های دلتا ایجاد می‌کنند. این نوسانات به تعامل دینامیکی بین کانال‌های T و کانال‌های HCN در نورون‌های TC و کانال‌های K+ فعال‌شده Ca2+ در نورون‌های TRN بستگی دارد. PPT، هسته تگمنتال پدانکولوپونتین.

THALAMUS AND CORTICAL AROUSAL

تالاموس و برانگیختگی قشر مغز

Consciousness has two major components: wakefulness (i.e., the level of consciousness) and awareness of the environment and of self (i.e., the content of consciousness). Cortical arousal involves complex interactions among the brainstem, hypothalamus, basal forebrain, and thalamus. Fluctuations in the arousal state and vigilance are reflected both by changes in the EEG and functional connectivity in human fMRI. In general, EEG indicators of cortical arousal and vigilance show an inverse correlation with the cortical fMRI signal. In contrast, states of low arousal are associated with increases in global fMRI signal at the cortical level and reduction in fMRI signal in arousal-promoting reagions in- cluding the midline thalamus and basal forebrain. The role of the thalamus in maintaining arousal is still incompletely defined. Classically the thalamus has been considered a critical relay for inputs to the brainstem reticular activating system to maintain the waken state. However, recent experimental studies emphasize the role of extrathalamic pathways in this function.

هوشیاری دارای دو جزء اصلی است: بیداری (یعنی سطح هوشیاری) و آگاهی از محیط و خود (یعنی محتوای آگاهی). برانگیختگی قشری شامل فعل و انفعالات پیچیده بین ساقه مغز، هیپوتالاموس، پیش مغز قاعده ای و تالاموس است. نوسانات در حالت برانگیختگی و هوشیاری هم با تغییرات در EEG و هم اتصال عملکردی در fMRI انسان منعکس می‌شود. به طور کلی، شاخص‌های EEG برانگیختگی و هوشیاری قشر مغز یک همبستگی معکوس با سیگنال fMRI قشر مغز نشان می‌دهد. در مقابل، حالت‌های انگیختگی کم با افزایش سیگنال fMRI جهانی در سطح قشر مغز و کاهش سیگنال fMRI در مناطق تحریک‌کننده برانگیختگی از جمله تالاموس خط میانی و پیش‌مغز بازال همراه است. نقش تالاموس در حفظ برانگیختگی هنوز به طور کامل تعریف نشده است. به طور کلاسیک تالاموس به عنوان یک رله حیاتی برای ورودی‌های سیستم فعال کننده شبکه ای ساقه مغز برای حفظ حالت بیداری در نظر گرفته شده است. با این حال، مطالعات تجربی اخیر بر نقش مسیرهای خارج از تالاموس در این عملکرد تأکید دارند.

Thalamic Regions Implicated in Cortical Activation

مناطق تالاموسی که در فعال سازی قشر نقش دارند

The intralaminar nuclei, particularly the CL, have long been implicated in arousal, given their extensive projections that activate widespread regions of cortex. The CL receives direct excitatory inputs from brainstem glutamatergic, cholinergic, and monoaminergic arousal systems and sends diffuse cortical projections, thereby promoting overall excitability of the cortex during states of alertness. In contrast, GABAergic input from the pontine reticular formation to the CL may result in global cortical inactivation. In rodents, high-frequency optogenetic stimulation of the centromedial thalamus elicited cortical EEG desynchronization and behavioral arousal via glutamatergic mechanisms, whereas low-frequency stimulation elicited slow-wave and spindle- like oscillations, absence seizure-like spike-and-wave discharges, and behavioral quiescence through GABAergic inputs to the thalamus. (18) Selective activation of tonic neuronal firing in the centromedial thalamus preceded cortical UP states and transitions between NREM sleep and wakefulness, whereas burst activation elicited a state resembling sleep. Glutamatergic neurons of the paraventricular thalamus may also have a critical role in maintaining wakefulness. (20) Whereas all the studies support a primary role of the thalamus in cortical arousal, another study in mice showed that extensive thalamic lesions had little effect on EEG activity, cortical activation, or wakefulness. Rather, this study showed that the critical areas required for maintenance of wakefulness included the parabrachial nucleus and precoeruleus region via a relay to the basal forebrain and then to the cerebral cortex. (21)

هسته‌های داخل لایه‌ای، به‌ویژه CL، مدت‌هاست در برانگیختگی نقش دارند، با توجه به پیش‌بینی‌های گسترده‌شان که مناطق گسترده‌ای از قشر را فعال می‌کند. CL ورودی‌های تحریکی مستقیم را از سیستم‌های برانگیختگی گلوتاماترژیک، کولینرژیک و مونوآمینرژیک ساقه مغز دریافت می‌کند و برآمدگی‌های قشری منتشر می‌فرستد، در نتیجه تحریک‌پذیری کلی قشر مغز را در حالت‌های هوشیاری ارتقا می‌دهد. در مقابل، ورودی GABAergic از تشکیل رتیکولار پونتین به CL ممکن است منجر به غیرفعال شدن قشر سراسری شود. در جوندگان، تحریک اپتوژنتیکی با فرکانس بالا تالاموس مرکزی میانی باعث عدم هماهنگی EEG قشر مغز و برانگیختگی رفتاری از طریق مکانیسم‌های گلوتاماترژیک می‌شود، در حالی که تحریک با فرکانس پایین باعث ایجاد نوسانات موج آهسته و دوکی مانند، عدم وجود تشنج، و انقباضات تشنج مانند می‌شود. سکون رفتاری از طریق ورودی‌های GABAergic به تالاموس. (۱۸) فعال سازی انتخابی شلیک نورون تونیک در تالاموس مرکزی میانی قبل از حالات UP قشر و انتقال بین خواب و بیداری NREM بود، در حالی که فعال سازی انفجاری حالتی شبیه خواب را برانگیخت. نورون‌های گلوتاماترژیک تالاموس پارا بطنی نیز ممکن است نقش مهمی‌در حفظ بیداری داشته باشند. (۲۰) در حالی که همه مطالعات از نقش اصلی تالاموس در برانگیختگی قشر مغز حمایت می‌کنند، مطالعه دیگری روی موش‌ها نشان داد که ضایعات گسترده تالاموس تأثیر کمی‌بر فعالیت EEG، فعال شدن قشر مغز یا بیداری دارد. در عوض، این مطالعه نشان داد که نواحی حیاتی مورد نیاز برای حفظ بیداری شامل هسته parabrachial و ناحیه precoeruleus از طریق یک رله به پیش مغز پایه و سپس به قشر مغز است. (۲۱)

THALAMUS, ATTENTION, AND MEMORY

تالاموس، توجه و حافظه

Attentional operations include the ability to select relevant environmental stimuli from among less relevant ones (enhancing feature detection); to transition the focus of attention from one feature to another according to the environmental context (attentional switching or reorienting response); and to maintain “on-line” and manipulate the selected information in the absence of stimuli in order to guide behavior (working memory). These processes are under the control of interconnected frontoparietal net- works. The thalamus has a critical role in attentional processing by controlling functional connectivity both within and across these cortical regions and is an integrative hub for functional brain networks. (22.23) The three major thalamic nuclei involved in these functions are the pulvinar, the MD, and the TRN.

عملیات توجه شامل توانایی انتخاب محرک‌های محیطی مرتبط از میان محرک‌های کمتر مرتبط (افزایش تشخیص ویژگی) است. برای انتقال تمرکز توجه از یک ویژگی به ویژگی دیگر با توجه به زمینه محیطی (تغییر توجه یا پاسخ جهت گیری مجدد). و حفظ “آنلاین” و دستکاری اطلاعات انتخاب شده در غیاب محرک‌ها به منظور هدایت رفتار (حافظه کاری). این فرآیندها تحت کنترل شبکه‌های پیشانی به هم پیوسته هستند. تالاموس با کنترل اتصال عملکردی هم در داخل و هم در سراسر این مناطق قشری نقش مهمی‌در پردازش توجه دارد و یک مرکز یکپارچه برای شبکه‌های عملکردی مغز است. (۲۲.۲۳) سه هسته اصلی تالاموس که در این عملکردها نقش دارند عبارتند از pulvinar، MD و TRN.

Pulvinar and Functional Connectivity Among Visual Areas

اتصال پولوینار و عملکردی در میان مناطق بینایی

The pulvinar has a critical role in visual processing and attention via its widespread reciprocal connectivity with multiple cortical visual areas. The inferior and lateral divisions of the pulvinar contain retinotopic maps receiving inputs from early visual cortex. The inferior pulvinar also receives direct input from the retina and superior colliculus and projects to dorsal visual stream areas processing object motion. The lateral pulvinar receives projections from V1 and early visual association areas of the ventral stream representing object features and projects to these areas. Pulvinar microcircuits and their outputs regulate cortico-cortical information flow by modifying the synaptic efficacy and functional connectivity within and across visual cortical regions. The pulvinar controls the interactions between primary visual and extrastriate visual areas during sustained visuospatial attention through coordinated spiking across pulvinar neurons, particularly in the alpha frequency band (~10 Hz). Alpha oscillations reflect the precise temporal parsing of cortical activity via phasic inhibition of layer 5 projection neurons in the posterior parietal cortex. This alpha-band synchronization may act to gate or suppress the processing of incoming sensory information at early stages in the visual cortex. During low arousal states cortical alpha oscillations drive the synchronized activity between the posterior parietal cortex and the pulvinar. During higher arousal states, the pulvinar drives the posterior parietal cortex in the theta frequency band during visual processing, particularly during active sampling of the external environment via saccades. The pul- vinar is an integration zone for the interaction between visual networks (comprising primary visual and visual association areas), and the dorsal attention network, which comprises the posterior parietal cortex and the frontal eye fields. (24) Projections from the frontal eye fields and intraparietal sulcus indirectly innervate the pulvinar via the superior colliculus, forming cortico-colliculo-pulvino- cortical loops. This suggests that the pulvinar may coordinate attentional functions via integration of the visual and dorsal attention networks.

