【2024年版】淡蒼球の解剖と役割、リハビリ戦略：被殻における運動学習を解説！

部位

淡蒼球は前脳の各大脳半球内に位置し、大脳基底核系の一部を構成しています。被殻とともにレンズ核を形成し、その内側に位置します。

淡蒼球は2つの部分に分けられます：

• 淡蒼球外節（GPe）
• 淡蒼球内節（GPi）
  
  

血液供給

淡蒼球への血液供給は主に中大脳動脈のレンズ状枝から行われます。一部は内頚動脈の分枝である前脈絡膜動脈からも供給されています。

機能と経路

淡蒼球は運動機能の調節において重要な役割を果たしています。

• GPi（淡蒼球内節）：線条体（被殻と尾状核）からの入力を受け、視床に抑制性信号を送ります。これにより、大脳皮質の運動興奮を抑制し、運動の調節を行います。

• GPe（淡蒼球外節）：線条体からの入力を受け、視床下核とGPiに抑制性信号を送ります。これにより、運動調節の間接路で重要な役割を果たします。
  

MRI画像における淡蒼球の位置

以下の図は、Davidらによる2010年の論文「A key role of the basal ganglia in pain and analgesia – insights gained through human functional imaging」から引用しています。この図は、淡蒼球の位置関係を理解する上で有用です。

大脳基底核の特定：運動制御に関連する脳内の核群である大脳基底核をまず特定します。淡蒼球はこのグループの中核的存在です。

淡蒼球の位置確認：淡蒼球は被殻の内側、内包の外側に位置しています。被殻と淡蒼球は一緒になってレンズ核を形成します。

内節と外節の区別：淡蒼球は内節（GPi）と外節（GPe）の2つに分かれます。GPiは内包に近接し、GPeはより側方に位置します。

周囲構造とのコントラスト：MRIでは、淡蒼球はその高い鉄含有量により、特定のシーケンスで周囲の構造と異なる信号強度を示すことがあります。

大脳基底核のサブ領域

• 線条体：尾状核、被殻、側坐核を含みます。これらの構造は運動制御の鍵となるため、図で明確に区別されています。
  

• 淡蒼球外節（GPe）：運動制御の間接経路に関与します。

• 淡蒼球内節（GPi）：運動制御の直接経路に関与し、随意運動の調節に重要です。

• 視床下核（STh）：運動制御の間接経路の一部である小さな構造です。

• 黒質（SN）：緻密部と網様部の2つに分かれ、運動制御と報酬系において重要な役割を果たします。
  

   

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  大脳基底核と痛みに関する各領域の解説

  尾状核

  • 役割: 痛みに関連した回避行動に関与します。特に、特定の薬物治療後の痛みに対する感受性を軽減します。
  • 機能: 有害な刺激の強度をエンコードし、害を最小限に抑える役割を果たします。また、痛みに関連した行動の強化にも関与する可能性があります。
    

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  被殻

  • 役割: 体性感覚のボディマップ方式で痛みを調節します。
  • 機能: 主観的な痛みの評価に影響を与え、痛みの感じ方を調整します。

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  側坐核

  • 役割: 報酬と嫌悪を含む刺激の情動価を処理します。これは痛みの状況において非常に重要です。
  • 機能: 痛みの感情的な重要性の処理に関与します。

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  淡蒼球

  • 役割: 痛みに関連する反応を含む行動反応をコード化します。
  • 臨床的意義: 痛みを軽減するための脳深部刺激（DBS）のターゲットとなります。また、モルヒネによる鎮痛効果の影響を受けます。
    

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  視床下核

  • 役割: 痛みの信号を含む特定の神経メッセージを抑制します。
  • 機能: 行動の抑制に関与し、感情的、認知的、運動的反応を含む皮質からのコマンドの実行を制御します。

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  黒質

  • 役割: 痛みを含む嫌悪刺激に対してさまざまな反応を示します。

  大脳基底核の各領域は、痛みの処理において個別でありながら相互に関連する役割を持っています。これらの役割は、痛みの強度と情動的重要性のエンコード、主観的な痛みの経験の調整から、鎮痛介入の潜在的なターゲットまで多岐にわたります。

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  深部脳刺激療法（DBS）について

  パーキンソン病（PD）における淡蒼球の障害に対するリハビリテーション戦略として、**淡蒼球内節（GPi）**をターゲットとした脳深部刺激（DBS）が重視されています。