پولوینار از طریق ارتباط متقابل گسترده خود با چندین نواحی بینایی قشری نقش مهمی‌در پردازش بصری و توجه دارد. بخش‌های تحتانی و جانبی پولوینار حاوی نقشه‌های رتینوتوپی هستند که ورودی‌ها را از قشر بینایی اولیه دریافت می‌کنند. پولوینار تحتانی همچنین ورودی مستقیم از شبکیه و کولیکولوس فوقانی دریافت می‌کند و به نواحی جریان بینایی پشتی که حرکت اجسام را پردازش می‌کنند، می‌پردازد. پلوینار جانبی از V1 و نواحی تداعی بصری اولیه جریان شکمی‌که نمایانگر ویژگی‌ها و پروژه‌های شی به این نواحی است، برآمدگی‌ها را دریافت می‌کند. ریزمدارهای پولوینار و خروجی‌های آن‌ها با اصلاح کارایی سیناپسی و اتصال عملکردی در داخل و در سراسر مناطق قشر بینایی، جریان اطلاعات قشر مغزی را تنظیم می‌کنند. پولوینار تعاملات بین نواحی بصری اولیه و دید خارجی را در طول توجه دیداری-فضایی پایدار از طریق جهش هماهنگ در نورون‌های پولوینار، به ویژه در باند فرکانس آلفا (~ ۱۰ هرتز) کنترل می‌کند. نوسانات آلفا تجزیه زمانی دقیق فعالیت قشر مغز را از طریق مهار فازی نورون‌های برون‌تابی لایه ۵ در قشر جداری خلفی منعکس می‌کند. این همگام‌سازی باند آلفا ممکن است برای راه‌اندازی یا سرکوب پردازش اطلاعات حسی دریافتی در مراحل اولیه در قشر بینایی عمل کند. در حالت‌های برانگیختگی کم، نوسانات آلفای قشر مغز، فعالیت هماهنگ بین قشر جداری خلفی و پولوینار را هدایت می‌کنند. در طول حالت‌های برانگیختگی بالاتر، پالوینار قشر جداری خلفی را در باند فرکانس تتا در طول پردازش بصری، به ویژه در هنگام نمونه‌برداری فعال از محیط خارجی از طریق ساکاد، به حرکت در می‌آورد. pulvinar یک منطقه یکپارچه برای تعامل بین شبکه‌های بینایی (شامل نواحی ارتباط بینایی و بصری اولیه) و شبکه توجه پشتی است که شامل قشر جداری خلفی و میدان‌های جلویی چشم است. (۲۴) برآمدگی‌های میدان‌های چشمی‌پیشانی و شیار داخل جداری به طور غیرمستقیم از طریق کولیکولوس فوقانی ریه را عصب می‌کنند و حلقه‌های کورتیکو-کولیکولو-پولوینو- قشر مغز را تشکیل می‌دهند. این نشان می‌دهد که pulvinar ممکن است عملکردهای توجه را از طریق یکپارچه سازی شبکه‌های توجه بینایی و پشتی هماهنگ کند.

Mediodorsal Nucleus and Modulation of Prefrontal Cortical Function

هسته میانی پشتی و تعدیل عملکرد قشر پیش پیشانی

Individual MD neurons can target multiple regions of the PFC and, like the case of the pulvinar, the same neuron can innervate one region with modulatory terminals and another region with driving terminals. These MD projections promote relevant recurrent synaptic interactions in the PFC, which maintain representations of task rules, for example those required for sensory selection. Via these mechanisms, the different MD subdivisions participate in multiple cognitive processes, including attention, working memory, familiarity-based recognition and retrieval, and emotional processing. (25) The medial portion of the MD is a component of a perirhinal-prefrontal system involved in familiarity-based recognition and retrieval processing (26) and also has a central role in emotional processing by interconnecting the amygdala and the posterior orbitofrontal cortex. (27) The lateral division of the MD receives converging inputs from the dorsolateral PFC and the superior colliculus, processes visuospatial information, and has a major role in working memory. The dorsal thalamus, including the MD, together with the caudate nucleus, are major cognitive integration zones and sites of convergences among different cortical cognitive networks, including the default, ventral attention, salience, and frontoparietal control networks. (24) Both subcortical areas are interconnected with core cortical components of these networks, including the ventromedial PFC (default network), ventrolateral PFC (ventral attention network), anterior cingulate cortex (salience network), and dorsal PFC (frontoparietal control network). Of note, an- other large-scale cortical network, the cingulo-opercular network, is integrated with cortical motor networks at the level of the VL (ventral intermedius) nucleus, which functions as a motor integration zone, suggesting a role of cingulo-opercular network in top-down control of motor functions via the thalamus. (24)

نورون‌های MD منفرد می‌توانند چندین ناحیه از PFC را مورد هدف قرار دهند و مانند مورد پولوینار، همان نورون می‌تواند یک ناحیه را با پایانه‌های تعدیلی و منطقه دیگر را با پایانه‌های محرک عصب دهی کند. این پیش‌بینی‌های MD تعاملات سیناپسی مکرر مربوطه را در PFC ترویج می‌کنند، که بازنمایی قوانین وظیفه را حفظ می‌کند، برای مثال آن‌هایی که برای انتخاب حسی مورد نیاز هستند. از طریق این مکانیسم‌ها، زیرشاخه‌های مختلف MD در فرآیندهای شناختی متعددی از جمله توجه، حافظه فعال، تشخیص و بازیابی مبتنی بر آشنایی و پردازش هیجانی شرکت می‌کنند. (۲۵) بخش داخلی MD جزئی از یک سیستم پریرینال-پیش فرونتال است که در شناخت و پردازش بازیابی مبتنی بر آشنایی (۲۶) نقش دارد و همچنین با اتصال آمیگدال و قشر اوربیتوفرونتال خلفی، نقش مرکزی در پردازش عاطفی دارد. (۲۷) تقسیم جانبی MD ورودی‌های همگرا را از PFC پشتی جانبی و کولیکولوس فوقانی دریافت می‌کند، اطلاعات دیداری فضایی را پردازش می‌کند و نقش عمده ای در حافظه کاری دارد. تالاموس پشتی، از جمله MD، همراه با هسته دمی، مناطق ادغام شناختی اصلی و مکان‌های همگرایی در بین شبکه‌های شناختی مختلف قشر مغز، از جمله شبکه‌های پیش‌فرض، توجه شکمی، برجستگی، و شبکه‌های کنترل جلو-پاریتال هستند. (۲۴) هر دو ناحیه زیر قشری با اجزای اصلی قشری این شبکه‌ها، از جمله PFC شکمی‌(شبکه پیش‌فرض)، PFC شکمی‌جانبی (شبکه توجه شکمی)، قشر کمربندی قدامی‌(شبکه برجسته)، و PFC پشتی (شبکه کنترل فرونتوپاریتال) به هم مرتبط هستند. نکته قابل توجه، شبکه قشری در مقیاس بزرگ دیگر، شبکه سینگولو-اپرکولار، با شبکه‌های حرکتی قشری در سطح هسته VL (بین‌رسان شکمی) یکپارچه شده است، که به عنوان منطقه یکپارچه‌سازی حرکتی عمل می‌کند و نقش سینگولو- را نشان می‌دهد. شبکه اپکولار در کنترل از بالا به پایین عملکردهای حرکتی از طریق تالاموس (۲۴)

Thalamic Reticular Nucleus and Gating of Incoming Sensory Information

هسته مشبک تالاموس و دروازه اطلاعات حسی ورودی

The TRN helps direct attention during behavioral tasks by becoming engaged in relevant thalamic inhibition. For example, neurons of the visual TRN sending inhibitory projections to the LGN decrease their firing in anticipation to presentation of a stimulus during a visual detection task. However, when behavior requires the selective gating of visual or auditory information, the activity of the corresponding TRN neurons may either decrease or increase, according to the sensory modality that is favored over the other. This differential TRN activity is important for distractor suppression and optimal task performance according to the target selected. Recent studies in mice indicate that in response to top-down corticothalamic input, SOM-positive TRN neurons enhance feature detection while decreasing attentional switching between features. (28) The PFC may also filter sensory inputs, augmenting relevant signals and sup- pressing noise through modality-specific TRN subnetworks via the basal ganglia. (29) The amygdala, via inputs of the TRN, may also promote emotional bias. (30)

TRN با درگیر شدن در مهار تالاموس مربوطه به توجه مستقیم در انجام وظایف رفتاری کمک می‌کند. به عنوان مثال، نورون‌های TRN دیداری که برآمدگی‌های بازدارنده را به LGN ارسال می‌کنند، در انتظار ارائه یک محرک در طول یک کار تشخیص بصری، شلیک خود را کاهش می‌دهند. با این حال، زمانی که رفتار نیاز به دروازه‌بندی انتخابی اطلاعات دیداری یا شنیداری دارد، فعالیت نورون‌های TRN مربوطه ممکن است کاهش یا افزایش یابد، بر اساس روش حسی که نسبت به دیگری ترجیح داده می‌شود. این فعالیت دیفرانسیل TRN برای سرکوب حواس پرت کننده و عملکرد بهینه کار با توجه به هدف انتخاب شده مهم است. مطالعات اخیر روی موش‌ها نشان می‌دهد که در پاسخ به ورودی کورتیکوتالامیک از بالا به پایین، نورون‌های TRN مثبت SOM، تشخیص ویژگی را افزایش می‌دهند در حالی که تغییر توجه بین ویژگی‌ها را کاهش می‌دهند. (۲۸) PFC همچنین می‌تواند ورودی‌های حسی را فیلتر کند، سیگنال‌های مربوطه را تقویت کند و نویز را از طریق زیرشبکه‌های TRN خاص از طریق عقده‌های پایه سرکوب کند. (۲۹) آمیگدال، از طریق ورودی‌های TRN، ممکن است سوگیری عاطفی را نیز ترویج کند. (۳۰)

Thalamic Oscillations and Cortical Interactions for Memory Processing

نوسانات تالاموس و برهم‌کنش‌های قشری برای پردازش حافظه

Oscillatory dynamics in several brain regions are associated with different aspects of memory encoding and retrieval via different thalamic-based circuits. (31) One model proposes that the thalamus participates in two different diencephalic circuits, a recollection-based and a recognition-based circuit. According to this model, the recollection-based circuit involves the ANT and its interactions with the hippocampus and mammillary nuclei; and the familiarity-based recognition circuit involves the MD and its interaction with the perirhinal and entorhinal cortex, PFC, and amygdala. (32) Another model proposes that the thalamus participates in oscillatory interactions within three different circuits. The circuit involving the ANT, hippocampus, and medial septum would maintain theta oscillations critical in encod- ing and retrieval of episodic memory. A circuit including the MD connecting the entorhinal, parahippocampal, and perirhinal cortex to the medial, orbital, and lateral PFC via synchronized beta oscillations may be involved in familiarity-based recognition memory. A third circuit involving the pulvinar and its interconnections with both parietal and visual cortex and the medial, orbital, and lateral PFC via alpha oscillation may be important for bottom-up memory control by inhibiting incoming sensory information during memory processing. (31)

پویایی نوسانی در چندین ناحیه مغز با جنبه‌های مختلف رمزگذاری و بازیابی حافظه از طریق مدارهای مختلف مبتنی بر تالاموس مرتبط است. (۳۱) یک مدل پیشنهاد می‌کند که تالاموس در دو مدار دیانسفالیک مختلف، یک مدار مبتنی بر یادآوری و یک مدار مبتنی بر تشخیص شرکت می‌کند. با توجه به این مدل، مدار مبتنی بر یادآوری شامل ANT و برهمکنش‌های آن با هیپوکامپ و هسته‌های پستانی است. و مدار تشخیص مبتنی بر آشنایی شامل MD و تعامل آن با قشر پریرینال و آنتورینال، PFC و آمیگدال است. (۳۲) مدل دیگری پیشنهاد می‌کند که تالاموس در برهمکنش‌های نوسانی در سه مدار مختلف شرکت می‌کند. مداری که شامل ANT، هیپوکامپ و سپتوم میانی است، نوسانات تتا را در رمزگذاری و بازیابی حافظه اپیزودیک حیاتی نگه می‌دارد. مداری شامل MD که قشر آنتورینال، پاراهیپوکامپ و پریرینال را به PFC داخلی، مداری و جانبی از طریق نوسانات بتای هماهنگ شده متصل می‌کند، ممکن است در حافظه تشخیص مبتنی بر آشنایی دخیل باشد. مدار سوم شامل پولوینار و اتصالات آن با قشر جداری و بینایی و PFC داخلی، مداری و جانبی از طریق نوسان آلفا ممکن است برای کنترل حافظه از پایین به بالا با مهار اطلاعات حسی ورودی در طول پردازش حافظه مهم باشد. (۳۱)

INVOLVEMENT OF THE THALAMUS IN DISORDERS OF CONSCIOUSNESS

درگیری تالاموس در اختلالات هوشیاری

Depressed Vigilance or Coma

هوشیاری کاهش یافته یا کما

Lesions affecting the central thalamus can produce coma and vegetative state. (33) Coma may result from disruption of white matter pathways connecting brainstem arousal nuclei to the basal forebrain and thalamic intralaminar and reticular nuclei, for example in the case of traumatic brain injury. (34) In one study, strokes involving the paramedian posterior thalamus near the CMn/PF nuclei, posterior hypothalamus, and midbrain tegmentum were associated with impaired arousal; however, all patients with stupor or coma had lesions extending into the midbrain and/or pontine tegmentum, whereas purely thalamic lesions did not severely impair arousal. (35) This finding supports the concept that arousal primarily depends on extrathalamic pathways. Consistent with this view, lesions involving a small region in the rostral dorsolateral pontine tegmentum corresponding to the parabrachial area were found to be typically associated with coma. (36) This region is functionally connected to the ventral anterior insula and pregenual anterior cingulate cortex, which are part of the salience cortical network regions and may become disconnected from the brainstem in disorders of consciousness. (36)

ضایعاتی که تالاموس مرکزی را تحت تأثیر قرار می‌دهند می‌توانند باعث کما و حالت رویشی شوند. (۳۳) کما ممکن است ناشی از اختلال در مسیرهای ماده سفید باشد که هسته‌های برانگیختگی ساقه مغز را به پیش‌مغز قاعده‌ای و هسته‌های داخل لایه‌ای و شبکه‌ای تالاموس متصل می‌کند، برای مثال در مورد آسیب‌های مغزی ضربه‌ای. (۳۴) در یک مطالعه، سکته‌های مغزی شامل تالاموس خلفی پارامدین در نزدیکی هسته‌های CMn/PF، هیپوتالاموس خلفی و تگمنتوم مغز میانی با اختلال در برانگیختگی همراه بود. با این حال، همه بیماران مبتلا به بی‌حالی یا کما ضایعاتی داشتند که به مغز میانی و/یا تگمانتوم پونتین گسترش می‌یابد، در حالی که ضایعات تالاموس صرفاً به شدت برانگیختگی را مختل نمی‌کنند. (۳۵) این یافته از این مفهوم حمایت می‌کند که برانگیختگی در درجه اول به مسیرهای خارج تالاموس بستگی دارد. مطابق با این دیدگاه، ضایعات شامل یک منطقه کوچک در منقاری پشتی جانبی تگمنتوم پونتین مربوط به ناحیه parabrachial به طور معمول با کما همراه است. (۳۶) این ناحیه از نظر عملکردی به اینسولا قدامی‌شکمی‌و قشر کمربندی قدامی‌پیش از جنینی متصل است که بخشی از نواحی برجسته شبکه قشری هستند و ممکن است در اختلالات هوشیاری از ساقه مغز جدا شوند. (۳۶)

Disorders of the Sleep-Wake Cycle

اختلالات چرخه خواب و بیداری

Despite its still debated role in maintaining the state of arousal, the thalamus has a fundamental role in regulation of the sleep-wake cycle. (37) This is reflected by the sleep disturbances resulting from disorders such as stroke (3) or fatal familial insomnia. (38) Fatal familial insomnia is a prion disorder associated with pathological involvement of the anteroventral subnucleus of the ANT and the MD (38) and selective hypometabolism in the thalamus. (39) Fatal familial insomnia, like delirium tremens associated with alcohol withdrawal, and Morvan syndrome associated with contactin-associated related protein 2 (CASPR2) autoantibodies, produces a syndrome referred to as “agrypnia excitata.” This refers to a profound loss of slow-wave sleep with reduction of sleep spindles and K complexes, associated with REM sleep behavior disorder. (40)

علیرغم اینکه تالاموس هنوز نقش آن در حفظ حالت برانگیختگی مورد بحث است، نقش اساسی در تنظیم چرخه خواب و بیداری دارد. (۳۷) این با اختلالات خواب ناشی از اختلالاتی مانند سکته مغزی (۳) یا بی خوابی خانوادگی کشنده منعکس می‌شود. (۳۸) بی خوابی خانوادگی کشنده یک اختلال پریون است که با درگیری پاتولوژیک زیر هسته قدامی‌شکمی‌ANT و MD (38) و هیپومتابولیسم انتخابی در تالاموس همراه است. (۳۹) بی خوابی فامیلی کشنده، مانند دلیریوم ترمنس همراه با ترک الکل، و سندرم موروان مرتبط با آنتی بادی‌های اتوآنتی بادی‌های پروتئین ۲ مرتبط با کنتاکتین (CASPR2)، سندرمی‌را ایجاد می‌کند که به آن “اگریپنی اکسیتاتا” گفته می‌شود. این به از دست دادن عمیق خواب موج آهسته همراه با کاهش دوک‌های خواب و کمپلکس‌های K، مرتبط با اختلال رفتار خواب REM اشاره دارد. (۴۰)