  参考文献

  1. Globus Pallidus Internus (GPi) Deep Brain Stimulation for Parkinson’s Disease: Expert Review and Commentary

  以下に、DBSのメリットと今後の展望を解説します。

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  1. 症状管理

  GPiへのDBSは、運動緩慢、固縮、振戦などのPDの主要な症状の管理に効果的であることが示されています。
  

  参考文献

  2. Guidelines on Subthalamic Nucleus and Globus Pallidus Internus Deep Brain Stimulation for the Treatment of Patients with Parkinson’s Disease

  これらの症状は、特にPDが進行するにつれて薬物療法のみで管理することが困難になることが多いです。DBSによる刺激は、異常な神経活動を調節し、症状の緩和に寄与します。

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  2. ジスキネジアの軽減

  ジスキネジアは、顔、腕、脚、体幹の不随意で不規則な動きであり、PDにおける長期のドーパミン作動性療法の副作用としてよく生じます。GPiへのDBSには直接的な抗ジスキネジア作用があり、この副作用を経験している患者にとって貴重な治療選択肢となっています。

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  3. 薬物管理の柔軟性

  GPiへのDBSの利点の一つは、薬物調整をより柔軟に行えることです。場合によっては、DBSを受けている患者は投薬量を減らすことができ、ドーパミン作動性療法に伴う副作用を最小限に抑えることができます。
  

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  4. プログラミングの容易さ

  GPiへのDBSデバイスは、外来での設定でプログラムおよび調整が可能であり、患者の変化するニーズや症状に基づいてカスタマイズされた刺激を提供できます。PDは症状が日々変動する進行性の疾患であるため、この適応性は非常に重要です。

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  5. 比較有効性

  視床下核（STN）を標的とするDBSと比較すると、GPi DBSには特定の利点があります。
  

  参考文献

  3. Delayed Stroke in Globus Pallidus Internus Deep Brain Stimulation

  例えば、STNへのDBSは気分障害のリスクが高いと関連付けられているため、特定の認知的または精神医学的な懸念を持つPD患者に対しては、GPi DBSがより適している可能性があります。

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  6. 将来の進歩

  DBSの分野は、より高度なテクノロジーとプログラミング戦略に関する継続的な研究により進化し続けています。将来的な進歩には、患者の神経信号に基づいて刺激パラメータをリアルタイムで自動調整する**閉ループシステム（CL-DBSプログラミング）**の開発が含まれ、より個別化された効果的な治療につながる可能性があります。

  参考文献

  4. Closing the Loop in Psychiatric Deep Brain Stimulation: Physiology, Psychometrics, and Plasticity

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  淡蒼球内節（GPi）と淡蒼球外節（GPe）の違い
  
  

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  項目	淡蒼球内節（GPi）	淡蒼球外節（GPe）
  役割	大脳基底核の主な出力核	大脳基底核内での情報処理・中継センター
  機能	「直接路」で運動促進の経路に関与 – 運動の開始に際して視床を抑制	「間接路」で運動抑制に大きく関与 – 視床下核の活動を調節
  神経伝達物質	GABAを使用して視床を抑制	GABAで視床下核や他の構造を抑制
  接続性	視床や脳幹へ情報を送信	大脳基底核内での情報伝達
  臨床的重要性	深部脳刺激（DBS）の主要な標的	GPiや視床下核と比べてDBSの直接的な標的とはなりにくい

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  まとめ

  淡蒼球内節（GPi）は、大脳基底核の主な出力核として運動の開始や調節に重要な役割を果たしています。一方、淡蒼球外節（GPe）は大脳基底核内での情報処理や中継センターとして機能し、運動の抑制に関与します。臨床的には、GPiはパーキンソン病などの運動障害に対するDBSの主要な標的として注目されています。

   

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  大脳基底核の各領域における運動学習への関与

  尾状核

  役割: 刺激と反応の関連付けなど、認知的側面に焦点を当てます。

  機能: 意思決定に重要なさまざまな脳の入力を統合します。

  独自性: 学習の初期段階で活躍し、特に感覚と運動の統合や目標指向の適応が必要なタスクに関与します。

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  被殻

  役割: 運動動作、特に習慣的または自動的な動作の実行の中心となります。

  機能: 運動の連続性の形成と実行に不可欠な感覚運動領域からの入力を受け取ります。

  独自性: よく学習したタスクや、反復的で日常的な運動スキルの際に活発に活動します。

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  淡蒼球

  役割: モーターコマンドを調整する処理および中継ハブとして機能します。

  機能: **外節（GPe）と内節（GPi）**が、それぞれ直接および間接的な経路を介して運動指令を調整します。

  独自性:

  • GPi（内節）: 大脳基底核の最終出力の鍵であり、運動に直接影響を与えます。
  • GPe（外節）: 視床下核（STN）や他のコンポーネントの活動を調節し、運動学習に間接的に影響を与えます。
    

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  視床下核（STN）

  役割: 特に変化する条件やエラー検出時に、運動計画を調整および適応させます。

  機能: 間接路に作用し、GPiおよびGPeに影響を与える興奮性出力を持ちます。

  独自性: 進行中の運動プログラムを調整し、迅速な意思決定を行うために重要です。
  

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  黒質

  黒質は**緻密部（SNc）と網様部（SNr）**の2つの部分に分かれています。

  緻密部（SNc）

  • 役割: ドーパミンの生成を介して報酬処理と運動制御に重要な役割を果たします。
  • 機能: 直接経路と間接経路の両方で活動を調節し、運動制御、報酬の予測、学習に影響を与えます。
  • 独自性: SNcからのドーパミン放出は、学習の強化と運動活動の調節に不可欠です。

  網様部（SNr）

  • 役割: 大脳基底核の主要な出力中枢として、GPiと同様に機能します。
  • 機能: 運動の応答に影響を与え、不随意な動きを抑制します。
  • 独自性: 運動の微調整に寄与し、精密な運動制御を可能にします。
    

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  側坐核

  役割: 脳の報酬回路の中心であり、モチベーションのコンテキストを運動出力に結び付けます。

  機能: SNcからのドーパミン作動性入力と、さまざまな皮質領域からのグルタミン酸作動性入力を統合します。

  独自性: 報酬に基づく学習、意思決定、依存症のメカニズムにおいて重要な役割を果たし、報酬が将来の行動や運動学習にどのように影響するかを調節します。

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  ピッチャーを例にした各領域の役割

  尾状核

  投手が投げる球種（速球、カーブなど）を計画・決定する際、認知プロセスと運動計画の統合に積極的に関与します。試合状況、打者の行動、過去の経験に基づいて戦略を立てる意思決定をサポートします。

  機能: 投手の意思決定プロセスを運動実行計画と結び付け、前頭葉および他の大脳基底核と調整します。
  

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  被殻

  投手がボールを投げるという学習された運動動作の実行に重要です。被殻は運動野からの入力を処理し、投球に伴う自動化された動きを制御・洗練します。

  機能: 望む投球に必要な腕の速度、角度、回転を調整し、投球動作をスムーズに実行できるようにします。

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  淡蒼球

  淡蒼球（GPeとGPi）は、投球に不可欠な運動指令を調節・調整します。これにより、投手の動きが正確で、タイミングが良く、調和していることを保証します。

  機能:

  • GPi（内節）: 運動皮質への出力を介して、運動の微調整に役立ちます。
  • GPe（外節）: 視床下核および他の大脳基底核の調節により、スムーズな運動制御を保証します。
    

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  視床下核（STN）

  STNは、球種を変更する直前の決定など、突然の変更があった場合に運動計画を調整する際に特に重要です。迅速な適応を可能にします。

  機能: 間接経路と連動して投球動作を調整し、投手が変化する試合状況に素早く対応できるようにします。
  

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  黒質

  緻密部（SNc）

  • 役割: ドーパミン生成を介して、投球における協調的な運動制御に重要です。
  • 機能: 直接的および間接的な経路の活動を調節し、運動の計画と実行をサポートします。

  網様部（SNr）

  • 役割: 運動の応答に影響を与え、投球を乱す可能性のある不随意な動きの抑制を保証します。
  • 機能: 運動の微調整に寄与し、精密な投球動作を可能にします。

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  側坐核

  この領域は、打者を三振にしたい、試合に勝ちたいという投球の動機付けの側面に関与します。報酬と動機付けの情報を運動機能と統合します。

  機能: ゲーム状況の報酬や目標に応じて、投球動作の開始や調節に影響を与えます。

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  まとめ

  大脳基底核の各領域は、運動学習と実行において独自かつ相互補完的な役割を果たしています。投手の投球動作を例にとると、これらの領域がどのように協調して複雑な運動と意思決定を可能にしているかが明らかになります。これらの知見は、神経内科領域での運動障害の理解や治療戦略の開発に貢献します。

   

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