INVOLVEMENT OF THE THALAMUS IN ABSENCE AND TEMPORAL LOBE SEIZURES

درگیری تالاموس در تشنج لوب تمپورال و غایب

Absence Seizures

تشنج غایب

The thalamocortical network is capable of generating high-amplitude generalized 3 Hz spike-wave (SW) discharges lasting 2-30 s that are characteristic of typical absence seizures. During this condition, TRN and TC neurons are simultaneously excited by synchronous, transient cortical input. As the cortical excitatory effect on the TRN overrides that on the TC neurons, the latter become hyperpolarized and produce a rebound LTS that propagates back to the TRN and to the cortex, triggering the next cycle of the oscillation. Studies in behaving animals show that synchronous bidirectional cortico-thalamo-cortical communication during absence seizures requires T-channel activation in TRN neurons. (41) The TRN bursts triggered by corticothalamic input elicit tonic feedforward inhibition and markedly reduced ictal firing of TC neurons throughout most of the spike-wave cycle, which may be responsible for loss of awareness. The slow wave reflects reciprocal excitation of TC and cortical neurons as well as excitation of TRN neurons by the corticothalamic input. The precise timing of excitation may depend on both intracortical rhythmogenic mechanisms and corticothalamic interactions. Ethosuximide, a drug selectively used for treatment of absence seizures, modestly reduces T-currents in both TRN and TC neurons and increases the threshold for burst firing across the thalamus. Absence seizures tend to begin in frontal cortical areas; activity rapidly generalizes throughout the cortex in less than one second-within 1-2 cycles of spike-and-wave discharge. (42) In absence epilepsy, focal subnetworks, particularly those involving higher-order intralaminar and midline thalamic nuclei, may be particularly susceptible to hypersynchronization and global propagation of oscillations and thus able to evoke an absence-like state. Absence seizures are associated with widespread decrease in fMRI signal in the cortex and focal increases in the median portion of the thalamus.

شبکه تالاموکورتیکال قادر به تولید تخلیه‌های موج سنبله ۳ هرتز (SW) با دامنه بالا است که از مشخصه‌های تشنج‌های غیبت معمولی است. در طی این شرایط، نورون‌های TRN و TC به طور همزمان توسط ورودی قشری گذرا و همزمان تحریک می‌شوند. از آنجایی که اثر تحریکی قشری روی TRN بر نورون‌های TC غلبه می‌کند، نورون‌های دوم هیپرپلاریزه می‌شوند و یک LTS بازگشتی تولید می‌کنند که به TRN و به قشر منتشر می‌شود و چرخه بعدی نوسان را آغاز می‌کند. مطالعات روی حیوانات رفتاری نشان می‌دهد که ارتباط همزمان کورتیکو-تالامو-قشر کورتیکال دو طرفه در طول تشنج‌های غیبت نیازمند فعال‌سازی کانال T در نورون‌های TRN است. (۴۱) انفجارهای TRN که توسط ورودی کورتیکوتالامیک ایجاد می‌شوند، باعث مهار پیش‌خور تونیک می‌شوند و شلیک اکتال نورون‌های TC را در بیشتر چرخه موج سنبله کاهش می‌دهند، که ممکن است مسئول از دست دادن آگاهی باشد. موج آهسته منعکس کننده تحریک متقابل نورون‌های TC و قشر مغز و همچنین تحریک نورون‌های TRN توسط ورودی کورتیکوتالاموس است. زمان دقیق تحریک ممکن است به مکانیسم‌های ریتموژنیک داخل قشری و برهمکنش‌های کورتیکوتالامیک بستگی داشته باشد. Ethosuximide، دارویی که به طور انتخابی برای درمان تشنج‌های غیبت استفاده می‌شود، جریان‌های T را در نورون‌های TRN و TC به طور متوسط ​​کاهش می‌دهد و آستانه شلیک انفجاری در تالاموس را افزایش می‌دهد. تشنج‌های غایب تمایل دارند در نواحی قشر پیشانی شروع شوند. فعالیت به سرعت در سراسر قشر در کمتر از یک ثانیه در عرض ۱-۲ سیکل تخلیه موج و سنبله تعمیم می‌یابد. (۴۲) در صرع غیبت، زیرشبکه‌های کانونی، به ویژه آنهایی که شامل هسته‌های تالاموس درون لایه و خط میانی مرتبه بالاتر هستند، ممکن است به ویژه در برابر همگام سازی و انتشار جهانی نوسانات حساس باشند و بنابراین قادر به ایجاد حالت غیبت مانند هستند. تشنج غیبت با کاهش گسترده سیگنال fMRI در قشر مغز و افزایش کانونی در بخش میانی تالاموس همراه است.

Mutations affecting the control of thalamic oscillations may increase the probability of synchronization and allow a latent focal cortical network to generate SW discharges typical of absence seizures. (43) One such mechanism is activation of T-currents in TRN neurons. CACNA1H gene mutations affecting the Cav3.2 channels in these neurons have been as- sociated with generalized epilepsy, as well as focal or multifocal epilepsy. (44) The susceptibility to hypersynchronization in the thalamus causing absence seizures is also affected by local GABAergic circuits. Gain-of-function of extrasynaptic GABAA receptors may also explain the electrical silence, marked decrease of tonic firing, and paucity of rebound bursts in TC neurons during the SW discharge. Variants of the SLC6A1 gene encoding the GABA transporter GAT-1 expressed in presynaptic terminals are linked to a wide spectrum of epilepsy phenotypes, including myoclonic-atonic epilepsy, absence, myoclonic, and atonic seizures associated with intellectual disability. (45) Whereas excessive GABAergic inhibition at the TRN-TC synapse may predispose to SW discharge, GABAergic inhibition within the TRN may prevent hypersynchronization. (46) This inhibition is mediated by β۳ receptor subunit containing GABAA receptors. Mutations of the GABRB3 gene encoding this subunit are associated with childhood absence epilepsy and early onset epileptic encephalopathy that may respond to clonazepam. (47)

جهش‌هایی که بر کنترل نوسانات تالاموس تأثیر می‌گذارند ممکن است احتمال همگام‌سازی را افزایش دهند و به شبکه‌های کانونی نهفته اجازه دهند تا ترشحات SW معمولی برای تشنج‌های غایب ایجاد کنند. (۴۳) یکی از این مکانیسم‌ها فعال شدن جریان‌های T در نورون‌های TRN است. جهش‌های ژن CACNA1H که بر کانال‌های Cav3.2 در این نورون‌ها تأثیر می‌گذارد، با صرع عمومی‌و همچنین صرع کانونی یا چند کانونی مرتبط است. (۴۴) حساسیت به همگام سازی بیش از حد در تالاموس که باعث تشنج غیبت می‌شود نیز تحت تأثیر مدارهای GABAergic محلی است. افزایش عملکرد گیرنده‌های گاباآ خارج سیناپسی همچنین ممکن است سکوت الکتریکی، کاهش قابل توجه شلیک تونیک، و کمبود انفجارهای برگشتی در نورون‌های TC در طول تخلیه SW را توضیح دهد. انواع ژن SLC6A1 که ناقل GABA GAT-1 را کد می‌کند که در پایانه‌های پیش سیناپسی بیان می‌شود با طیف گسترده ای از فنوتیپ‌های صرع، از جمله صرع میوکلونیک-آتونیک، تشنج‌های غایب، میوکلونیک و آتونیک مرتبط با ناتوانی ذهنی مرتبط است. (۴۵) در حالی که مهار بیش از حد GABAergic در سیناپس TRN-TC ممکن است مستعد تخلیه SW باشد، مهار GABAergic در TRN ممکن است از همگام سازی بیش از حد جلوگیری کند. (۴۶) این مهار توسط زیرواحد گیرنده β۳ حاوی گیرنده‌های GABAA انجام می‌شود. جهش‌های ژن GABRB3 که این زیر واحد را کد می‌کند با صرع غیبت دوران کودکی و انسفالوپاتی صرعی با شروع زودرس همراه است که ممکن است به کلونازپام پاسخ دهد. (۴۷)

Temporal Lobe Seizures with Impaired Awareness

تشنج لوب تمپورال با اختلال در آگاهی

Experimental studies suggest that focal temporal lobe seizures depress subcortical arousal systems and affect thalamocortical activity producing a pattern resembling slow-wave sleep, which may relate to impaired aware- ness. (48, 49) For example, experimental temporal lobe seizures are associated with reduced activity of ascending cholinergic systems; (50) a switch from a tonic to a burst firing in the CL; a trend toward increased activity in the ANT reflecting polyspike seizure discharges seen in the hippocampus; and increased spindle activity in the first-order relay nuclei such as the VPM. (48, 49) Reduced tonic and increased burst- firing in the CL as well as spindle activity in the VPM resemble the NREM sleep state, depressing thalamocortical relay of information and consistent with reduction of as- cending cholinergic input to these areas. (50) The ANT, as part of the so-called extended hippocampal system, may be involved in maintenance and propagation of focal limbic seizures. Morphometric MRI studies show that patients with temporal lobe seizures and mesial temporal sclerosis have bilateral volume loss in the ANT that correlates with CA1 volume loss and thinning of the mesial temporal cortex. Microelectrode recordings in awake patients with severe epilepsy showed that the majority of ANT neurons had a bursting pattern of activity. Studies with simultaneous EEG recordings and functional MRI in patients with idiopathic generalized epilepsy showed abnormal activity in CMn/PF preceding that of the ANT, suggesting that the CMn/PF may be involved in epileptic discharge initiation or early propagation, while the ANT may have a role in its maintenance. (49,50)

مطالعات تجربی نشان می‌دهد که تشنج‌های لوب گیجگاهی کانونی سیستم‌های برانگیختگی زیر قشری را کاهش می‌دهند و بر فعالیت تالاموکورتیکال تأثیر می‌گذارند که الگویی شبیه خواب موج آهسته ایجاد می‌کند که ممکن است به اختلال در آگاهی مرتبط باشد. (۴۸ و ۴۹) به عنوان مثال، تشنج لوب تمپورال تجربی با کاهش فعالیت سیستم‌های کولینرژیک صعودی همراه است. (۵۰) تغییر از تونیک به شلیک انفجاری در CL. روند به سمت افزایش فعالیت در ANT منعکس کننده ترشحات تشنج پلی اسپایک دیده شده در هیپوکامپ. و افزایش فعالیت دوک در هسته‌های رله مرتبه اول مانند VPM. (48 و ۴۹) کاهش تونیک و افزایش انفجار در CL و همچنین فعالیت دوک در VPM شبیه حالت خواب NREM است که رله تالاموکورتیکال اطلاعات را کاهش می‌دهد و با کاهش ورودی کولینرژیک صعودی به این مناطق سازگار است. (۵۰) ANT، به عنوان بخشی از به اصطلاح سیستم هیپوکامپ توسعه یافته، ممکن است در حفظ و انتشار تشنج‌های لیمبیک کانونی نقش داشته باشد. مطالعات مورفومتریک MRI نشان می‌دهد که بیماران مبتلا به تشنج لوب تمپورال و اسکلروز تمپورال مزیال، کاهش حجم دوطرفه در ANT دارند که با کاهش حجم CA1 و نازک شدن قشر تمپورال مزیال مرتبط است. ضبط میکروالکترود در بیماران بیدار مبتلا به صرع شدید نشان داد که اکثر نورون‌های ANT دارای یک الگوی انفجاری از فعالیت بودند. مطالعات با ضبط همزمان EEG و MRI عملکردی در بیماران مبتلا به صرع عمومی‌ایدیوپاتیک، فعالیت غیرطبیعی در CMn/PF قبل از ANT نشان داد، که نشان می‌دهد CMn/PF ممکن است در شروع ترشحات صرع یا انتشار زودهنگام نقش داشته باشد، در حالی که ANT ممکن است دارای یک نقش در نگهداری آن (۴۹،۵۰)

INVOLVEMENT OF THE THALAMUS IN OTHER NEUROLOGIC DISORDERS

درگیری تالاموس در سایر اختلالات عصبی

Focal Syndromes

سندرم‌های کانونی

The thalamus receives supply from four arteries, tuberothalamic (from the posterior communicating artery), paramedian (from the P1 segment of the posterior cerebral artery), inferolateral (from the P2 segment), and posterior choroidal (from the P2 segment). Vascular lesions manifest with different combinations of symptoms that vary according of the arterial territory (3) (Table 26.1). Some strategically located thalamic lesions produce cognitive and behavioral manifestations that mimic those resulting from lesions affecting their cortical targets. (51) Tuberothalamic territory strokes involve the ANT, which receives inputs from the hippocampal formation and mamillothalamic tract and projects to anterior orbital and medial PFC, anterior cingulate gyrus, and parahippocampal gyrus. Most patients with anterior infarcts show a unique behavioral pattern including disorganized speech with superposition of unrelated information (“palipsychism, from palinagain and psyche-soul) and perseveration (anterior behavioral syndrome), apathy, and anterograde amnesia with better performance in recognition tasks. Interruption of inputs from the ANT to the medial PFC may also explain the confabulations that are common in both anterior thalamic and medial PFC lesions. The episodic memory deficit that characterizes Korsakoff syndrome reflects involvement of the medial mammillary nucleus and ANT, as well as the MD. Vascular thalamic amnesia manifests primarily with declarative anterograde memory, with less consistent deficit in retrograde declarative memory. Paramedian territory strokes affecting the medial portion of the MD lesions affect familiarity-based memory for novel faces; lateral MD lesions impair recognition accuracy and cued recall. These lesions may also result in confabulation, temporal disorientation, and impaired social skills and personality resembling the manifesta- tions of PFC disorders. Pulvinar lesions, particularly on the right side, resulting from posterior choroidal artery stroke produce a thalamic neglect syndrome resembling cortical neglect resulting from posterior parietal cortex lesions. These patients have deficits in encoding spatial information in the contralateral visual field, localizing stimuli on the affected visual field, binding visual features based on spatial information and filtering distracting information. Bithalamic lesions can occur with strokes due to occlusion of a single paramedian artery (of Percheron); venous infarction, Creutzfeld-Jakob disease, Wernicke encephalopathy, viral encephalitis (particularly due to flaviviruses and more recently SARS-Cov2), or autoimmune encephalitis. These lesions may manifest with confusional state, memory impairment, speech difficulties, day-night reversal of sleep pattern; sleep-wake reversal, and frontal lobe signs.

تالاموس از چهار شریان، توبروتالامیک (از شریان ارتباطی خلفی)، پارامدین (از بخش P1 شریان مغزی خلفی)، اینفرولترال (از بخش P2) و مشیمیه خلفی (از بخش P2) تامین می‌شود. ضایعات عروقی با ترکیبات مختلفی از علائم ظاهر می‌شوند که با توجه به قلمرو شریانی (۳) متفاوت است (جدول ۲۶.۱). برخی از ضایعات تالاموس با موقعیت استراتژیک، تظاهرات شناختی و رفتاری را تولید می‌کنند که از ضایعات ناشی از ضایعات تأثیرگذار بر اهداف قشر مغز آنها تقلید می‌کند. (۵۱) سکته‌های ناحیه توبروتالاموس شامل ANT می‌شود که ورودی‌ها را از تشکیل هیپوکامپ و دستگاه مامیلوتالاموس دریافت می‌کند و به PFC قدامی‌مداری و میانی، شکنج سینگولیت قدامی‌و شکنج پاراهیپوکامپ می‌رود. اکثر بیماران مبتلا به انفارکتوس قدامی‌یک الگوی رفتاری منحصربه‌فرد از جمله گفتار نامنظم با برهم‌نهی اطلاعات نامربوط (“پالیپسیکیسم، از پالین دوباره و روان-روح) و اصرار (سندرم رفتاری قدامی)، بی‌تفاوتی، و فراموشی قدامی‌با عملکرد بهتر در وظایف تشخیص نشان می‌دهند. ورودی‌های ANT به PFC داخلی نیز ممکن است ترکیبات موجود را توضیح دهد در هر دو ضایعات PFC قدامی‌و میانی نقص حافظه اپیزودیک که مشخصه سندرم کورساکوف است، منعکس کننده درگیری هسته پستاندار داخلی و ANT است و همچنین فراموشی عروقی تالاموس در درجه اول با حافظه کم‌سابقه‌ای آشکار می‌شود. سکته مغزی اعلانی تأثیرگذاری بر بخش داخلی ضایعات MD بر حافظه مبتنی بر آشنایی برای چهره‌های جدید تأثیر می‌گذارد. این ضایعات همچنین ممکن است منجر به سردرگمی، گمراهی زمانی، و اختلال در مهارت‌ها و شخصیت اجتماعی شود که شبیه تظاهرات اختلالات PFC است. ضایعات پالوینار، به ویژه در سمت راست، ناشی از سکته شریان مشیمیه خلفی، باعث ایجاد سندرم غفلت تالاموس می‌شود که شبیه غفلت قشر مغز ناشی از ضایعات قشر جداری خلفی است. این بیماران در رمزگذاری اطلاعات فضایی در میدان بینایی طرف مقابل، محرک‌های موضعی در میدان بینایی آسیب‌دیده، اتصال ویژگی‌های بینایی بر اساس اطلاعات فضایی و فیلتر کردن اطلاعات حواس‌پرتی دچار نقص هستند. ضایعات Bithalamic می‌تواند با سکته مغزی به دلیل انسداد یک شریان پارادین منفرد (پرچرون) رخ دهد. انفارکتوس وریدی، بیماری کروتزفلد جاکوب، آنسفالوپاتی ورنیکه، آنسفالیت ویروسی (به ویژه به دلیل فلاوی ویروس‌ها و اخیراً SARS-Cov2)، یا آنسفالیت خود ایمنی. این ضایعات ممکن است با حالت گیجی، اختلال حافظه، مشکلات گفتاری، تغییر الگوی خواب در روز و شب ظاهر شوند. معکوس شدن خواب و بیداری و علائم لوب فرونتال.

TABLE 26.1 Vascular Syndromes of the Thalamus

جدول ۲۶.۱ سندرم‌های عروقی تالاموس

جدول 26.1 سندرم های عروقی تالاموس

Thalamic Deep Brain Stimulation

تحریک تالاموس با تحریک عمقی مغز تالاموس

The thalamus is a therapeutic target for deep brain stimulation (DBS) for several neurologic disorders, including tremor, seizures, tics, and neuropathic pain as well as psychiatric disorders such as depression. (52) For example, the VL (Vim) nucleus is a major target for treatment of tremor using DBS, radiofrequency or radiosurgery thalamotomy, and, more recently, focused ultrasound. (53) Effective DBS therapy for tremor critically requires optimal targeting to modulate the tremor network, which is more precise after determining thalamic connectivity mapped onto somatotopic maps of both motor cortex and cerebellum. (54) Studies also show a substantial improvement in seizure control upon DBS of the ANT in patients with medically intractable seizures.(55, 56) Stimulation of the CMn nucleus appears to be more suitable for the control of absence and generalized seizures, especially in patients with Lennox-Gastaut syndrome. (57) In isolated cases, DBS of the anterior intralaminar thalamic nuclei increased arousal from a minimally conscious state, improved thalamocortical functional connectivity, and increased EEG activation. (58,59) Pallidothalamic oscillations may be implicated in the pathophysiology of Tourette syndrome. (60) A recent study showed that high- frequency DBS in the CMn/PF may suppress striatal output and reduce tic production; suppression of the motor and insula networks correlate with motor tic reduction, whereas suppression of frontal and parietal networks correlate with vocal tic reduction. (61)

تالاموس یک هدف درمانی برای تحریک عمقی مغز (DBS) برای چندین اختلال عصبی، از جمله لرزش، تشنج، تیک، و درد نوروپاتیک و همچنین اختلالات روانپزشکی مانند افسردگی است. (۵۲) برای مثال، هسته VL (Vim) یک هدف اصلی برای درمان لرزش با استفاده از DBS، فرکانس رادیویی یا تالاموتومی‌رادیوسرجری، و اخیراً، اولتراسوند متمرکز است. (۵۳) درمان موثر DBS برای لرزش به طور بحرانی نیاز به هدف گیری بهینه برای تعدیل شبکه لرزش دارد، که پس از تعیین اتصال تالاموس که بر روی نقشه‌های سوماتوتوپیک قشر حرکتی و مخچه ترسیم شده است، دقیق تر است. (۵۴) مطالعات همچنین بهبود قابل توجهی را در کنترل تشنج بر DBS ANT در بیماران مبتلا به تشنج‌های غیرقابل درمان پزشکی نشان می‌دهد. بیماران مبتلا به سندرم Lennox-Gastaut. (57) در موارد جدا شده، DBS هسته‌های تالاموس داخل لامینار قدامی‌برانگیختگی را از یک حالت حداقل هوشیار افزایش داد، اتصال عملکردی تالاموکورتیکال را بهبود بخشید و فعال‌سازی EEG را افزایش داد. (۵۸،۵۹) نوسانات پالیدوتالامیک ممکن است در پاتوفیزیولوژی سندرم تورت دخیل باشند. (۶۰) یک مطالعه اخیر نشان داد که DBS با فرکانس بالا در CMn/PF ممکن است خروجی جسم مخطط را سرکوب کند و تولید تیک را کاهش دهد. سرکوب شبکه‌های موتور و عایق با کاهش تیک حرکتی مرتبط است، در حالی که سرکوب شبکه‌های فرونتال و جداری با کاهش تیک صوتی ارتباط دارد. (۶۱)

KEY POINTS

نکات کلیدی

▪️ The thalamus has a critical role in relay of sensory information to the cortex, selective attention, cortical arousal, motor control, and generation of sleep spindles during non-REM (NREM) sleep.

▪️تالاموس نقش مهمی‌در انتقال اطلاعات حسی به قشر، توجه انتخابی، برانگیختگی قشر مغز، کنترل حرکتی و تولید دوک‌های خواب در طول خواب non-REM (NREM) دارد.

▪️ The thalamus includes several nuclei that contain glutamatergic thalamocortical (TC) projection neurons and the thalamic reticular nucleus (TRN), which contains GABAergic neurons that project to the other thalamic nuclei but not to the cortex.

▪️تالاموس شامل چندین هسته است که حاوی نورون‌های تالاموکورتیکال گلوتاماترژیک (TC) و هسته شبکه‌ای تالاموس (TRN) است که حاوی نورون‌های GABAergic است که به هسته‌های دیگر تالاموس پروجکت می‌کنند اما به قشر مغز نمی‌رسند.

▪️ First-order relay nuclei receive modality-specific input from sensory afferent pathways and project to the modality-specific primary cortical sensory areas.

▪️هسته‌های رله مرتبه اول ورودی‌های خاص مدالیته را از مسیرهای آوران حسی دریافت می‌کنند و به نواحی حسی اولیه قشر خاص مدالیته می‌پردازند.

▪️ Higher-order relay nuclei receive their main input from layer 5 of the neocortex and participate in cortico-thalamo-cortical circuits involved in attention and other high-level cognitive functions.

▪️هسته‌های رله مرتبه بالاتر ورودی اصلی خود را از لایه ۵ نئوکورتکس دریافت می‌کنند و در مدارهای کورتیکو-تالامو-قشر درگیر در توجه و سایر عملکردهای شناختی سطح بالا شرکت می‌کنند.

▪️ The prototype higher-order thalamic nuclei are the pulvinar, which primarily interacts with visual association areas, and the mediodorsal nucleus, which interacts with the prefrontal cortex.

▪️نمونه اولیه هسته‌های مرتبه بالاتر تالاموس عبارتند از pulvinar که عمدتاً با نواحی ارتباط بینایی در تعامل است و هسته mediodorsal که با قشر پیش پیشانی در تعامل است.

▪️ The anterior nucleus participates in hippocampal circuits involved in episodic memory and spatial navigation.

▪️هسته قدامی‌در مدارهای هیپوکامپ درگیر در حافظه اپیزودیک و ناوبری فضایی شرکت می‌کند.

▪️ Intralaminar nuclei have diffuse projections to the cerebral cortex promoting cortical arousal and also project a powerful input to the striatum.

▪️هسته‌های داخل لایه‌ای دارای پروجکشن‌های پراکنده به قشر مغز هستند که برانگیختگی قشر مغز را تقویت می‌کنند و همچنین ورودی قدرتمندی به جسم مخطط می‌دهند.

▪️ The motor thalamus receives inputs from the deep cerebellar nuclei and output nuclei of the basal ganglia and projects to the motor cortex.

▪️تالاموس موتور ورودی‌ها را از هسته‌های عمیق مخچه و هسته‌های خروجی عقده‌های قاعده‌ای دریافت می‌کند و به قشر حرکتی می‌رود.

▪️Core-type TC relay neurons provide driving input to layer 4 of the target cortical areas, whereas matrix- type neurons send diffuse projections to layer 1, influencing widespread cortical areas.

▪️نورون‌های رله TC نوع اصلی ورودی محرک را به لایه ۴ از نواحی قشر هدف ارائه می‌دهند، در حالی که نورون‌های نوع ماتریکس، پیش بینی‌های منتشر را به لایه ۱ ارسال می‌کنند و بر نواحی گسترده قشر مغز تأثیر می‌گذارند.

▪️ Corticothalamic (CT) neurons in layer 6 mediate reciprocal interactions between the cerebral cortex and both TC and TRN neurons and have a major modulatory role on thalamic function.

▪️نورون‌های کورتیکوتالاموس (CT) در لایه ۶ واسطه تعاملات متقابل بین قشر مغز و هر دو نورون TC و TRN هستند و نقش تعدیل کننده عمده ای بر عملکرد تالاموس دارند.

▪️ The TRN functions as a gateway for thalamocortical information both during NREM sleep and during selective attention.

▪️TRN هم در طول خواب NREM و هم در حین توجه انتخابی به عنوان دروازه ای برای اطلاعات تالاموکورتیکال عمل می‌کند.

▪️ The majority of TRN neurons are responsible for generation of sleep spindles.

▪️اکثر نورون‌های TRN مسئول تولید دوک‌های خواب هستند.

▪️  The TRN neurons establish mutual inhibitory connections, which are important to prevent hypersynchronization within the TRN.

▪️نورون‌های TRN اتصالات بازدارنده متقابل برقرار می‌کنند که برای جلوگیری از همگام سازی بیش از حد در TRN مهم است.

▪️ At the TRN-TC synapse, GABA activates synaptic GABA and extrasynaptic GABA and GABA receptors that shape the strength and frequency of oscillations in the TRN-TC circuit.

▪️در سیناپس TRN-TC، GABA گیرنده‌های GABA سیناپسی و GABA و GABA خارج سیناپسی را فعال می‌کند که قدرت و فرکانس نوسانات را در مدار TRN-TC شکل می‌دهد.

▪️ Modulatory cholinergic and monoaminergic inputs promote arousal by preventing burst activity at the TRN-TC circuits.

▪️ورودی‌های کولینرژیک و مونوآمینرژیک تعدیلی با جلوگیری از فعالیت انفجاری در مدارهای TRN-TC، برانگیختگی را افزایش می‌دهند.

▪️ Extrathalamic GABAergic inputs strongly affect thalamic output to widespread cortical areas.

▪️ورودی‌های GABAergic Extrathalamic به شدت بر خروجی تالاموس به مناطق گسترده قشر مغز تأثیر می‌گذارد.

▪️ The EEG transitions from light to deep NREM sleep reflect progressive decreased input from wake-active neurons and rhythmic occurrence of action potential bursts dependent on T-channel-mediated Ca2+ spikes in the setting of progressive hyperpolarization of TC
neurons.

▪️انتقال EEG از خواب سبک به خواب عمیق NREM منعکس کننده کاهش ورودی پیشرونده از نورون‌های فعال بیداری و وقوع ریتمیک انفجارهای پتانسیل عمل وابسته به اسپایک‌های +Ca2 با واسطه کانال T در محیط‌هایپرپولاریزاسیون پیشرونده نورون‌های TC است.

▪️ The pulvinar has a critical role in visual processing and attention via its widespread reciprocal connectivity with multiple cortical visual areas.

▪️پولوینار از طریق ارتباط متقابل گسترده خود با چندین نواحی قشری بینایی نقش مهمی در پردازش بصری و توجه دارد.

▪️ The MD promotes recurrent synaptic interactions in the PFC during attention, working memory, familiarity-based recognition and retrieval, and emotional processing.

▪️MD تعاملات سیناپسی بازگشتی را در PFC در حین توجه، حافظه کاری، تشخیص و بازیابی مبتنی بر آشنایی و پردازش هیجانی ترویج می‌کند.

▪️ The TRN helps direct attention during behavioral tasks by engaging in relevant thalamic inhibition.

▪️TRN با درگیر شدن در مهار تالاموس مربوطه به توجه مستقیم در انجام تکالیف رفتاری کمک می‌کند.

▪️ The ANT has a critical role in episodic memory encoding and navigation.

▪️ANT نقش مهمی در رمزگذاری و ناوبری حافظه اپیزودیک دارد.

▪️ Lesions affecting the central thalamus can produce coma and vegetative state.

▪️ضایعاتی که تالاموس مرکزی را تحت تأثیر قرار می‌دهند می‌توانند باعث کما و حالت نباتی شوند.

▪️ Development of stupor or coma requires involvement of the parabrachial nucleus and surrounding areas.

▪️ایجاد بی‌حالی یا کما مستلزم درگیری هسته پارابراکیال و نواحی اطراف آن است.

▪️ The thalamus is affected in sleep disorders such as fatal familial insomnia.

▪️تالاموس در اختلالات خواب مانند بی خوابی خانوادگی کشنده تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

▪️ Abnormal thalamic activity underlies disorders of awareness such as typical absence and temporal lobe seizures.

▪️فعالیت غیرطبیعی تالاموس زمینه ساز اختلالات آگاهی مانند تشنج لوب تمپورال و غایب معمولی است.

▪️ Synchronization of spike-and-wave discharge during typical absence seizures involves activation of T- channels in TRN neurons, reduced ictal firing of TC neurons, and hypersynchronization of TRN circuits.

▪️همگام سازی تخلیه اسپایک – و – موج در طول تشنج‌های غایب معمولی شامل فعال شدن کانال‌های T در نورون‌های TRN، کاهش شلیک اکتال نورون‌های TC، و همگام سازی بیش از حد مدارهای TRN است.

▪️ Temporal lobe seizures with impaired awareness are associated with reduced activity of ascending cholinergic systems, tonic burst firing in the CL, increased activity in the ANT, and spindle activity in the first-order somatosensory relay nucleus resembling NREM sleep.

▪️تشنج‌های لوب گیجگاهی با اختلال آگاهی با کاهش فعالیت سیستم‌های کولینرژیک بالارونده، شلیک انفجاری تونیک در CL، افزایش فعالیت در ANT و فعالیت دوکی در هسته رله حسی پیکری مرتبه اول مشابه خواب NREM همراه است.

▪️ Focal lesions affecting associative thalamic nuclei produce behavioral syndromes that mimic those produced by lesions affecting their targeted cortical regions.

▪️ضایعات کانونی که بر هسته‌های ارتباطی تالاموس تأثیر می‌گذارند، سندرم‌های رفتاری ایجاد می‌کنند که شبیه ضایعاتی است که بر نواحی قشر هدف‌گذاری شده تأثیر می‌گذارند.

▪️ The ventral lateral VL (ventral intermedius) nucleus is a major target for treatment of tremor.

▪️هسته VL جانبی شکمی (شکمی میانی) یک هدف اصلی برای درمان لرزش است.

▪️ DBS of the anterior thalamic nucleus may benefit patients with medically intractable seizures, whereas DBS of the intralaminar nuclei may benefit generalized seizures.

▪️DBS هسته قدامی تالاموس ممکن است برای بیماران مبتلا به تشنج مقاوم به درمان مفید باشد، در حالی که DBS هسته‌های اینترالامینار ممکن است برای تشنج عمومی مفید باشد.

▪️ Thalamic DBS may relieve symptoms in Tourette syndrome and, in isolated cases, promote cortical arousal in patients with minimally conscious state.

▪️DBS تالاموس ممکن است علائم سندرم تورت را تسکین دهد و در موارد منحصر به فرد، برانگیختگی قشر مغز را در بیمارانی با وضعیت حداقل هوشیاری تقویت کند.



کلیک کنید تا REFERENCES پرسش نمایش داده شود

۱. Mai JK, Majtanik M. Toward a common terminology for the thalamus. Front Neuroanat 2018;12:114.

۲. Sherman SM. Thalamus plays a central role in ongoing cortical functioning. Nat Neurosci 2016;19:533-541.

۳. Schmahmann JD. Vascular syndromes of the thalamus. Stroke 2003;34:2264-2278.

۴. Llinas RR, Ribary U, Jeanmonod D, Kronberg E, Mitra PP. Thalamocortical dysrhythmia: a neurological and neuropsychiatric syndrome characterized by magnetoencephalogra- phy. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:15222-15227.

۵. Jankowski MM, Ronnqvist KC, Tsanov M, et al. The anterior thalamus provides a subcortical circuit supporting memory and spatial navigation. Front Syst Neurosci 2013;7:45.

۶. Vertes RP, Linley SB, Hoover WB. Limbic circuitry of the midline thalamus. Neurosci Biobehav Rev 2015;54:89-107.

۷. Saalmann YB. Intralaminar and medial thalamic influence on cortical synchrony, information transmission and cogni- tion. Front Syst Neurosci 2014;8:83.

۸. Hintzen A, Pelzer EA, Tittgemeyer M. Thalamic interac- tions of cerebellum and basal ganglia. Brain Struct Funct 2018;223:569-587.

۹. Varela C. Thalamic neuromodulation and its implications for executive networks. Front Neural Circuits 2014;8:69.

۱۰. Clemente-Perez A, Makinson SR, Higashikubo B, et al. Distinct thalamic reticular cell types differentially modulate normal and pathological cortical rhythms. Cell Rep 2017;19:2130-2142.

۱۱. Halassa MM, Acsady L. Thalamic inhibition: diverse sources, diverse scales. Trends Neurosci 2016;39:680-693.

۱۲. Christian CA, Huguenard JR. Astrocytes potentiate GABAergic transmission in the thalamic reticular nucleus via endozepine signaling. Proc Natl Acad Sci USA 2013;110:20278-20283.

۱۳. Fogerson PM, Huguenard JR. Tapping the brakes: cellular and synaptic mechanisms that regulate thalamic oscillations. Neuron 2016;92:687-704.

۱۴. Crunelli V, Lorincz ML, Connelly WM, et al. Dual function of thalamic low-vigilance state oscillations: rhythm-regulation and plasticity. Nat Rev Neurosci 2018;19:107-118.

۱۵. Mak-McCully RA, Rolland M, Sargsyan A, et al. Coordination of cortical and thalamic activity during non-REM sleep in humans. Nature Communications 2017;8:15499.

۱۶. de Vivo L, Bellesi M, Marshall W, et al. Ultrastructural evi- dence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle. Science 2017;355:507-510.

۱۷. Calabro RS, Cacciola A, Bramanti P, Milardi D. Neural correlates of consciousness: what we know and what we have to learn! Neurol Sci 2015;36:505–۵۱۳.

۱۸. Liu J, Lee HJ, Weitz AJ, et al. Frequency-selective control of cortical and subcortical networks by central thalamus. Elife 2015;4:e09215

۱۹. Gent TC, Bandarabadi M, Herrera CG, Adamantidis AR. Thalamic dual control of sleep and wakefulness. Nat Neurosci 2018;21:974-984.

۲۰. Ren S, Wang Y, Yue F, et al. The paraventricular thal- amus is a critical thalamic area for wakefulness. Science 2018;362:429-434.

۲۱. Fuller PM, Sherman D, Pedersen NP, Saper CB, Lu J. Reassessment of the structural basis of the ascending arousal system. J Comp Neurol 2011;519:933-956.

۲۲. Halassa MM, Kastner S. Thalamic functions in distributed cognitive control. Nat Neurosci 2017;20:1669-1679.

۲۳. Hwang K, Bertolero MA, Liu WB, D’Esposito M. The human thalamus is an integrative hub for functional brain networks. J Neurosci 2017;37:5594-5607.

۲۴. Greene DJ, Marek S, Gordon EM, et al. Integrative and network-specific connectivity of the basal ganglia and thal- amus defined in individuals. Neuron 2020;105:742-758 e746.

۲۵. Golden EC, Graff-Radford J, Jones DT, Benarroch EE. Mediodorsal nucleus and its multiple cognitive functions. Neurology 2016;87:2161-2168.

۲۶. Pergola G, Ranft A, Mathias K, Suchan B. The role of the tha- lamic nuclei in recognition memory accompanied by recall during encoding and retrieval: an fMRI study. Neuroimage 2013;74:195–۲۰۸.

۲۷. Timbie C, Barbas H. Pathways for emotions: specializations in the amygdalar, mediodorsal thalamic, and posterior orbit- ofrontal network. J Neurosci 2015;35:11976-11987.

۲۸. Makinson CD, Huguenard JR. Attentional flexibility in the thalamus: now we’re getting SOMwhere. Nat Neurosci 2015;18:2-4.

۲۹. Nakajima M, Schmitt LI, Halassa MM. Prefrontal cortex reg- ulates sensory filtering through a basal ganglia-to-thalamus pathway. Neuron 2019;103:445-458 e410.

۳۰. John YJ, Zikopoulos B, Bullock D, Barbas H. The emotional gatekeeper: a computational model of attentional selection and suppression through the pathway from the amygdala to the inhibitory thalamic reticular nucleus. PLoS Comput Biol 2016;12:e1004722.

۳۱. Ketz NA, Jensen O, O’Reilly RC. Thalamic pathways un- derlying prefrontal cortex-medial temporal lobe oscillatory interactions. Trends Neurosci 2015;38:3-12.

۳۲. Aggleton JP, Dumont JR, Warburton EC. Unraveling the con- tributions of the diencephalon to recognition memory: a re- view. Learn Mem 2011;18:384-400. 

۳۳. Honig A, Eliahou R, Eichel R, Shemesh AA, Ben-Hur T, Auriel E. Acute bithalamic infarct manifesting as sleep-like coma: a diagnostic challenge. J Clin Neurosci 2016;34:81-85.

۳۴. Edlow BL, Haynes RL, Takahashi E, et al. Disconnection of the ascending arousal system in traumatic coma. J Neuropathol Exp Neurol 2013;72:505-523.

۳۵. Hindman J, Bowren MD, Bruss J, Wright B, Geerling JC, Boes AD. Thalamic strokes that severely impair arousal extend into the brainstem. Ann Neurol 2018;84:926-930.

۳۶. Fischer DB, Boes AD, Demertzi A, et al. A human brain network derived from coma-causing brainstem lesions. Neurology 2016;87:2427-2434.

۳۷. Gent TC, Bassetti C, Adamantidis AR. Sleep-wake control and the thalamus. Curr Opin Neurobiol 2018;52:188-197.

۳۸. Lugaresi E, Tobler I, Gambetti P, Montagna P. The pathophysi- ology of fatal familial insomnia. Brain Pathol 1998;8:521-526.

۳۹. Prieto E, Dominguez-Prado I, Riverol M, et al. Metabolic patterns in prion diseases: an FDG PET voxel-based analysis. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2015;42:1522-1529.

۴۰. Montagna P, Lugaresi E. Agrypnia excitata: a generalized overactivity syndrome and a useful concept in the neurophys- iopathology of sleep. Clin Neurophysiol 2002;113:552-560.

۴۱. McCafferty C, David F, Venzi M, et al. Cortical drive and thalamic feed-forward inhibition control thalamic output synchrony during absence seizures. Nat Neurosci
2018;۲۱:۷۴۴-۷۵۶.

۴۲. Miao A, Wang Y, Xiang J, et al. Ictal source locations and cortico-thalamic connectivity in childhood absence epi- lepsy: associations with treatment response. Brain Topogr 2019;32:178-191.

۴۳. Depaulis A, Charpier S. Pathophysiology of absence epilepsy: insights from genetic models. Neurosci Lett 2018;667:53-65.

۴۴. Chourasia N, Osso-Rivera H, Ghosh A, Von Allmen G, Koenig MK. Expanding the phenotypic spectrum of CACNA1H mutations. Pediatr Neurol 2019;93:50-55.

۴۵. Johannesen KM, Gardella E, Linnankivi T, et al. Defining the phenotypic spectrum of SLC6A1 mutations. Epilepsia 2018;59:389-402.

۴۶. Sohal VS, Huntsman MM, Huguenard JR. Reciprocal inhib- itory connections regulate the spatiotemporal properties of intrathalamic oscillations. J Neurosci 2000;20:1735-1745.

۴۷. Zhang Y, Lian Y, Xie N. Early onset epileptic encephalop- athy with a novel GABRB3 mutation treated effectively with clonazepam: a case report. Medicine (Baltimore) 2017;96:e9273.

۴۸. Furman M, Zhan Q, McCafferty C, et al. Optogenetic stimula- tion of cholinergic brainstem neurons during focal limbic sei- zures: Effects on cortical physiology. Epilepsia 2015;56:e198-202.

۴۹. Feng L, Motelow JE, Ma C, et al. Seizures and sleep in the thal- amus: focal limbic seizures show divergent activity patterns in different thalamic nuclei. J Neurosci 2017;37:11441-11454.

۵۰. Motelow JE, Li W, Zhan Q, et al. Decreased subcortical cho- linergic arousal in focal seizures. Neuron 2015;85:561-572.

۵۱. Carrera E, Bogousslavsky J. The thalamus and beha- vior: effects of anatomically distinct strokes. Neurology 2006;66:1817-1823.

۵۲. Lee DJ, Lozano CS, Dallapiazza RF, Lozano AM. Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders. J Neurosurg 2019;131:333-342.

۵۳. Dallapiazza RF, Lee DJ, De Vloo P, et al. Outcomes from stereotactic surgery for essential tremor. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2019;90:474-482.

۵۴. Al-Fatly B, Ewert S, Kubler D, Kroneberg D, Horn A, Kuhn AA. Connectivity profile of thalamic deep brain stimulation to effectively treat essential tremor. Brain 2019;142:3086-3098.

۵۵. Salanova V, Witt T, Worth R, et al. Long-term efficacy and safety of thalamic stimulation for drug-resistant partial epi- lepsy. Neurology 2015;84:1017-1025.

۵۶. Zangiabadi N, Ladino LD, Sina F, Orozco-Hernandez JP, Carter A, Tellez-Zenteno JF. Deep brain stimulation and drug-resistant epilepsy: a review of the literature. Front Neurol 2019;10:601.

۵۷. Velasco AL, Velasco F, Jimenez F, et al. Neuromodulation of the centromedian thalamic nuclei in the treatment of generalized seizures and the improvement of the quality of life in patients with Lennox-Gastaut syndrome. Epilepsia 2006;47:1203-1212.

۵۸. Schiff ND. Central thalamic deep brain stimulation to sup- port anterior forebrain mesocircuit function in the severely injured brain. J Neural Transm (Vienna) 2016;123:797-806.

۵۹. Magrassi L, Maggioni G, Pistarini C, et al. Results of a prospective study (CATS) on the effects of thalamic stimulation in minimally conscious and vegetative state patients. J Neurosurg 2016;125:972-981.

۶۰. Neumann WJ, Huebl J, Brucke C, et al. Pallidal and thalamic neural oscillatory patterns in Tourette’s syndrome. Ann Neurol 2018;84:505-514.

۶۱. Jo HJ, McCairn KW, Gibson WS, et al. Global network modulation during thalamic stimulation for Tourette syndrome. Neuroimage Clin 2018;18:502-509.





کپی بخش یا کل این مطلب «آینده‌‌نگاران مغز» تنها با کسب مجوز مکتوب امکان‌پذیر است. 


» » کتاب علوم اعصاب برای پزشکان بالینی
»» قسمت اول فصل 


» کتاب علوم اعصاب برای پزشکان بالینی
»» فصل قبل: مدارهای هیپوکامپ و آمیگدال
»» فصل بعد: چرخه خواب و بیداری و ریتم های شبانه روزی


»  کتاب علوم اعصاب برای پزشکان بالینی
»» تمامی کتاب

امتیاز نوشته:

میانگین امتیازها: ۰ / ۵. تعداد آراء: ۰

اولین نفری باشید که به این پست امتیاز می‌دهید.

داریوش طاهری

اولیــــــن نیستیــم ولی امیـــــد اســــت بهتـــرین باشیـــــم...!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا